Lampa jodkowa Hydrargyrum o średnim łuku - Hydrargyrum medium-arc iodide lamp

Głowica HMI na stojaku

Hydrargyrum średniej łuku jodek ( HMI ) jest nazwą handlową od Osram jest marki z metalohalogenkowa wyładowcza średniej długości łuku lampy, wykonanych specjalnie do zastosowań w postaci folii i rozrywkowych. Hydrargyrum pochodzi od greckiej nazwy pierwiastka rtęć .

Lampa HMI wykorzystuje pary rtęci zmieszane z halogenkami metali w bańce ze szkła kwarcowego , z dwiema elektrodami wolframowymi o średniej separacji łuku. W przeciwieństwie do tradycyjnych jednostek oświetleniowych wykorzystujących żarówki żarowe , interfejsy HMI wymagają stateczników elektrycznych , które są oddzielone od głowicy kablem rozgałęźnym, aby ograniczyć prąd i zapewnić odpowiednie napięcie. Lampa działa poprzez tworzenie łuku elektrycznego między dwiema elektrodami w żarówce, który wzbudza pary rtęci i halogenki metali pod ciśnieniem i zapewnia bardzo wysoką moc świetlną z większą wydajnością niż żarowe jednostki oświetleniowe. Przewaga wydajności jest prawie czterokrotnie, przy około 85-108 lumenów na wat energii elektrycznej. W przeciwieństwie do zwykłych żarówek halogenowych, w których do regeneracji żarnika stosuje się gaz halogenkowy i zapobiega przyciemnianiu szkła przez odparowany wolfram, para rtęci i metalohalogenki w lampach HMI emitują światło. Wysoki współczynnik oddawania barw (CRI) i temperatura barwowa wynikają ze specyficznego składu chemicznego lampy.

Historia

Pod koniec lat 60-tych niemieccy producenci telewizyjni zwrócili się do firmy OSRAM, producenta lamp, o stworzenie bezpieczniejszego i czystszego zamiennika dla oświetlenia łukowego stosowanego w przemyśle filmowym . Osram opracował i rozpoczął produkcję lamp HMI na ich zamówienie.

Philips wyprodukował wariację HMI, wersję z jednym zakończeniem o nazwie MSR/HR (ang. hot restrrike ze średniego źródła ziem rzadkich). Wykorzystuje standardową dwubolcową podstawę lampy. Aby uniknąć zmiany koloru podczas użytkowania, dodali dodatkową otoczkę wokół komory gazowej. Istnieje kilka innych odmian żarówek, w tym GEMI (General Electric jodek metalu), CID (kompaktowe wyładowanie indu; Thorn EMI, Wielka Brytania, od 1990 GE), CSI (kompaktowe źródło jodu; Thorn EMI, Wielka Brytania), DAYMAX (produkowane przez ILC), i BRITE ARC (|[Sylvania Lighting Inc. (SLI)]). Wszystkie są wariacjami i różnymi nazwami zasadniczo tej samej koncepcji.

Wiele badań zainwestowano w zmniejszenie rozmiarów lamp HMI ze względu na ich zastosowanie w ruchomych oprawach oświetleniowych, takich jak produkowane przez Vari-Lite , Martin, Robe i Highend. Głównym wkładem Philipsa było wynalezienie powłoki luminoforowej na spoinie włókna z folią molibdenową, która zmniejsza utlenianie i wczesne awarie w tym momencie, dzięki czemu obszar ten jest w stanie wytrzymać ekstremalne temperatury.

Wielokilowatowe światła HMI są używane w przemyśle filmowym i do projekcji slajdów na dużym ekranie ze względu na ich zrównoważoną moc światła dziennego, a także ich wydajność.

Lampa jest ulubieńcem kinomanów, szeroko omawiając lampy i ich historię w placówkach edukacyjnych.

Migotanie i temperatura barwowa

Podobnie jak w przypadku lamp fluorescencyjnych , interfejsy HMI stwarzają problemy z temperaturą barwową, gdy są używane do zastosowań związanych z oświetleniem filmowym lub wideo. W przeciwieństwie do lamp żarowych, które są promiennikami ciała doskonale czarnego , których teoretyczne maksimum wynosi 3680 K (temperatura topnienia wolframu), lampy HMI, podobnie jak wszystkie lampy wyładowcze, emitują linie widmowe emisji swoich elementów składowych, specjalnie dobrane tak, aby połączone , przypominają widmo ciała doskonale czarnego źródła 6000 K. To bardzo pasuje do koloru światła słonecznego (ale nie świetlika), ponieważ powierzchnia słońca jest promiennikiem ciała doskonale czarnego o temperaturze 6000 K.

W przypadku żarówek HMI temperatura barwowa zmienia się znacznie wraz z wiekiem lampy. W ciągu pierwszych kilku godzin nowa żarówka będzie emitować światło o temperaturze barwowej zbliżonej do 15 000 K. Wraz ze starzeniem się żarówki temperatura barwowa osiąga wartość nominalną około 5600 K lub 6000 K. Wraz z wiekiem długość łuku zwiększa się wraz ze spaleniem większej liczby elektrod. Wymaga to większego napięcia do podtrzymania łuku, a wraz ze wzrostem napięcia temperatura barwowa zmniejsza się proporcjonalnie z szybkością około 0,5-1 kelwina na każdą godzinę spalania. Z tego powodu i innych względów bezpieczeństwa nie zaleca się używania żarówek HMI po upływie połowy ich żywotności.

Żarówki HMI (jak wszystkie żarówki łukowe) wymagają do działania jednostki ograniczającej prąd. Poniżej opisano dwa sposoby wykonania tego zadania. Problem migotania występuje tylko w przypadku używania żarówki w połączeniu ze statecznikiem magnetycznym (stateczniki elektroniczne wytwarzają światło bez migotania). Żarówki HMI (zasilane statecznikiem magnetycznym) stanowią nieodłączny problem związany z możliwością wytwarzania światła na filmie lub wideo z zauważalnym migotaniem . Jest to spowodowane sposobem, w jaki urządzenie wytwarza światło. Interfejs HMI, podobnie jak żarówka, jest zasilany z sieci, co oznacza, że ​​lampa włącza się i wyłącza 100 lub 120 razy na sekundę (dwa razy na każdy cykl napięcia linii). Chociaż nie jest to widoczne dla ludzkiego oka, film lub kamera wideo muszą być odpowiednio zsynchronizowane z tym cyklem, w przeciwnym razie każda nagrana klatka będzie pokazywać inną moc światła. Chociaż żarówki również zużywają energię sieciową, nie wykazują zauważalnego migotania, ponieważ ich włókna nie stygną wystarczająco między cyklami, aby ich moc świetlna bardzo się zmniejszyła. W przypadku lamp HMI migotania można uniknąć, stosując stateczniki elektroniczne, które pracują z częstotliwościami tysiące razy szybszymi niż częstotliwość sieci.

Działanie balastu

Statecznik HMI
Zobacz także: Lampa metalohalogenkowa § Stateczniki


Aby zasilić żarówkę HMI, specjalne stateczniki działają jak zapłonnik, który uruchamia łuk, a następnie reguluje go, działając jak dławik. Istnieją dwa rodzaje stateczników: magnetyczne i elektroniczne (fala prostokątna lub bez migotania). Stateczniki magnetyczne są na ogół znacznie cięższe i bardziej masywne niż stateczniki elektroniczne, ponieważ składają się głównie z sieci dużych cewek indukcyjnych. Są one zwykle tańsze niż stateczniki elektroniczne. Ponieważ magnetyczny typ statecznika nie utrzymuje wyładowania w sposób ciągły, lampa faktycznie gaśnie przy przejściu przez zero przebiegu sieci; o ile kamera nie jest zablokowana na kształt fali sieciowej, różnica częstotliwości między lampą a migawką będzie wytwarzać częstotliwość dudnienia, która jest widoczna w powstałym nagraniu. Dlatego standardy telewizyjne zazwyczaj używają częstotliwości sieci energetycznej jako podstawowej szybkości klatek. Stateczniki magnetyczne to proste urządzenia w porównaniu do stateczników elektronicznych. Zasadniczo statecznik magnetyczny to duża, ciężka cewka transformatora, która wykorzystuje prostą zasadę do generowania wysokiego napięcia rozruchowego potrzebnego do wytworzenia łuku w zimnej lampie. Moc wejściowa jest kierowana do cewki dławika podłączonej między głównym wejściem a lampą. Cewka może być odczepiana w kilku miejscach, aby zapewnić różne napięcia wejściowe (120 V lub 240 V) oraz wysokie napięcie rozruchowe. Kondensatory są również dołączone do kompensacji indukcyjności cewki i poprawy współczynnika mocy . Ze względu na dużą ilość prądu płynącego przez statecznik, często słychać niski buczący dźwięk z powodu magnetostrykcji żelaznych warstw balastu. Niektóre stateczniki magnetyczne mają izolację wokół cewki, co zapewnia cichą pracę.

Od wczesnych lat 90. elektroniczne stateczniki bez migotania (lub fali prostokątnej) stają się coraz bardziej popularne i przystępne cenowo jako alternatywa dla stateczników magnetycznych, eliminując większość problemów związanych z migotaniem HMI. Niestety ich działanie nie jest tak proste jak statecznik magnetyczny. Stateczniki elektroniczne można traktować jako działające w trzech etapach — przetwornica pośrednia DC, moduł mocy i falownik AC. Energia początkowo przepływa przez główne wyłączniki do filtra sieciowego RF, który zapobiega przepływowi szumów z powrotem do linii zasilającej. Następnie prostowniki i kondensatory ładują się i rozładowują, aby odwrócić ujemną połowę cyklu prądu przemiennego i przekształcić linię na dodatnie napięcie prądu stałego. Nazywa się to pośrednim DC. W drugim etapie konwerter buck pobiera prąd z pośredniego DC i reguluje prąd do końcowej elektroniki mocy za pomocą elektronicznej tablicy kontrolnej. Ta płyta sterująca dokładnie dostosowuje cykl pracy tranzystorów wysokiej częstotliwości, aby utrzymać optymalną barwę i moc światła w miarę starzenia się lampy. Wreszcie, regulowany prąd jest odwracany przez płytkę konwertera LF, która wykorzystuje cztery tranzystory bipolarne z izolowaną bramką ( IGBT ) do przełączania prądu stałego o dokładnie 60 Hz na falę prostokątną prądu przemiennego (w przeciwieństwie do sinusoidalnego wzoru linii prądu przemiennego). Liderzy w tej dziedzinie to Power Gems Corp, B&S i Mytronic.

Używając wyjścia fali prostokątnej, która nie jest odniesiona do częstotliwości cyklu linii, można uzyskać wyjście bez migotania. Ponieważ tranzystory IGBT włączają się i wyłączają z regulowaną częstotliwością cykli, generator może nieznacznie odbiegać od prędkości, a lampa nadal nie będzie migotać, co nie ma miejsca w przypadku standardowego statecznika magnetycznego. Prostokątny charakter wyjścia skutkuje prostoliniową mocą wyjściową lampy. Czas, w którym katody nie emitują elektronów o wystarczająco wysokiej energii, jest bardzo krótki, co oznacza, że ​​bezpieczne (bez migotania) filmowanie może odbywać się przy szybkościach kamer do 10 000 klatek/s na większości stateczników elektronicznych.

Niestety, to bardzo ostre włączanie i wyłączanie nieodłącznie związane z przebiegiem prostokątnym powoduje drgania lampy o bardzo wysokiej częstotliwości. Prostokątnym mogą być traktowane jako suma nieskończonej nieparzystych harmonicznych, które zawierają częstotliwości w tym częstotliwość rezonansowa cebulki, powodując wibracje na tej częstotliwości, jak dzwonek lub tyłem. Obudowa lampy nie pomaga w tym, działając jak komora rezonansowa , która wzmacnia hałas i stanowi problem w przypadku nagrywania dźwięku zsynchronizowanego dla filmu i wideo. Aby to naprawić, większość stateczników elektronicznych jest wyposażona w tryb cichy, który eliminuje wyższe częstotliwości, ale zaokrągla przejście napięcia, powodując ten sam problem z migotaniem w przypadku magnesów, choć w mniejszym stopniu. Ten tryb zapewnia bezpieczne filmowanie bez migotania z prędkością do 24 klatek/s na większości stateczników elektronicznych.

Oprócz rozwiązywania problemów z migotaniem, stateczniki elektroniczne zapewniają również inne zalety w porównaniu ze statecznikami magnetycznymi. Przy napięciu fali prostokątnej katody spędzają znacznie więcej czasu na emitowaniu elektronów i pobudzaniu plazmy, co powoduje zwiększenie strumienia świetlnego o 5–10%. Prostokątny charakter przepływu mocy pozwala wydłużyć żywotność lampy nawet o 20%. Większość nowoczesnych oporniki są teraz wyposażone w ściemniacz, który wykorzystuje modulację szerokości impulsu, w celu przyciemnienia lampy do 50%, czyli tyle, ile jeden zatrzymania światła. W przeciwieństwie do światła wolframowego, które charakteryzuje się ujemną zmianą temperatury barwowej wraz ze spadkiem mocy, widmo emisji rtęci przejmuje wraz ze spadkiem mocy (około 200 K bardziej niebieskie przy 50% mocy wyjściowej).

Bezpieczeństwo

Lampy HMI mają w przybliżeniu taką samą temperaturę barwową jak słońce w południe (6000 K) i podobnie jak inne lampy wyładowcze o wysokiej intensywności, które zawierają rtęć, generują światło ultrafioletowe . Każde urządzenie HMI ma osłonę ze szkła bezpiecznego UV, która powinna być używana do ochrony osób, które mogą znajdować się przed światłem. Kontakt z niezabezpieczoną lampą może spowodować uszkodzenie siatkówki i poważne oparzenia skóry.

Lampy HMI mogą osiągać napięcie zapłonu do 70 000 V, gdy są gorące i są uważane za bardzo niebezpieczne, jeśli zostaną źle okablowane. Dobrą praktyką jest odpalanie światła z balastu, a nie z głowicy, w przypadku zwarcia w głowicy lampy. Należy również przestrzegać właściwych procedur uderzania, takich jak wywoływanie ostrzeżenia głosowego za każdym razem, gdy włączane jest światło, aby ostrzec osoby znajdujące się w okolicy. Ponadto kabel nagłówka powinien być prawidłowo i bezpiecznie podłączony. Prawie wszystkie współczesne kable rozgałęźne są wyposażone na obu końcach w złącza typu „twist-lock”, aby zapewnić bezpieczne i precyzyjne połączenie, zarówno na stateczniku, jak i obudowie lampy.

We wszystkich lampach kwarcowych, które są wypełnione gazem, znajduje się niewielki obszar przypominający sutek. W rzeczywistości jest to położenie rury wydechowej, w której lampka została napełniona mieszanką gazów. Pozycja brodawki jest bardzo ważna i jeśli jest zwrócona w złą stronę, może pojawić się jako cień na drodze optycznej. Jeśli to możliwe, końcówka wylotu powinna być skierowana prosto do góry lub do 45 stopni od pionu. Pozwoli to utrzymać końcówkę w najgorętszym miejscu i zapobiegnie gromadzeniu się w niej jodków i metali ziem rzadkich podczas stygnięcia lampy. Jeśli końcówka jest skierowana w dół, metale ziem rzadkich będą się w niej gromadzić z czasem, a kolor lampy zmieni się, ponieważ nie są już zawarte w łuku plazmowym.

Oprócz tych obaw, lampy HMI są znane z tego, że pękają pod koniec swojego życia lub jeśli są wystarczająco obciążone. Chociaż nie są tak gwałtowne jak eksplozja ksenonowej żarówki o krótkim łuku , wymagają ostrożności. W rezultacie lampy HMI nie powinny być używane dłużej niż połowa ich znamionowego okresu eksploatacji, a podczas uderzania (włączania) lampy należy zachować ostrożność, ponieważ lampa najprawdopodobniej wybuchnie w ciągu pierwszych pięciu minut od uderzenia. Z tego powodu każda lampa HMI zwykle zawiera szczegółowy rejestr liczby uderzeń i liczby godzin użytkowania. Należy zachować ostrożność podczas transportu i wymiany lampy. Gazy w lampie HMI znajdują się pod bardzo małym ciśnieniem, ale wzrasta wraz z temperaturą. Podobnie jak w przypadku żarówek kwarcowo-halogenowych, należy uważać, aby nie dotykać bezpośrednio szkła, ponieważ tłuszcz pozostawiony na kopercie może nagrzać się powyżej temperatury roboczej koperty i spowodować bulgotanie i/lub osłabienie. Z tego powodu, przy każdej obsłudze lampy należy ją czyścić chusteczką nasączoną alkoholem izopropylowym. Większość konstrukcji obudów lamp jest z natury twardsza i grubsza niż tradycyjne jednostki wolframowe, dzięki czemu w przypadku wybuchu żarówki osoby znajdujące się w pobliżu są chronione przed latającymi odłamkami. Istnieje możliwość pęknięcia przedniej soczewki na głowicy lampy od szoku termicznego (choć nie do całkowitego wypalenia lub rozbicia). Podczas korzystania z urządzeń HMI należy zawsze przestrzegać właściwych procedur bezpieczeństwa, ponieważ mogą one być niebezpieczne w przypadku niewłaściwego użycia.

W 2014 roku dziennikarz Kerry Sanders poinformował, że był oślepiony przez 36 godzin w wyniku nadmiernej ekspozycji na światło ultrafioletowe z niesprawnej lampy HMI. Gdyby oprawa zawierała ochronę przed promieniowaniem UV, zgodnie z wymaganiami OSHA, wyjście z lampy nie miałoby żadnego efektu.

Zobacz też

Bibliografia

Generał