Hydrargyrum مصباح يوديد متوسط القوس
 | تحتوي هذه المقالة على العديد من المشكلات. يُرجى المساعدة في تحسينها أو مناقشة هذه المشكلات على صفحة المناقشة . ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسائل )
|
Hydrargyrum medium-arc iodide ( HMI ) هو الاسم التجاري لعلامة Osram التجارية لمصباح متوسط طول قوس التفريغ الغازي هاليد المعدن ، [1] المصنوع خصيصًا لتطبيقات الأفلام والترفيه. يأتي Hydrargyrum من الاسم اليوناني لعنصر الزئبق .
يستخدم مصباح HMI بخار الزئبق المخلوط بهاليدات المعدنية في غلاف زجاجي من الكوارتز ، مع قطبين من التنغستن بفاصل قوسي متوسط. وعلى عكس وحدات الإضاءة التقليدية التي تستخدم المصابيح المتوهجة ، تحتاج مصابيح HMI إلى صابورات كهربائية ، والتي يتم فصلها عن الرأس عبر كابل توصيل، للحد من التيار وتوفير الجهد المناسب. يعمل المصباح عن طريق إنشاء قوس كهربائي بين قطبين داخل المصباح الذي يثير بخار الزئبق المضغوط وهاليدات المعدنية، ويوفر خرج ضوء عالي جدًا بكفاءة أكبر من وحدات الإضاءة المتوهجة. تبلغ ميزة الكفاءة أربعة أضعاف تقريبًا، مع ما يقرب من 85-108 لومن لكل واط من الكهرباء. وعلى عكس مصابيح الهالوجين المتوهجة العادية حيث يتم استخدام غاز الهاليد لتجديد الفتيل ومنع التنغستن المتبخر من تعتيم الزجاج، فإن بخار الزئبق وهاليدات المعدنية في مصابيح HMI هي التي تنبعث منها الضوء. إن مؤشر تقديم اللون المرتفع (CRI) ودرجة حرارة اللون يرجعان إلى الكيمياء المحددة للمصباح.
تاريخ
في أواخر ستينيات القرن العشرين، طلب منتجو التلفزيون الألمان من شركة أوسرام المطورة للمصابيح إنشاء بديل أكثر أمانًا ونظافة لإضاءة القوس الكربوني المستخدمة في صناعة الأفلام . قامت شركة أوسرام بتطوير مصابيح HMI وبدأت في إنتاجها بناءً على طلبهم. [2]
أنتجت شركة فيليبس نوعًا مختلفًا من HMI، وهو إصدار أحادي الطرف يسمى MSR (مصدر متوسط من المعادن النادرة). يستخدم قاعدة مصباح قياسية ذات شقين. لتجنب تحول اللون أثناء الاستخدام، أضافوا غلافًا ثانويًا حول غرفة الغاز. توجد العديد من الاختلافات الأخرى للمصابيح، بما في ذلك GEMI (يوديد المعدن من جنرال إلكتريك)، وCID (يوديد مضغوط للضوء النهاري؛ [3] [4] Thorn EMI، المملكة المتحدة، منذ عام 1990 GE)، وCSI (يود مضغوط المصدر؛ Thorn EMI، المملكة المتحدة)، وDAYMAX (صنعته ILC)، وBRITE ARC (|[Sylvania Lighting Inc. (SLI)]). كلها أشكال مختلفة وأسماء مختلفة لنفس المفهوم بشكل أساسي.
تم استثمار الكثير من الأبحاث في جعل مصابيح HMI أصغر حجمًا بسبب استخدامها في تركيبات الإضاءة المتحركة مثل تلك التي تصنعها Vari-Lite و Martin و Robe و Highend. كانت المساهمة الرئيسية لشركة Philips بعد ذلك هي اختراع طلاء الفوسفور على لحام الفتيل برقاقة الموليبدينوم مما يقلل من الأكسدة والفشل المبكر في تلك المرحلة، مما يجعل تلك المنطقة قادرة على تحمل الحرارة الشديدة.
تُستخدم مصابيح HMI متعددة الكيلووات في صناعة الأفلام ولعرض الشرائح على شاشات كبيرة بسبب ناتج الضوء المتوازن مع ضوء النهار، بالإضافة إلى كفاءتها.
الوميض ودرجة حرارة اللون
على غرار المصابيح الفلورية ، فإن مصابيح HMI تسبب مشاكل تتعلق بدرجة حرارة اللون عند استخدامها في تطبيقات إضاءة الأفلام أو الفيديو. وعلى عكس وحدات الإضاءة المتوهجة، والتي هي عبارة عن مشعات ذات جسم أسود محدودة بحد أقصى نظري يبلغ 3680 كلفن (نقطة انصهار التنغستن)، فإن مصابيح HMI، مثل جميع مصابيح التفريغ الغازي، تصدر خطوط الطيف الانبعاثي لعناصرها المكونة، والتي تم اختيارها خصيصًا بحيث تشبه عند دمجها طيف الجسم الأسود لمصدر 6000 كلفن. وهذا يتطابق بشكل وثيق مع لون ضوء الشمس (ولكن ليس ضوء السماء)، لأن سطح الشمس عبارة عن مشعات ذات جسم أسود 6000 كلفن.
مع مصابيح HMI، تختلف درجة حرارة اللون بشكل كبير مع عمر المصباح. عادةً ما ينتج المصباح الجديد درجة حرارة لون قريبة من 15000 كلفن خلال الساعات القليلة الأولى. ومع تقدم عمر المصباح، تصل درجة حرارة اللون إلى قيمتها الاسمية التي تبلغ حوالي 5600 كلفن أو 6000 كلفن. مع تقدم العمر، يصبح طول القوس أكبر مع احتراق المزيد من الأقطاب الكهربائية. يتطلب هذا جهدًا أكبر للحفاظ على القوس، ومع زيادة الجهد، تنخفض درجة حرارة اللون بشكل متناسب بمعدل 0.5-1 كلفن تقريبًا لكل ساعة محترقة. لهذا السبب، ولأسباب أخرى تتعلق بالسلامة، لا يُنصح باستخدام مصابيح HMI بعد نصف عمرها الافتراضي. [ بحاجة لمصدر ]
تحتاج مصابيح HMI (مثل جميع مصابيح القوس) إلى وحدة تحديد التيار للعمل. يتم وصف طريقتين للقيام بذلك في قسم الصابورة أدناه. توجد مشكلة الوميض فقط عند استخدام المصباح مع الصابورة المغناطيسية (تنتج الصابورة الإلكترونية ضوءًا خاليًا من الوميض). تقدم مصابيح HMI (التي تعمل بالصابورة المغناطيسية) مشكلة متأصلة تتمثل في إمكانية إنتاج ضوء على الفيلم أو الفيديو بوميض ملحوظ . يحدث هذا بسبب الطريقة التي تنتج بها الوحدة الضوء. تعمل HMI، مثل وحدة الإضاءة المتوهجة، على طاقة التيار الرئيسي، مما يعني أن المصباح يضيء وينطفئ 100 أو 120 مرة في الثانية (مرتين لكل دورة جهد خط). على الرغم من عدم رؤيتها للعين البشرية، يجب مزامنة كاميرا الفيلم أو الفيديو بشكل صحيح مع هذه الدورة أو سيظهر كل إطار مسجل خرج ضوء مختلف. على الرغم من أن المصابيح المتوهجة تعمل أيضًا بالطاقة الرئيسية، إلا أنها لا تظهر وميضًا ملحوظًا لأن خيوطها لا تبرد بدرجة كافية بين الدورات لتقليل خرج الضوء بشكل كبير. بالنسبة لمصابيح HMI، يمكن تجنب الوميض باستخدام الصابورة الإلكترونية التي تعمل بترددات أسرع بآلاف المرات من تردد التيار الكهربائي.
عملية الصابورة
لتشغيل مصباح HMI، تعمل الصابورات الخاصة كمشعل لبدء القوس، ثم تنظمه من خلال العمل كخنق. يوجد نوعان من الصابورات: المغناطيسية والإلكترونية (موجة مربعة أو خالية من الوميض). الصابورات المغناطيسية أثقل وزنًا وأكثر حجمًا بشكل عام من الصابورات الإلكترونية، لأنها تتكون في المقام الأول من شبكة من المحاثات الكبيرة. وهي عادة ما تكون أرخص من الصابورات الإلكترونية. نظرًا لأن النوع المغناطيسي من الصابورة لا يحافظ على التفريغ باستمرار، فإن المصباح ينطفئ بالفعل عند تقاطعات الصفر لشكل الموجة الرئيسية؛ ما لم يتم قفل الكاميرا على شكل الموجة الرئيسية، فإن الفرق في التردد بين المصباح والغالق سينتج تردد نبض مرئي في التسجيل الناتج. هذا هو السبب في أن معايير التلفزيون تستخدم عادةً تردد شبكة الطاقة كمعدل إطارات أساسي. [ مشكوك فيه - ناقش ] [ بحاجة لمصدر ] الصابورات المغناطيسية هي أجهزة بسيطة مقارنة بالصابورات الإلكترونية. في الأساس، الصابورة المغناطيسية عبارة عن ملف محول كبير وثقيل يستخدم مبدأ بسيطًا لتوليد جهد بدء التشغيل العالي اللازم لإنشاء قوس في مصباح بارد. يتم توجيه طاقة الإدخال إلى ملف خنق متصل بين الإدخال الرئيسي والمصباح. يمكن توصيل الملف في عدة أماكن لتوفير جهد إدخال مختلف (120 فولت أو 240 فولت) وجهد بدء تشغيل مرتفع. يتم تضمين المكثفات أيضًا للتعويض عن محاثة الملف وتحسين معامل القدرة . نظرًا لكمية التيار العالية عبر الصابورة، غالبًا ما يُسمع صوت طنين منخفض بسبب التضيق المغناطيسي لرقائق الحديد الصابورة. تحتوي بعض الصابورة المغناطيسية على عزل حول الملف للتشغيل الصامت.
منذ أوائل تسعينيات القرن العشرين، أصبحت الصابورات الإلكترونية الخالية من الوميض (أو الموجة المربعة ) شائعة بشكل متزايد وبأسعار معقولة كبديل للصابورات المغناطيسية من خلال القضاء على معظم المشاكل المرتبطة بوميض واجهة الآلة البشرية. لا يتم تشغيلها ببساطة مثل الصابورة المغناطيسية. يمكن التفكير في الصابورات الإلكترونية على أنها تعمل في ثلاث مراحل - محول وسيط تيار مستمر ووحدة طاقة وعاكس تيار متردد. تتدفق الطاقة في البداية عبر القواطع الرئيسية إلى مرشح التيار الرئيسي RF الذي يمنع تدفق الضوضاء مرة أخرى إلى خط الطاقة الوارد. بعد ذلك، تقوم المقومات والمكثفات بالشحن والتفريغ لعكس النصف السالب من دورة التيار المتردد وتحويل الخط إلى جهد تيار مستمر موجب . وهذا ما يسمى بالتيار المستمر الوسيط. في المرحلة الثانية، يسحب محول باك من التيار المستمر الوسيط وينظم التيار إلى إلكترونيات الطاقة النهائية عبر لوحة تحكم إلكترونية. تضبط لوحة التحكم هذه بعناية دورة العمل عالية التردد لترانزستوراتها للحفاظ على اللون الأمثل وناتج الضوء مع تقدم عمر المصباح. أخيرًا، يتم عكس التيار المنظم بواسطة لوحة محول التردد المنخفض التي تستخدم أربعة ترانزستورات ثنائية القطب ذات بوابة معزولة ( IGBTs ) لتحويل التيار المستمر عند 60 هرتز على وجه التحديد إلى تيار متردد بموجة مربعة (على عكس النمط الجيبي للتيار المتردد الخطي). تشمل الشركات الرائدة في هذا المجال Power Gems Corp وB&S وMytronic.
من خلال استخدام خرج موجة مربعة لا يرتبط بمعدل دورة الخط، يمكن إنتاج خرج خالٍ من الوميض. نظرًا لأن IGBTs تعمل وتتوقف بمعدل دورة منظم، فقد يكون المولد بعيدًا قليلاً عن السرعة وسيظل المصباح خاليًا من الوميض، وهو ما لا يحدث مع الصابورة المغناطيسية القياسية. تؤدي طبيعة الموجة المربعة للخرج إلى خرج طاقة مستقيم من المصباح. الوقت الذي لا تصدر فيه الكاثودات إلكترونات ذات طاقة عالية بما يكفي قصير جدًا، مما يعني أنه يمكن إجراء تصوير آمن (خالي من الوميض) بمعدلات إطارات للكاميرا تصل إلى 10000 إطار/ثانية على معظم الصابورة الإلكترونية.
يتسبب هذا التبديل الحاد جدًا في التشغيل والإيقاف المتأصل في شكل الموجة المربعة في حدوث اهتزازات عالية التردد للغاية في المصباح. يمكن اعتبار الموجة المربعة بمثابة مجموع لا نهائي من التوافقيات ذات الأرقام الفردية، والتي ستشمل الترددات عند التردد الرنان للمصباح، مما يتسبب في اهتزازه عند هذا التردد مثل الجرس أو الصافرة. لا يساعد غلاف المصباح في هذا، حيث يعمل كغرفة رنين تعمل على تضخيم الضوضاء وتشكل مشكلة في تسجيل الصوت المتزامن للأفلام والفيديو. لتصحيح هذا، تم تجهيز معظم الصابورات الإلكترونية بوضع صامت يزيل الترددات الأعلى، لكنه يكمل انتقال الجهد، مما يتسبب في نفس مشكلة الوميض مع المغناطيسية، وإن كان بدرجة أقل. يوفر هذا الوضع تصويرًا آمنًا وخاليًا من الوميض بمعدلات إطارات تصل إلى 24 إطارًا/ثانية على معظم الصابورات الإلكترونية.
بالإضافة إلى حل مشاكل الوميض، توفر الصابورات الإلكترونية أيضًا مزايا أخرى مقارنة بالصابورات المغناطيسية. مع جهد الموجة المربعة، تقضي الكاثودات وقتًا أطول بكثير في إصدار الإلكترونات وإثارة البلازما، مما يخلق مكسبًا بنسبة 5-10٪ في خرج اللومن. [5] تسمح طبيعة الموجة المربعة لتدفق الطاقة بتمديد عمر المصباح بنسبة تصل إلى 20٪. معظم الصابورات الحديثة مجهزة الآن أيضًا بمخفت، والذي يستخدم تعديل عرض النبضة لتعتيم المصباح بنسبة تصل إلى 50٪، أو بقدر توقف واحد للضوء. على عكس الضوء القائم على التنغستن، والذي يتميز بتحول سلبي في درجة حرارة اللون مع انخفاض في الطاقة، فإن أطياف انبعاث الزئبق تتولى الأمر مع انخفاض في الطاقة (حوالي 200 كلفن أزرق عند 50٪ من الناتج).
أمان
تتمتع مصابيح HMI بنفس درجة حرارة لون الشمس تقريبًا عند الظهيرة (6000 كلفن)، ومثل غيرها من مصابيح التفريغ عالية الكثافة التي تحتوي على الزئبق، فإنها تولد ضوءًا فوق بنفسجيًا . يحتوي كل تركيب من تركيبات HMI على غطاء زجاجي آمن للأشعة فوق البنفسجية يجب استخدامه لحماية الأشخاص الذين قد يكونون أمام الضوء. يمكن أن يؤدي التعرض لمصباح غير محمي إلى تلف شبكية العين وحروق جلدية شديدة.
يمكن أن تصل مصابيح HMI إلى جهد اشتعال يصل إلى 70000 فولت عند تسخينها، وتعتبر [ من قبل من؟ ] خطيرة للغاية إذا تم توصيلها بشكل خاطئ. من الجيد أن يتم توجيه الضوء من الصابورة وليس الرأس، [ بحاجة لتوضيح ] في حالة وجود ماس كهربائي في رأس المصباح. يجب اتباع إجراءات التوجيه المناسبة أيضًا، مثل إصدار تحذير صوتي كلما تم تشغيل الضوء لتحذير الأشخاص في المنطقة. أيضًا، يجب توصيل كابل الرأس بشكل صحيح وآمن. تم تجهيز جميع كابلات الرأس الحالية تقريبًا بتركيبات "قفل ملتوي" في كلا الطرفين لضمان اتصال آمن ودقيق، سواء في الصابورة أو في غلاف المصباح. [ بحاجة لمصدر ]
في جميع مصابيح الكوارتز التي تحتوي على تعبئة غازية، توجد منطقة صغيرة تشبه الحلمة. إنها في الواقع موقع أنبوب العادم حيث تم ملء المصباح بخليط الغاز. يعد موضع الحلمة مهمًا جدًا وإذا كانت تواجه الاتجاه الخاطئ، فقد تظهر كظل في المسار الضوئي. كلما أمكن ذلك، يجب توجيه طرف العادم لأعلى مباشرة، أو حتى 45 درجة من العمودي. سيحافظ هذا على الطرف في المكان الأكثر سخونة، ويمنع اليوديدات والمعادن النادرة من التجمع فيه أثناء تبريد المصباح. إذا تم توجيه الطرف لأسفل، فسوف تتجمع المعادن النادرة فيه بمرور الوقت وسيتغير لون المصباح حيث لم تعد مدرجة في قوس البلازما.
بالإضافة إلى هذه المخاوف، من المعروف أن مصابيح HMI تتحطم في نهاية عمرها الافتراضي أو إذا تعرضت لضغط كافٍ. ورغم أنها ليست عنيفة مثل انفجار مصباح زينون القوسي القصير ، إلا أنها تتطلب الحذر. ونتيجة لذلك، لا ينبغي استخدام مصابيح HMI بعد نصف عمرها الافتراضي، [ بحاجة لمصدر ] ويجب توخي الحذر مع المصابيح الأكبر حجمًا عند الضرب (تشغيل المصباح)، حيث من المرجح أن ينفجر المصباح في غضون أول خمس دقائق من الضرب. ولهذا السبب، يحمل كل مصباح HMI معه عادةً سجلًا تفصيليًا لعدد الضربات وعدد الساعات التي تم استخدامه فيها. ويجب توخي الحذر عند نقل المصباح واستبدال المصابيح. تخضع الغازات الموجودة في مصباح HMI لضغط صغير جدًا، لكنها تزداد مع درجة الحرارة. وكما هو الحال مع مصابيح الكوارتز الهالوجينية، يجب توخي الحذر حتى لا تلمس الزجاج مباشرة حيث يمكن للزيوت الجلدية المتروكة على الغلاف أن تسخن إلى ما يتجاوز درجة حرارة عمل الغلاف وتسبب فقاعات و/أو نقطة ضعف. لهذا السبب، في كل مرة يتم فيها التعامل مع المصباح، يجب تنظيفه بمنديل مبلّل بالكحول الأيزوبروبيلي. تتميز معظم تصميمات أغلفة المصابيح بأنها أكثر صلابة وسمكًا من وحدات التنغستن التقليدية، وبالتالي في حالة انفجار المصباح، يتم حماية الأشخاص القريبين من الحطام المتطاير. هناك احتمالية تشقق عنصر العدسة الأمامية في رأس المصباح بسبب الصدمة الحرارية (رغم عدم انفجاره بالكامل أو تحطمه). يجب اتباع إجراءات السلامة المناسبة دائمًا عند استخدام وحدات واجهة الإنسان والآلة، حيث يمكن أن تكون خطيرة إذا تم استخدامها بشكل خاطئ.
في عام 2014، أفاد الصحفي كيري ساندرز أنه أصيب بالعمى لمدة 36 ساعة نتيجة التعرض المفرط للأشعة فوق البنفسجية من مصباح HMI معطل. لو كان التركيب يتضمن حماية من الأشعة فوق البنفسجية كما هو مطلوب من قبل إدارة السلامة والصحة المهنية، لما كان للإخراج من المصباح أي تأثير. [6]
انظر أيضا
مراجع
- ^ "علامة تجارية HMI لشركة Osram GmbH - رقم التسجيل 1219866 - الرقم التسلسلي 73245217 :: العلامات التجارية Justia".
- ^ مارك دي لورينزو، مدير منتجات HMI في شركة OSRAM في أمريكا الشمالية. 19/07/2019
- ^ "Thorn CID 2500W". www.lamptech.co.uk . تم الاسترجاع في 2022-04-06 .
- ^ "الثريات الحديثة".
- ^ دليل الإضاءة IES 1984
- ^ مراسلة أخبار إن بي سي أصيبت بالعمى المؤقت بسبب ساعات من التغطية، في هافينغتون بوست ؛ بقلم كاثرين فونج؛ نُشرت في 7 مارس 2014؛ تم استرجاعها في 7 مارس 2014
- عام
- بوكس، هاري. دليل فني الإضاءة، الطبعة الثالثة، دار فوكال للنشر، 2003.
- مصابيح هاليد المعدنية ذات القوس القصير
- التكنولوجيا والتطبيق: مصابيح هاليد المعدنية، الضوئيات الضوئية. أوسرام
