Неоновые лампы: где используют, как работают, срок службы, спектр

Устройство и принцип работы неоновой лампы.

Дизайн неоновой лампы.

Устройство предельно простое: 2 электрода, стеклянная колба в виде трубки с неоном под низким давлением.

Принцип работы тоже не очень сложен. Под действием электричества нейтральная молекула неона «отдает» электрон с внешней орбитали. Оставшаяся частица становится катионом — ионом с положительным зарядом. После ионизации катион перемещается к отрицательному катоду, а электроны — к положительному аноду. По трубке течет ток.

В процессе движения катионы и электроны постоянно сталкиваются. Это обмен энергией. Если электрон ее получает, он переходит на более высокую орбиталь. Тепло выделяется в окружающую среду. Если электрон теряет энергию, он переходит на более низкую орбиталь. Это вызывает свечение — испускание фотонов. В результате трубка светится красно-оранжевым цветом.

Конструкция и принцип действия

Внешне лампа напоминает обычный люминесцентный прибор — это стеклянная трубка, но заполненная не аргоном с каплей ртути, а неоном или другим инертным газом. Выбор газа влияет только на цвет свечения, а процесс его закачки в трубку происходит под низким давлением.

Форма трубы является наиболее практичной конструкцией и работает по следующей схеме. С обеих сторон подсоединяются электроды, на которые затем подается напряжение. Под действием напряжения атомы газа делятся с отрицательными электродами и приобретают положительный заряд.

Положительно заряженные атомы движутся к отрицательному полюсу электрода, а отрицательно заряженные электроны — к положительному. Заряженные атомы газа и отделившиеся от них электроны называются плазмой и образуют электрическую цепь неоновой трубки.

Для того чтобы освободить полость в стеклянной трубке от воздуха и выжечь лишние вещества, в производстве применяют вакуумно-термические установки. С их помощью откачивается один из благородных газов

Если внимательно посмотреть на разные виды неоновых лампочек, то можно заметить разницу: одни из них имеют ровное спокойное свечение, а другие светят максимально ярко. Во втором случае вместе с инертным газом внутрь трубки помещают пары ртути. Под действием электрического тока они начинают излучать ультрафиолет — отсюда и необычное, «волшебное» освещение.

Лампы, заполненные инертным газом, одинаково хорошо работают как на переменном, так и на постоянном токе. Однако второй вариант будет смотреться хуже, так как область освещения будет сосредоточена вокруг одного электрода. По этой причине для подключения устройств используется переменный ток, при этом величина напряжения должна быть большой – до 15 000 В.

Альтернативы свечению газоразрядных ламп. Источники света, испускающие цветные лучи от свечения газа и не покрытые стеклянными трубками, также называют газовыми фонарями. Предположим, что в люминесцентных лампах световая тень возникает из-за осаждения люминофора

Для повышения стандартного напряжения до нужного значения используется трансформатор. Экспериментально проверено, что напряжение менее 1000 В не вызывает разряда внутри трубки, поэтому она не будет светиться.

Обязательным этапом производства неоновых ламп являются длительные испытания. Для этого устройства подключают к напряжению на 12 и более часов, после чего выявляют недостатки. За это время пары ртути смешиваются с газом и равномерно распределяются внутри трубки, а напряжение стабилизируется.

Цветовое разнообразие газосветных ламп

Палитра цветов для неоновых устройств действительно велика. Оттенки также зависят от выбранного газа, от состава вещества, нанесенного на стекло, и от добавления газа в благородное наполнение трубки. Они могут изменять интенсивность от нестабильности до силы тока. Электроны атомов инертных газов при разделении выделяют энергию, от которой зависит длина световой волны, а значит, и ее цвет.

Вопреки расхожему мнению, согласно которому неоновые лампы светятся синим или пурпурным светом, приборы с неоновой начинкой имеют красное или оранжевое свечение. Кстати, для увеличения яркости красных ламп пары ртути не нужны — свет и так насыщенный

Если в трубках используются чистые инертные газы, они будут давать следующие цвета:

• гелий – розовый;
• криптон – зеленый;
• аргон — фиолетовый или синий.

Другие цвета также доступны. Для этого смешивают разные газы, изменяют их пропорции, изнутри на стекло наносят фосфор. Например, используя криптон в качестве покрытых люминофором трубок, можно получить широкий диапазон желтых оттенков.

Плотность и частота электрического тока также могут влиять на изменение цвета. Если взять в качестве примера неоновую лампу, то свечение станет оранжевым при уменьшении плотности тока, а при увеличении войдет в синий сегмент спектра свечения.

Кроме криптоновых и аргоновых ламп синим и фиолетовым светом могут светиться люминесцентные лампы — их часто путают. Аналогично свечению и ультрафиолетовое освещение, которое часто используют в ночных клубах и на дискотеках

Для того чтобы эффект ультрафиолетовых ламп присутствовал в газоразрядных установках, их заполняют ксеноном или криптоном. Иногда применяют их смеси в разных пропорциях и смесь с аргоном.

Преимущества и недостатки светильников

Газоразрядные лампы быстро заняли свою нишу и не собираются ее покидать благодаря своим положительным свойствам. Преимущества связаны как с количеством приложений, так и с техническими характеристиками устройств. Если проанализировать все страницы с точки зрения пользователей и специалистов, то можно выделить следующие основные качества.

Галерея изображений Изображение из Широкий диапазон, который могут обеспечить неоновые трубки и ленты, давно оценили дизайнеры интерьеров и экстерьеров С помощью контроллера, подключенного к светильникам, можно уменьшить или увеличить интенсивность светового потока -20 лет Стеклянные трубки а неоновые полосы хороши тем, что форму легко изменить. Для этого стекло нагревается, а полоса в основном эластичная и гибкая

Так как по краям только металлические заглушки, а корпус светильника стеклянный, свет так же хорошо заполняет пространство вокруг прибора. Размеры и форма газоразрядных осветительных приборов позволяют встраивать и устанавливать их в хард. — для доступа к местам — под подвесными потолками, в нишах В хорошем состоянии, неоновые лампы опасности не представляют.

Однако лучше тщательно следить за герметичностью труб, содержащих пары ртути В отличие от некоторых энергосберегающих ламп и светодиодных ламп, а также диммируемых приборов газовые источники света не шумят Разнообразие цветов и оттенков Возможность регулировки интенсивности света Долгий срок службы без ремонта Возможность изготовления светильников любой конфигурации Свет от источника распространяется во все стороны Неоновые трубки можно устанавливать в разных местах Условная безопасность осветительных приборов. Светильники не издают шума во время работы

А теперь обратимся к недостаткам, которые тоже присутствуют и заставляют отказываться от газоразрядных ламп, например, в быту.

Вот некоторые из них:

• мощность неоновых приборов намного ниже, чем у аналогичных светодиодных приборов – 10 Вт/м;
• хрупкость материала в трубах – стекло; если разбить лампу, вся цепь погаснет;
• необходимо постоянно следить за тем, чтобы вредный для здоровья газ, если он входит в состав наполнителя, не выходил наружу; для ламп предназначена специальная утилизация;
• установка требует особой внимательности и знаний, можно неправильно закрепить элементы в цепи или случайно разбить стекло.

И самое главное, цветное освещение носит скорее декоративный характер, а не является основой системы освещения. Он хорош для выделения отдельных зон или создания привлекательных композиций, но неуместен в местах с «рабочей» планировкой — в кабинетах, на кухне, в мастерской, в детской.

Применение неоновых источников света

Ошибочно думать, что неоновые приборы — это только элементы декоративного оформления и рекламной вывески. На самом деле, они используются уже более века и в самых разных областях.

Например, до использования светодиодов в качестве индикаторов напряжения стандартной сети 220 В использовались неоновые источники света.

Теперь можно встретить и миниатюрные лампочки, которые часто используются для сборки всевозможных бытовых цепей. Преимущества ощутимы: минимальное энергопотребление, надежность и экономичность по сравнению с лампами накаливания

Большие светильники оснащены стандартными цоколями Е14 и Е27 и рассчитаны на розетки, которые также используются в быту. Для того, чтобы прибор светился и работал от сети 220 В, в корпус встроен резистор.

В прошлом веке такие лампы использовались как ночники, но продавались они вместе со светильниками. Сейчас производство в России закрыто, но китайцы продолжают выпускать аналогичную продукцию.

Газоразрядные лампы Бализор применяются для освещения высоковольтных линий электропередач. Их особенность заключается в том, что ток подается непосредственно от кабеля, на котором они удерживаются

Еще несколько вариантов использования неоновых устройств:

• выпуск тестеров-индикаторов для обнаружения переменного напряжения в одной фазе;
• использование в стробоскопе;
• как пороговый или активный элемент в генерирующих установках;
• как защитный элемент в телефонных сетях.

Применение, известное современным людям, — рекламная индустрия. Улицы мегаполисов переливаются всеми цветами радуги, буквы, логотипы, контуры, блики и другие привлекающие внимание рекламные элементы выполнены из стеклянных трубок с ярким свечением.

Отличным примером использования неонового освещения является американский Лас-Вегас и другие места, связанные с индустрией развлечений. Ночные клубы, казино, театры, кафе и отели усыпаны разноцветными огнями.

Советы по дизайну интерьера

В жилых помещениях неоновые огни используются редко и неохотно. Возможно, это связано с неуместным разноцветным освещением в малогабаритных квартирах, которое до сих пор составляет основу жилищного сектора городов, особенно провинциальных.

А вот в коттеджах и квартирах новых планировок с высокими потолками все активнее используется неоновая подсветка.

Особенно любят выделять отдельные элементы в интерьере современные дизайнеры, хорошо умеющие привлечь внимание к объекту или создать особую атмосферу

Рекомендации дизайнеров и декораторов могут быть интересны всем, кто хочет сменить обстановку, освежить интерьер, сделать ремонт или просто поэкспериментировать с неоновой подсветкой. Для этого нужно купить лампы соответствующего размера, выбрать правильное место установки и выполнить установку с использованием дополнительного оборудования (например, контроллера или трансформатора).

Вариантов использования неона в квартире, частном доме или даже в офисе множество, мы рассмотрим лишь некоторые из них.

Цветное освещение — отличный инструмент для избавления от стереотипного подхода к дизайну интерьера. Оттененная синим, фиолетовым или зеленым цветом обычная мебель кажется более выразительной и стильной. Но во всем следует соблюдать правило цели и целесообразности.

Читайте также: Что делать при ожоге глаз кварцевой (ультрафиолетовой) лампой

Получение различного спектра свечения.

Неоновые лампы газоразрядные. Прямые неоновые трубки светят красно-оранжевым светом. Для получения других цветов используются другие газы из группы VIII таблицы Менделеева. Гелий дает бело-оранжевый свет, аргон — фиолетовый, криптон — сине-белый, ксенон — бело-голубой. Однако их еще называют неоновыми.

Различные цвета газоразрядных трубок.

Используйте 2 техники, чтобы получить другие оттенки. В первом случае смешиваются несколько газов. Иногда примешиваются небольшие количества сине-зеленых паров ртути. В результате смешения газов получается множество различных оттенков.

Во втором случае на стенки стеклянной колбы наносится слой фосфора. При подаче питания лампа загорается разными цветами.

Характеристики и виды неона.

Газоразрядные источники света.

Неоновая лампа работает с небольшим током. Работает от переменного и постоянного напряжения. В первом случае загорается вся трубка, а во втором область с электродом.

Из-за малой инерции возможно диммирование на основе механизма широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Срок службы большой: около восьмидесяти тысяч часов. Ограничивается характеристиками колбы: потемнением от электродов и газопоглощением. Газоразрядная лампа в принципе не может перегореть.

Трубки различаются по диаметру: доступны лампы 8, 10, 12, 15, 20 мм. Чем больше диаметр, тем длиннее источник света. Для восьмимиллиметровых неоновых трубок длина составляет от одного до семи метров. Для десяти миллиметров: от 1,2 м до 8,2 м. При диаметре 12 мм длина варьируется от полутора до десяти метров. Труба с окружностью 15 мм будет иметь длину от двух до 12,5 метров. Источник света диаметром 20 мм имеет длину от 2,5 до 20 метров.

На производстве трубы изготавливаются разных форм и размеров. Даже в виде букв с самыми замысловатыми шрифтами. Их диаметр варьируется от пяти миллиметров до двух сантиметров.

Для домашнего освещения выпускаются миниатюрные трубки: от 10 до 18 миллиметров. Это позволяет монтировать светильники в труднодоступных узких местах.

Неоновые лампы выпускаются разных типов. Их называют неоновыми из-за схожего цвета, мягкости свечения.

Гибкий неон.

Они состоят из поливинилхлоридной (ПВХ) трубки и светодиодной гирлянды. В зависимости от типа ПВХ они будут матовыми или прозрачными. По типу светодиодов — одноцветные или многоцветные.

Гибкий неон.

Гибкий неон характеризуется постоянным свечением. Чтобы усложнить работу — получить мерцание и мерцание — в электрическую цепь встроены специальные элементы управления.

Преимущества гибкого неона перед трубками:

• механическая стойкость;
• Водонепроницаемый;
• легкая установка;
• декоративный;
• низкая цена.

Холодный неон.

Конструктивно отличается от обычного. Представляет собой гибкую медную проволоку, окрашенную специальным люминофором. Поверх люминофора наносится слой диэлектрика и наматываются тонкие контактные провода. Сверху конструкция защищена оболочкой из ПВХ.

Холодный неоновый прибор.

Ток подается к центральному проводу и к намотанным проводам. При протекании электричества образуется магнитное поле, в котором люминофор начинает светиться. Свет очень мягкий, похожий на свет газоразрядных ламп. В зависимости от состава люминофора возможны разные цвета. Такой провод очень гибкий, тонкий, светит непрерывно по всей длине и вокруг себя. Он красивый, водонепроницаемый, прочный.

Холодные неоновые цвета.

Холодный неон работает при переменном напряжении в несколько сотен вольт с частотой от 500 до 5500 Гц. Поэтому подключиться к бытовой сети не получится. Используйте специальные преобразователи. В зависимости от модели они могут работать от разных источников питания.

Неоновые индикаторные лампы.

Благодаря низкому потреблению тока они служат для индикации включения сетевого напряжения. По устройству представляют собой трехэлектродную (один анод и 2 катода: индикаторный и вспомогательный) газоразрядную лампу небольших размеров. На контакт индикатора подается напряжение — лампа горит ярко — в сети 220 В. Вспомогательный катод — гаснет — требуется вмешательство человека.

Индикаторная лампа.

Индикаторные лампы просты в обслуживании, надежны, дешевы и служат долго.

Схема подключения неоновых ламп.

Газоразрядные источники света подключаются к источнику тока через резистор. Он вставлен в цепь для ограничения тока до 1 мА (а лучше до десятых долей миллиампер). Низкий ток увеличивает срок службы. Работа газоразрядной лампы без сопротивления представляет угрозу для здоровья человека. Использование резистора предотвращает переход разряда в дугу, что может привести к короткому замыканию, взрыву трубки лампы. В конструкцию некоторых источников света сразу входит резистор: он монтируется в цоколь. Стоит внимательно изучить этот вопрос при покупке.

Газоразрядные лампы требуют высокого напряжения. Бытовая розетка такого не производит. Нужен повышающий трансформатор. Параметры зависят от габаритов ламп, их количества, наполняющего газа. Требуемое напряжение варьируется от 2000 В до 12000 В. Например, для ламп, наполненных неоном, наблюдается следующая зависимость напряжения от длины.

Напряжение тр-ра, кВ	Диаметр трубы, мм
8	10	12	15	20
12	7000	8200	10 000	12500	18000
10	6000	7000	8000	11000	15 000
0,9	5500	6300	7500	9500	13500
0,8	4700	5400	6300	7400	11000
0,7	4100	4800	5800	7500	10500
0,6	3600	4000	4900	5800	8800
0,5	2900	3300	4000	5000	7300
0,4	2200	2500	3200	4000	5800
0,2	1000	1200	1500	2000 г	2500

Напряжение тр-ра, кВ	Диаметр трубы, мм
8	10	12	15	20
12	7000	8200	10 000	12500	18000
10	6000	7000	8000	11000	15 000
0,9	5500	6300	7500	9500	13500
0,8	4700	5400	6300	7400	11000
0,7	4100	4800	5800	7500	10500
0,6	3600	4000	4900	5800	8800
0,5	2900	3300	4000	5000	7300
0,4	2200	2500	3200	4000	5800
0,2	1000	1200	1500	2000 г	2500

Для подачи такого высокого напряжения необходимы высоковольтные линии. Их изоляция должна выдерживать не менее 1,5 часов рабочего напряжения. В качестве примера возьмем провод ПВК. Он дешевый, выдерживает до 20кВ, работает от -60 до +80 градусов.

Помните, чтобы подключить неоновые лампы самостоятельно, нужны хорошие знания электрики. Работа с высоким напряжением требует бригады высокой электробезопасности. Не забывайте о собственной безопасности!

Существует две схемы подключения ламп к трансформатору. Первый — по умолчанию. Лампы подключаются последовательно к трансформатору, а трансформатор к сети 220 В.

Стандартная схема подключения.

Схема нулевой точки.

Лампы соединены в две группы с каждой стороны трансформатора. Используется столько же однотипных источников света (с учетом габаритов, газового наполнения).

Схема нейтрали позволяет уменьшить длину проводов. В случае поломки лампы перестанет работать только одна часть цепи, а другая продолжит светить.

Холодный неон из-за устройства потребляет меньше энергии, чем обычный неон. Он может питаться от источника питания низкого напряжения. Для создания необходимых электрических параметров (напряжения, частоты) в схему встроен преобразователь. В зависимости от модели инверторы могут питаться от двенадцативольтовых блоков питания или пятивольтовых аккумуляторов. Батареи могут быть подключены к до трех метров неона. А для питания 12 Вольт — до двадцати метров.

Схема подключения к источнику питания через преобразователь.

Соблюдайте простые правила при установке:

1. Провода и лампы не должны соприкасаться с металлом. При необходимости используйте держатели из поликарбоната.
2. При использовании двух и более трансформаторов провода отходят от них на расстояние более 20 см.
3. Место, где провода проходят через металл, помещено в трубу из ПВХ.
4. Все металлические части трансформатора должны быть заземлены.

Сравнение светодиодной ленты с неоном.

Светодиодные ленты.

Газоразрядные лампы имеют ряд преимуществ перед светодиодными лентами:

• мягкость света (светодиодные — очень резкие, контрастные);
• равномерность (светодиодные источники света светятся точками);
• возможность изгиба неона в любую сторону (светодиодная лента гнется только в одну сторону);
• небольшой нагрев или полное отсутствие.

Однако светодиодная лента потребляет меньше энергии и позволяет использовать больше цветов. Он также экологичен, а газоразрядные источники света могут содержать пары ртути.

Достоинства и недостатки.

Неоновая трубка.

Плюсы

• низкое энергопотребление;
• низкий нагрев (до 40 градусов);
• мягкий свет, отсутствие контрастных теней;
• без звука;
• простое затемнение;
• долгий срок службы (80 000 часов или 20 лет) отсутствие элементов, которые могут перегореть;
• возможность изготовления светильников разной формы, габаритов.

Минусы

• низкая механическая прочность;
• высокое напряжение для подключения и эксплуатации;
• низкая яркость свечения — использовать только для дома в качестве фонового освещения;
• необходимость повышающего трансформатора;
• повышенные меры безопасности при подключении и эксплуатации;
• безопасная утилизация ламп, содержащих пары ртути;
• высокая цена.

Где используется неоновые лампы

Жидкий неон используется для охлаждения в криогенных установках (системах разделения воздуха). Ранее неон использовался в промышленности в качестве инертной среды, но был заменен более дешевым аргоном.

Источники неонового света используются для индикации:

• Контрольно-индикаторная лампочка наличия сетевого напряжения 220 В.
• Индикаторы зонда. Применяются для обнаружения наличия переменного напряжения на фазных проводах (проводах) или на корпусе электроприемников. ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ НА СЛЕДУЮЩЕЕ! Такие щупы индикатора необходимо соединять последовательно через резистор 1 МОм для защиты человека от поражения электрическим током. Неоновые лампы низкого давления отлично подходят для этой задачи, поскольку они потребляют очень мало тока и поэтому очень чувствительны.
• Бализор — сигнальные габаритные огни высокого напряжения. Источник неонового света способен вспыхнуть без прямого источника электрического тока, а только при воздействии электромагнитного поля. Примером использования такого свойства неоновых ламп является лампа Бализор, используемая в качестве световой индикации для воздушных линий.

Отличие простых принципиальных схем для сигнальных неоновых ламп и светодиодных ламп показано ниже

Схема подключения неонового индикатора

Схема подключения светодиодного индикатора

Неоновые лампы также используются как элемент защиты от перенапряжения в телемеханике и сигнальных цепях при условии, что максимально допустимое напряжение ниже порога зажигания лампы, а пониженные скачки напряжения вызывают ее загорание.

Применение декоративного газоразрядного освещения ограничено фантазией.

В домашних условиях с помощью неона создают акцентную подсветку на мебели, зеркалах и предметах интерьера. Такое освещение создает праздничную атмосферу в любой день.

Неоновые огни обозначают ступени, плинтуса, выключатели.

Неон используют для оформления баров, кафе, ресторанов. С освещением от газоразрядных ламп комнаты становятся уютными. Создает мягкую интимную атмосферу.

В квартирах, кафе распространено зонирование с помощью газоразрядных ламп.

На дискотеках неон задает ритм танцам. Созданы режимы мерцания и мигания часов.

Наружное освещение зданий, памятников, праздничное освещение и т.п производится от газоразрядных источников света на улице. Они также освещают взлетно-посадочные полосы в аэропортах.

Неон чаще всего используется в рекламе. Разнообразные вывески и оформление витрин красиво смотрятся в темноте.

Неоновые буквы выделяются для уличного и домашнего использования.

Фотостудия с неоновой подсветкой позволяет получить красивые фотографии в разноцветном свете. Такие фотосессии распространены в шоу-бизнесе, фэшн-индустрии.

Как сделать неоновую лампу своими руками.

сделать полноценную неоновую лампу в домашних условиях вряд ли возможно. Основная проблема заключается в отсутствии в продаже комплектующих: инертных газов, фосфора и т д. Соблюдать технологию производства вне завода проблематично.

Можно будет самостоятельно создать внешний вид газоразрядной лампы.

Вам понадобятся 2 цветных светодиода соответствующего размера и клей-карандаш от клеевого пистолета. Свет вашей будущей «лампы» зависит от цвета светодиода. А от длины стержня — длина.

Не забывайте о мерах безопасности при работе с электроприборами!

Схема подключения неоновой лампы.

Итак, для начала с помощью паяльника с тонким жалом сделайте углубление с конца стержня. Поместите туда светодиод так, чтобы контакты остались снаружи. Плотно заклейте отверстие клеем. Вы делаете то же самое с другой стороны.

Затем подключите минусовую клемму первого светодиода с помощью проводов и паяльника к плюсовой клемме второго.