Fluorescentielamp
Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Een fluorescentielamp is een lamp die licht geeft door het oplichten van een fluorescerende laag onder invloed van ultraviolette stralen die opgewekt worden door gasontlading in de lamp. De bekendste voorbeelden zijn de tl (Frans: tube luminescent, “lichtgevende buis”) (in de volksmond aangeduid als tl-buis, wat letterlijk dus “lichtgevende buis-buis” betekent) en de zogenoemde spaarlampen. De lichtopbrengst in lumen per watt is 5 à 6 keer zo hoog als bij een gloeilamp.
Inhoud |
[bewerk] Principe
Een buis is aan de binnenzijde bedekt met een fluorescerende stof en gevuld met een van de edelgassen argon of krypton (of een mengsel hiervan) en kwikdamp onder lage druk. Tussen twee elektroden aan weerszijden van de buis vindt een gasontlading plaats, waardoor de kwikdamp ultraviolet licht gaat uitzenden. In de fluorescerende laag wordt de ultraviolette straling omgezet in zichtbaar licht.
[bewerk] Geschiedenis
De fluorescentielamp is in zijn huidige buisvorm in 1935 gedemonstreerd voor de Illuminating Engineering Society in Cincinnati (USA) door General Electric en op de wereldtentoonstelling in Parijs in 1936 door Osram. De toegepaste techniek bouwde voort op gasontladingslampen, zoals geconstrueerd door Heinrich Geissler in 1856, die een blauwachtige gloed in een met gas gevulde buis opwekte, aangestuurd door een inductiespoel. In 1893 demonstreerde Nikola Tesla fluorescentielampen op de wereldtentoonstelling in Chicago (USA). In 1901 demonstreerde Peter Cooper Hewitt een kwikdamplamp, die licht van een blauwgroene kleur uitstraalde. De lamp had een buisvorm en Cooper Hewitt gebruikte reeds fluorescentiematerialen, zoals Rhodamine B. Deze lampen werden gebruikt bij fotografie omdat ze een hoger rendement hadden dan de toenmalige gloeilampen. In 1926 stelden Edmund Germer en zijn collega’s bij Osram de fluorescentielamp in zijn huidige vorm voor, met gloei-elektroden en een buis gecoat met fluorescentiepoeder. Een verdere bijdrage leverden M. Pirani en A. Rüttenauer bij Osram in 1932, door efficiënte emittermaterialen voor de elektroden te ontwikkelen, die gemakkelijk elektronen uit de elektroden in het gas laten ontsnappen, en betere fluorescentiepoeders. In de jaren 1936 tot 1938 maakten de vooraanstaande lampfabrikanten verbeterde fosforen waardoor het rendement werd opgevoerd, en door toepassing van de zogenaamde driebandfosforen werd de kleurweergave verbeterd (hoge CRI). Tegenwoordig is 90 lumen/watt haalbaar. Verder maakten de nieuw ontwikkelde fosforen compactere lampen mogelijk (buisdiameter 26 mm en kleiner). Andere ontwikkelingen waren de introductie rond 1980 door Philips van de spaarlamp, aanvankelijk nog met ingebouwd conventioneel voorschakelapparaat, later met een lichter elektronisch voorschakelapparaat. In 1990 introduceerde Philips in Europa een elektrodeloze fluorescentielamp met een zeer lange levensduur (100.000 uur).
In de jaren 1990 werd als eerste door Philips begonnen met productie van ‘groene’ recyclebare fluorescentielampen. Deze bevatten aanzienlijk minder kwik dan de tot dan toe geproduceerde lampen. Ook maakte Philips in de jaren negentig de zeer dunne NDF, een koude kathode lamp die door zijn geringe diameter zeer goed buigbaar was. Eind jaren negentig werd dit type door een tweetal medewerkers van Philips verder op de markt gebracht.
[bewerk] Techniek
Om de gasontlading voort te brengen zijn de elektroden uitgevoerd als gloeidraad bedekt met emitterpasta van bariumoxide. Deze pasta maakt het mogelijk dat elektronen bij matig-hoge temperatuur uit de gloeidraad ontsnappen. Bij deze temperatuur gaat de gloeidraad veel langer mee dan die in een gloeilamp, en bovendien straalt hij niet zo veel waardeloze warmtestraling uit. Wanneer de ontsnapte elektronen die naar de andere kant van de buis worden versneld tegen een kwikatoom botsen, wordt dat kwikatoom in aangeslagen toestand gebracht. Als zo’n aangeslagen atoom terugvalt naar de grondtoestand wordt daarbij een foton uitgezonden. De vrijkomende fotonen hebben een energie in het ultraviolette deel van het elektromagnetische spectrum en zijn dus voor het menselijk oog onzichtbaar. Als deze hoog-energetische fotonen de fluorescentielaag aan de binnenkant van de buis raken worden de fosforen aangeslagen. Bij terugval naar de grondtoestand wordt er door deze stoffen zichtbaar licht uitgezonden. Door het mengsel van verschillende fosforen goed te kiezen, kan het geproduceerde lijnenspectrum voor het oog een wit aanzien hebben.
Elk van de fosforen straalt slechts een gedeelte van de energie van het ultraviolet-foton uit als licht, de rest (het grootste deel) wordt omgezet in warmte. Om de lamp efficiënter te maken zoeken experts op het gebied van de fluorescentie fosforen die na opname van een enkel ultraviolet-foton twee fotonen in het zichtbaar licht kunnen uitzenden (bijvoorbeeld één foton in rood en één in groen) [1]. Een andere manier om het rendement van de fluorescentielampen op te voeren, is geen kwik, maar andere materialen in de buis te gebruiken, zoals Indium halides, die een spectrum uitzenden dat dichter bij het zichtbare licht ligt [2]. Daarbij wordt ook het voor het milieu als schadelijk beschouwde kwik geëlimineerd.
Het lichtrendement van een fluorescentielamp is het hoogst haalbare voor wit licht op dit moment: ruim 90 lumen/Watt voor lampen met een diameter van 26 mm tegenover 12 lumen/Watt voor een grote (100 W) gloeilamp. Lampen met een kleine diameter (16 mm) halen zelfs al 104 lm / Watt. Een moderne witte LED kan aan dit rendement van circa 30 % niet tippen. Groot vermogen metaal halide lampen, zoals in voetbalstadions, maar tegenwoordig ook vaak als etalageverlichting toegepast, kunnen aan het begin van hun levensduur ook 100 lm / Watt opbrengen.
[bewerk] Starten
Een klassieke tl-buis kan niet zonder meer op het lichtnet aangesloten worden, maar vereist een aantal extra componenten in de vorm van een starter bestaande uit een neonbuis met twee bi-metaal-elektroden en een ontstoringscondensator, en een smoorspoel ofwel voorschakelapparaat. Beide zijn doorgaans verwerkt in de armatuur waarin de tl-buis geplaatst moet worden.
Als er spanning op een met starter en smoorspoel geschakelde tl-buis gezet wordt, komt er voldoende spanning over het neonbuisje met bi-metaal te staan om het te laten ontsteken. Door het gloeiende gas worden de bi-metaal-elektroden warm en trekken tegen elkaar aan, waarmee het neonlampje kortgesloten (en dus gedoofd) wordt. Nu gaat er een hoge stroom door de gloeidraden in de buis lopen. De gloeidraden dienen om de emissiepasta op te warmen. Het neonlampje in de starter koelt af en de kortsluiting wordt weer verbroken. Ten gevolge van de zelfinductie van de smoorspoel in het voorschakelapparaat ontstaat er op dat moment van uitschakelen een spanningspiek van ongeveer 1000 V die de tl-buis doet ontbranden. Eenmaal ontstoken blijft de tl-buis branden, daar de elektroden door het ionenbombardement van de gasontlading en de stroom die door de elektroden loopt op temperatuur blijven. De spanning over de starter is nu zoveel lager dat die niet meer reageert.
Ontsteekt de tl-buis niet, dan wordt het proces herhaald.
Tegenwoordig worden er vaak elektronische voorschakelapparaten toegepast. Deze zijn lichter en geven een beter rendement en flikkervrije ontsteking. Zo’n voorschakelapparaat zorgt zowel voor de start van de lamp als voor de stroombregrenzing van de werkende lamp.
De lichtopbrengst is onmiddellijk na inschakelen nog niet optimaal. Gedurende de eerste paar minuten neemt de hoeveelheid licht nog sterk toe.
[bewerk] Soorten TL
Er is tegenwoordig een grote verscheidenheid aan tl-buizen. Allereerst zijn er de verschillende diameters. Deze worden aangegeven in veelvouden van 1/8 inch. T12 is 38 mm (wordt vrijwel niet meer gebruikt), T8 is 26 mm en T5 is 16 mm diameter. De lengte is afhankelijk van het lampvermogen en kan variëren tussen 2cm/Watt en 4cm/Watt. Er zijn ook ringvormige tl-lampen en fluorescentielampen met een U vorm met geïntegreerde starter (de zogenaamde PL lampen). Op de lampen wordt een type aanduiding, het lampvermogen en een kleurcode vermeld. De laatste code bestaat uit 3 cijfers, waarvan de eerste de zogenaamde kleurweergave-index weergeeft, en de laatste 2 cijfers de kleurtemperatuur. Code 840 betekent kleurweergave index tussen 80 en 89 (hetgeen goed is, 100 is maximaal), en kleurtemperatuur 4000 K (wit licht). Daarnaast onderscheiden de lampen zich door verschillen in levensduur. Vrijwel alle moderne lampen houden minimaal 90 % van hun lichtopbrengst tot einde levensduur, doordat speciale materialen worden toegevoegd die degradatie van de fluorescerende lagen tegengaan. De levensduur wordt dan bepaald door het moment dat de lampelektroden hun emissiemateriaal hebben verloren. Levensduur kan variëren van 10.000 tot 60.000 uur voor speciale typen.
Verder bestaan er allerlei speciale lampen, zoals lampen met een lichtvenster, speciale kleuren, lampen voor zonnebanken en lampen voor afwijkende temperaturen.
Echt afwijkend is de cold cathode fluorescent lamp welke zowel een lange levensduur alsook een hoge lichtopbrengst heeft. Het goed buigbaar zijn zorgt ervoor dat het in diverse toepassingen gebruikt wordt, zoals backlighting van lcd-schermen en in verlichtingsunits van auto’s.
Doordat deze lamp een diameter van 2,4 tot 6,2 mm heeft, zul je deze lamp dus niet zo snel in conventionele verlichtingstechniek tegenkomen.
[bewerk] Kleuren-codes
- 29 – warm wit
- 33 – neutraal wit
- 36 – kleur vergelijkbaar met flame gloeilamp
- 827 – extra warm wit
- 830 – warm wit
- 840 – koel wit
- 865 – daglicht
- 930 – warm wit
- 940 – koel wit
- 950 – daglicht
- 965 – daglicht
[bewerk] Bijzonderheden
Een tl-armatuur gedraagt zich niet als een ohmse weerstand. Door de aanwezigheid van het voorschakelapparaat (een flinke spoel) is de schakeling sterk inductief. Het voorschakelapparaat is nodig om de netspanning op het tl-armatuur sterk omlaag te brengen, de brandspanning van tl-buizen is namelijk veel lager dan de spanning van het lichtnet. Door als voorschakelapparaat een spoel te gebruiken i.p.v. een weerstand wordt door de faseverschuiving tussen de spanning en de stroom, veel minder te reduceren spanning omgezet in warmte dan in een zuivere weerstand. Bovendien: als bij een tl-armatuur de stroom toeneemt dan neemt door de serieschakeling van de buis met de smoorspoel de spanning over de tl-buis juist af. Er wordt een evenwichtssituatie bereikt. Dit in tegenstelling tot de toename van stroom door een normale weerstand, waarbij dan de elektrische spanning over de weerstand evenredig hoger wordt.
Bovenstaande geldt niet voor een elektronisch voorschakelapparaat. Een speciale schakeling aan de ingang van dat voorschakelapparaat zorgt er voor dat het armatuur zich als een weerstand gedraagt (dus geen faseverschuiving tussen stroom en spanning en de stroom ook bij benadering sinusvormig). Een armatuur neemt dan bijvoorbeeld bij een 36 Watts lamp, 36 Watt uit het lichtnet op met een arbeidsfactor van bijvoorbeeld 0,98. Meestal wordt het vermogen en dus ook de lichtopbrengst gestabiliseerd. Dit betekent dat bij toenemende ingangsspanning de ingangsstroom daalt. Het hoogfrequent vermogen voor een fluorescentielamp om even veel licht te geven als met een conventioneel voorschakelapparaat is 10 % lager, omdat de omzetting van elektrisch vermogen naar ultraviolette straling bij hoge frequenties een hoger rendement heeft. Bij een conventioneel voorschakelapparaat gaat al snel 15 tot 20 % van het vermogen verloren in de smoorspoel, bij een elektronisch voorschakelapparaat is dat slechts 4 tot 10 %. Dit betekent dat met een elektronisch voorschakelapparaat 15 tot 20 % minder vermogen nodig is voor gelijke lichtopbrengst.
[bewerk] Elektronisch voorschakelapparaat
Een elektronisch voorschakelapparaat voedt een fluorescentielamp met een relatief hoge frequentie, in het algemeen tussen 20 en 100 kHz. De lamp ontsteekt dan zonder flikkeren. Elektronische voorschakelapparaten hebben minder verliezen dan conventionele voorschakelapparaten, waardoor het rendement toeneemt (minder vermogens opname bij dezelfde licht opbrengst). Ook de levensduur van de lamp is groter. Een ander voordeel is dat er geen noemenswaardige lichtvariaties, meestal aangeduid als lichtflikker optreden. Daardoor worden stroboscopische effecten voorkomen die in sommige situaties optreden bij tl-buizen welke gevoed worden door een conventioneel voorschakelapparaat. De voorschakelapparaten zijn licht en hebben een lange, slanke vorm, waardoor zeer compacte armaturen gebouwd kunnen worden.
[bewerk] Koude-kathodefluorescentielamp (CCF-lamp)
Bij dit type lamp zitten er geen gloeidraden aan de uiteinden van de buislamp. Minder warmteontwikkeling geeft een beter rendement en een langere levensduur. Het buisje kan dunner uitgevoerd worden. Een nadeel is dat dit type meer spanning nodig heeft om te ontsteken. Een speciaal voorschakelapparaat (inverter) voedt een CCF-lamp.
De inverter is een elektronische schakeling die een wisselspanning met hoge frequentie opwekt. Deze wisselspanning word door een transformator omhoog getransformeerd. CCFL betekent in het Engels (Cold Cathode Fluorescent Lamp)
[bewerk] Inductielamp
Een bijzondere uitvoeringsvorm van een fluorescentielamp is de elektrodeloze inductielamp. Door het ontbreken van elektroden, die bij de gewone fluorescentielampen de levensduur van ongeveer 15.000 uur bepalen, kunnen deze lampen een levensduur van meer dan 100.000 uur bereiken. Daar staat wel een zeer hoge aanschafprijs tegenover. De lampen worden toegepast op locaties waar de vervangingskosten hoog zijn.
[bewerk] Zie ook
[bewerk] Externe links
- Geschiedenis elektrische verlichting (Engels)
- Leuk verhaal over TL buizen
- Beschrijving diverse lamptypen
 |
Meer afbeeldingen die bij dit onderwerp horen, zijn te vinden op de pagina Fluorescentielamp op Wikimedia Commons.
|
| Lampen |  |
|---|---|
|
Argandse lamp · Booglamp · CCFL · Davylamp · EEFL · Fluorescentielamp · Elektrodeloze lamp · Gaslicht · Gasontladingslamp · Gloeilamp · Halogeenlamp · Hogehelderheidsled · Jablochkoff-kaars · Knijpkat · Kwiklamp · Lamp · Lantaarn · Ledlamp · Kaars · Knijpkat · Metaalhalidelamp · Natriumlamp · Neonlamp · Nernstlamp · Olielamp · Petroleumlamp · Spaarlamp · TL-buis · Xenonlamp · Zaklantaarn |
