Кварцевая лампа своими руками

Как сделать кварцевую лампу

Ультрафиолетовое излучение применяется в быту и медучреждениях для обеззараживания помещений (комнат, больничных палат и т.п.). В стационарных условиях в качестве источника УФ используются промышленные кварцевые лампы. Такие приборы не всегда доступны в быту, поэтому возникают ситуации, когда требуется решать вопрос, чем заменить светильник и как его изготовить самостоятельно.

Чем заменить УФ-лампу в домашних условиях

Сделать кварцевую лампу в домашних условиях невозможно, но получить самодельный источник обеззараживающего излучения другими способами вполне реально. Рынок светотехники сейчас уверенно захватывают светодиодные фонари. Различные типы излучающих элементов этого класса работают в спектре от мягкого ультрафиолета до инфракрасного. Из светодиодов можно собрать светильник UV-диапазона. Но у этого пути есть существенный недостаток – небольшая мощность излучателей подобного типа и их относительно высокая стоимость. Так как для дезинфекции помещений нужен источник достаточно высокой интенсивности, подобный путь обойдется дорого.

Также мало эффекта будет от источников видимого света, снабженных светофильтрами – бытовые LED-фонарики или «вспышки» мобильных телефонов. В домашних условиях изготовить фильтр с хорошими характеристиками (высокий уровень пропускания УФ в нужной полосе спектра) невозможно, и такой класс фонарей относится скорее к категории игрушек. Практически применить их можно лишь в качестве детекторов валют и т.п.

Хорошим исходником для получения домашнего источника ультрафиолета может стать газоразрядная лампа ДРЛ 250. Светильник такой мощности имеет оптимальную интенсивность излучения для помещения средних размеров. Исходя из условий можно применить лампы и других типоразмеров. Важные для обзора параметры газоразрядных светильников сведены в таблицу.

Тип	Мощность, Вт	Тип цоколя
ДРЛ-125	125	Е27
ДРЛ-250	250	Е40
ДРЛ-400	400	Е40
ДРЛ-700	700	Е40
ДРЛ-1000	1000	Е40

Остальные стандартные параметры ламп, как индекс цветопередачи, световой поток и т.д. в нашем случае значения не имеют.

Как сделать кварцевую лампу из ДРЛ

Перед тем как сделать бактерицидную лампу из газоразрядной ДРЛ, надо разобраться, как устроен светильник-донор.

Внешне ртутная лампа мало отличается от обычной лампы накаливания – тот же стандартный резьбовой патрон и стеклянная колба. Бросается в глаза отличие – баллон непрозрачный, а покрыт изнутри белым веществом – люминофором. Под действием ультрафиолетового излучения эта субстанция начинает светиться. Чтобы инициировать свечение, внутри колбы находится источник УФ-света. Он представляет собой трубку из кварцевого стекла – оно выдерживает высокие температуры. Колба запаяна герметично, и в ней расположены основные и вспомогательные электроды. Внутри находится ртуть в жидком состоянии, а также небольшое количество паров ртути.

В момент включения между основным и зажигающим электродом вспыхивает начальный разряд – за счет небольшого расстояния между элементами. Начинается разогрев инициирующей системы. С ростом температуры жидкая ртуть начинает переходить в газообразную форму, и при достижении определенной концентрации и давления паров металла появляется разряд между электродами. Время розжига зависит от температуры окружающей среды и может составлять от 8 до 15 минут.

По окончании прогрева система начинает излучать свечение, спектр которого захватывает видимую часть спектра в сине-зеленом участке и ультрафиолетовую область. УФ-излучение заставляет люминофор основной колбы светиться красным цветом, а видимый цвет инициирующего блока дополняет свечение большого баллона до белого света. Пространство между внутренней колбой и источником ультрафиолетового излучения заполнено инертным газом (азотом).

СМОТРИ как сделать подставку для кварцевой лампы.

Чтобы сделать ультрафиолет из такой лампы, достаточно удалить верхнюю колбу. Для этого лампу надо завернуть в плотную ткань и аккуратно разбить. Сделать это надо так, чтобы внутренний блок не пострадал. Внутренняя часть стекла покрыта порошкообразным люминофором, поэтому в помещении проводить такую операцию не рекомендуется. Делать это надо на улице или в хорошо проветриваемой мастерской.

Важно! Баллон находится под давлением, поэтому надо принять меры, полностью исключающие разброс осколков стекла.

Далее надо убрать остатки колбы — и самодельный светильник УФ-участка готов.

Можно включать его в сеть по обычной для таких устройств схеме.

Важно! Во время начального прогрева лампы ток, потребляемый ДРЛ, может достичь высокого значения, поэтому включать светильник в бытовую однофазную сеть 220 В без дросселя нельзя! Перед включением надо убедиться, что балласт рассчитан на номинальную мощность светильника.

У этого способа получения домашнего источника обеззараживающего излучения есть свои минусы, главным из которых является невысокая бактерицидная эффективность. Связано это с неоптимальным для такой сферы деятельности спектром излучения. Но есть и достоинства, среди которых дешевизна и несложность изготовления.

Видео: Пошаговая инструкция к изготовлению лампы.

Правила безопасного использование самодельной лампы

В небольших количествах ультрафиолет оказывает благоприятное действие на человеческий организм, а в определенных случаях он необходим – витамин Д без УФ-излучения не синтезируется. Но ультрафиолетовое свечение имеет не только полезные свойства. УФ в чрезмерных дозах оказывает вредное воздействие:

вызывает старение кожи, интенсивное воздействие приводит к ожогам, длительное облучение может вызвать онкологию (особенно опасно длительное пребывание под UV-излучением людям со светлой кожей);
при воздействии на глаза может вызывать ожог , а при длительном действии способствует развитию катаракты.

Поэтому при кварцевании помещений самодельным или промышленным прибором надо принимать защитные меры.

Самый радикальный способ – лампа в стационарном исполнении, или с отдельной розеткой. Выключатель нужно вынести за пределы комнаты. Перед обеззараживанием вывести из помещения людей и животных. Этот наиболее безопасный метод, но он связан с работами по переносу и монтажу электропроводки.
Другой путь – использовать переносной светильник в закрытом виде. С абажуром, перекрывающим небольшой сектор, в котором оператору надо держаться при манипуляциях с лампой. После включения нужно покинуть помещение, придерживаясь затемненного участка. Это менее трудоемко, чем переделка электропроводки, но недостатком является закрытая зона, в которой обеззараживания не происходит.
Использование защитных средств. Кожу эффективно защищает обычная одежда достаточной плотности. УФ не проникает сквозь ткань. Руки можно защитить перчатками – обычными или медицинскими резиновыми. Для защиты глаз применять очки. Хорошую степень защиты обеспечивают стеклянные линзы (с диоптриями или без). Изделия из пластика предохранят от УФ гораздо хуже. Уровень поглощения зависит от состава пластмассы, в паспорте на изделие должен быть указан уровень защиты. Дешевые солнцезащитные очки неизвестного происхождения не дают никакой гарантии и могут оказаться полностью прозрачными для ультрафиолета. Они могут даже усиливать вред: зрачок человека, реагируя на снижение интенсивности видимого света, расширяется. Ничем не ослабленный поток ультрафиолета без препятствий проникает в глаз, нанося вред хрусталику, роговице и сетчатке. Наилучшим способом защиты являются специализированные очки, которые можно приобрести в магазинах медицинской техники. Они гарантируют поглощение большей части потока вредоносного спектра.

Важно! Очки защищают не только глаза, но и кожу вокруг них. На этом участке отсутствует жировая прослойка, поэтому старение кожи и появление морщин под воздействием UV происходит особенно быстро.

Ультрафиолетовая лампа, сделанная своими руками, окажет серьезную помощь в поддержании гигиены помещения. Но чтобы избежать вредных побочных эффектов, требуется соблюдать разумные меры предосторожности. Основной принцип медиков «Не навреди!» полностью актуален в теме обзора.

Бактерицидная лампа из ДРЛ

Из дуговой ртутной лампы (ДРЛ) можно изготовить источник ультрафиолетового света, для самых разных целей. При этом, для обеспечения большей долговечности, кварцевая «горелка» такой лампы будет использоваться только в тлеющем разряде, без перевода её в дуговой.

Как известно, бактерицидным действием обладает ультрафиолетовое излучение в диапазоне длин волн 205…315 нм, которое проявляется в деструктивно-модифицирующих фотохимических повреждениях ДНК клеточного ядра микроорганизма, что приводит к гибели микробной клетки в первом или последующем поколении.

Нас интересует резонансное излучение б «бактерицидной» области ультрафиолетового спектра. Это, в основном, самые интенсивные резонансные линии ртути — 184,9 нм и 253,7 нм (далее. 185 нм и 254 нм соответственно). При работе лампы чувствуется образование озона — он образуется от излучения с длиной волны 185 нм, которое ионизирует молекулы кислорода.

За счет зеркального отражателя из-за многократного прохождения излучения через плазму возникают другие спектральные линии -265, 280. 289, 302 нм. Интенсивность нужных нам линий излучения ртути в окрестностях этих длин волн показана на рис.1 где обозначены: 1 — дуговой разряд, ток 0,34 А; 2 — тлеющий разряд, ток 0,25 А.

Таким образом, тлеющий разряд в ртутной лампе высокого давления достаточен для обеззараживания, скажем, погреба или дезинфекции воды.

Чтобы изготовить бактерицидную лампу, можно взять лампу ДРЛ любой мощности, но речь будет идти о 400-ваттной лампе, у которой аккуратно разбиваем внешнюю колбу у горловины, предварительно завернув ее в ткань. В итоге мы имеем кварцевую лампу с длинными выводами. Для удобства следует укоротить эти выводы «болгаркой» (см. фото).

Затем нужно отсоединить резистор, идущий к добавочному «поджигающему» электроду, — у трехвыводной лампы он один, у четырехвыводной — два.

Для получения тлеющего разряда есть несколько способов включения лампы, например с индуктивностью. Автор экспериментировал с простейшей схемой, показанной на рис.2.

В устройстве использованы:

кнопка SW1 любая без фиксации, на ток 2 А;
дроссель L1 содержит две обмотки по 500-600 витков провода ПЭВ 0,6 на магнито проводе 40×20 мм.

При отпускании кнопки SW1 создается импульс высокого напряжения на лампе, который поджигает лампу, и дальше она питается от сети 220 В/50 Гц через балластный дроссель. Можно применить другие схемы с дросселями со стартерами и бесстартерные. Недостаток таких схем, очевиден -это сам дроссель, громоздкий, к тому же он нагревается.

Кроме того, со временем в таком устройстве эмиссия электродов уменьшится, и запуск лампы будет затруднен.

Питание лампы постоянным током

На рис.3 показана схема питаюше-пускового устройства для кварцевой лампы. На выходе умножителя напряжения получается напряжение около 700 В — от него лампа зажигается сразу.

У такого способа питания есть недостаток: один вывод лампы постоянно работает как анод, а другой — как катод. В результате, неравномерность износа электродов, выход из этого положения — через несколько сотен часов работы следует поменять местами выводы лампы. В остальном работа лампы весьма стабильна, к тому же легко подобрать требуемый режим её работы по току, в зависимости от мощности используемой лампы. С приведенными номиналами конденсаторов (рис.3) ток потребления от сети 1,4 А. ток через лампу 500 мА. Срок службы лампы ДРЛ около 20 тыс. ч. Так как у новой лампы эмиссия электродов хорошая, то конденсаторы С1 и С2 можно использовать и меньшего номинала — по 4,7 мкФ, при этом ток через лампу уменьшится до 400 мА.

Для обеспечения жесткости конструкции лампу нужно поместить б «оболочку». Делаем опалубку из подходящих «деревяшек», предварительно сделав отверстия для выводов, и для обеспечения отражения всего светового потока лампы в одном направлении, подложив зеркальные пластинки слева и справа и под кварцевую лампу.

В качестве отражателей можно использовать отполированные стальные пластинки. Заливаем форму гипсоцементной смесью (искусственный камень) в таком соотношении: цемент — 40%, гипс — 50%, карбоната натрия — 5% (его можно получить, прокалив соду) и 5 мл спирта (выступает как замедлитель отвердевания для гипса) [3]. Добавляем горячую воду до получения консистенции сметаны и заливаем форму. В итоге получаем затвердевшую прямоугольную заготовку с заключенной внутри кварцевой лампой. Поверхность «камня» можно покрыть клеем ПВА. с отступом от лампы в 1 см. При работе колба разогревается, но так как коэффициент теплового расширения у кварцевого стекла ничтожен, то колба не повредится. Эксплуатация показала надежность такого решения. В заключение, изготавливаем подходящий кожух из алюминия толщиной до 1 мм. Теперь лампа готова, переходим к изготовлению источника питания.

Источник питания

Источник питания кварцевой лампы оформлен в корпусе от компьютерного блока питания типоразмера АТХ — оказалось, что он идеально подходит для этой цели. Конденсаторы можно использовать любые неполярные отечественные или импортные на напряжение не менее 250 В (С1, С2) и 1200 В (С3, С4), диоды на максимальное напряжение не менее 700 В и прямой ток 1 А. Предохранитель на ток 3…5 А обязателен. Все детали расположены на пластинах из диэлектрика (текстолит, дерево и др.).

Работа с излучателем

Наличие линии излучения 254 нм в спектре лампы было проверено с использованием люминофора из отслужившей свой срок обычной трубчатой лампы дневного света типа ЛБ20 (ЛБ 40). Соскоблил — белый порошок, который представляет собой галофосфат кальция, способный светиться именно от излучения с длиной волны 254 нм. Порошок посыпан ровным слоем на липкую сторону прозрачного скотча, чтобы он прикрепился. Полученное покрытие покрывают вторым слоем скотча. Выяснилось, что прозрачный скотч пропускает ультрафиолет. Если поднести такой импровизированный индикатор к нашей лампе, то он светится белым светом, что доказывает наличие УФ излучения. Остальные спектральные линии, указанные выше, также в спектре лампы должны присутствовать.

В заключение, несколько слов о работе с УФ излучением. Следует беречь глаза, работать только в очках со стеклами из неорганического стекла. Обычное (оконное) стекло практически полностью задерживает жесткий ультрафиолет с длиной волны менее 320 нм. При длительной работе помещение следует проветривать от образующегося озона. При обработке, скажем, погреба озон сыграет положительную роль в обеззараживании. При обработке поверхностей лампу легко держать в руке на расстоянии нескольких сантиметров от предмета обработки.

Изготовление и применение антикороновирусной лампы

Ультрафиолетовая бактерицидная лампа может применяться для дезинфекционной обработки помещений как одна из мер против короновируса.

«Эффект обеззараживания основан на прямом губительном воздействии ультрафиолетовых лучей в спектре с длиной волны 200—300 нм и максимумом бактерицидного действия 260 нм … ультрафиолетовые лучи могут воздействовать не только на обычные бактерии, но и на споровые организмы и вирусы» — Справочник химика [1].

Подробную информацию об использовании ультрафиолетового излучения для обеззараживания можно найти в [2].

Профессиональные бактерицидные установки стоят недешево и предназначенные для них лампы в обычный патрон не вкрутишь. В этой статье пойдёт речь об изготовлении и применении недорогой бактерицидной лампы со стандартным патроном Е27 или Е14 с питанием от сети 220В на основе УФ лампы с цоколем 2G7 или G11 и электронного балласта б/у энергосберегающей лампы.

Меры предосторожности при использовании УФ-лампы.

Воздействие ультрафиолетового излучения на кожу приводит к ожогам разной степени, может вызывать рак кожи. При облучении глаз вызывает ожог роговицы. Ультрафиолет коротковолнового диапазона (100—280 нм) может проникать до сетчатки глаза. Обработка помещений должна проводиться только без людей!
При работе УФ ламп образуется озон, обладающий высокой токсичностью. После обработки помещение необходимо проветрить. Это не относится к УФ лампам из увиоливого стекла, не генерирующим озон по причине поглощения стеклом спектра излучения, создающего молекулы озона.
Многие полимеры, используемые в товарах широкого потребления, деградируют под действием УФ-света. Не рекомендуется надолго оставлять изделия из полимеров вблизи работающих УФ ламп.

Если мощность лампы и балласта совпадают, задача проста: подключить лампу к балласту и прикрепить к корпусу.
Если мощность лампы больше мощности балласта, если повезёт, работать будет, но не на полную мощность, а в соответствии с мощностью балласта. Балласт ограничивает выходной ток, поэтому подключение ламп избыточной мощности не выведет его из строя.
Если мощность лампы меньше — требуется вмешательство в конструкцию балласта с целью уменьшения мощности. Об этом — следующий раздел.

Устройство и работа электронных балластов.

На эту тему написано немало статей. Рассмотрим первую схему из статьи «Схемы, устройство и работа энергосберегающих ламп» [3].

Рисунок 1: cхема электронного балласта лампы.

Из всех элементов схемы нас интересуют:

Лампа. На схеме обозначены её катоды LMP1, LMP2. Сюда будем подсоединять УФ-лампу.
Пусковой конденсатор С3. Во время запуска, напряжение на конденсаторе C3 достигает порядка 600В. Если колба энергосберегающей лампы была повреждена, вероятен выход из строя конденсатора C3 и транзисторов. Поэтому, при использовании балласта от неисправной лампы, необходимо проверить их исправность. Да и все остальные детали желательно проверить до первого включения.
Терморезистор RT1 с положительным температурным коэффициентом сопротивления, также называемый позистором или PTC. Устанавливается в некоторых лампах. Он предотвращает перенапряжение на выходе преобразователя: в момент поджига лампы он холодный и протекающий через него ток разогревает катоды лампы, чтобы облегчить запуск, снизить износ, потом PTC нагревается, увеличивает своё сопротивление и не препятствует дальнейшей работе лампы.
Предохранитель F1, необходимый для обеспечения пожаробезопасности.
Выходной дроссель L1. Ограничивает ток через лампу.
Трансформатор обратной связи TR1. Намотан на ферритовом кольце и является насыщающимся. От его параметров зависит частота генерации, а от неё — индуктивное сопротивление дросселя и ток через лампу.

В документе «Electronic Lamp Ballast Design» [4] приведена методика расчёта электронных балластов при разработке с нуля. При переделке готовых электронных балластов пригодятся формулы:

Формула (1) на с. 3 — зависимость индуктивного сопротивления от частоты.
Формула (3) на с. 3, и ненумерованная чуть ниже, связывающие индуктивность дросселя и ток через лампу.
Формула (16) на с.8, определяющая частоту генерации.
Формула (18) на с.10, связывающая ток протекающий через лампу с числом витков первичной обмотки и периметром сердечника трансформатора обратной связи. Ток протекающий через лампу равен току первичной обмотки.

Методика переделки электронных балластов под любую нужную мощность (в меньшую сторону)

Определение тока. Измерьте напряжение U на штатной колбе б/у лампы, мощность которой P1 указана на корпусе. Ток I1 = P1 / U1. Если колба б/у лампы неисправна, примем допущение, что напряжение U1 на старой и новой U2 лампах примерно равны U1 = U2. Ток УФ-лампы I2 = P2 / U2. Соотношение токов I1/I2 определяет изменение числа витков первичной обмотки трансформатора обратной связи.
Домотка первичной обмотки трансформатора обратной связи. Посчитайте количество витков первичной обмотки Np. Нужно домотать N = Np * (I1/I2 — 1) витков.
Добавление обратных диодов в базовые цепи транзисторов. Напряжение и ток диодов малы, поэтому годятся почти любые быстрые диоды. Например, UF4007 или аналогичные, из других б/у балластов.
Добавление терморезистора (если его не было) параллельно пусковому конденсатору.
Добавление предохранителя F1 (если его не было). Номинальный ток предохранителя Iпр = 2P / Uсети выбирается по расчетному току нагрузки с учетом пусковых токов. Можно брать из других б/у балластов такой же или большей мощности.
Испытание. Проводить в защитных очках.

Временно подключить УФ-лампу. При первом включении подсоединить лампу накаливания мощностью 60-100 Вт последовательно с фазой питающей сети для предотвращения выхода из строя балласта в случае допущенных ошибок.
Кратковременно включить питание без добавочной лампы, измерить ток, сравнить с рассчитанным.
Сравнить реальную мощность на лампе с номинальной.
Если номинальная мощность превышена на 2Вт и более, домотать ещё 1 виток первичной обмотки трансформатора обратной связи и повторить этот пункт.

Методика изготовления бактерицидной лампы

Разборка лампы. Подогрейте корпус феном в области шва чтобы пластмасса стала эластичнее, просуньте тупой нож или плоскую отвёртку и отожмите защёлки.
Доработка балласта — описана выше, делается при несовпадении мощностей УФ-лампы и балласта.
Удаление колбы. Отсоедините выводы колбы от платы балласта. Подогрейте феном клей, которым приклеена колба, и расковыряйте его ножом, чтобы отделить колбу от корпуса.
Доработка корпуса и установка УФ-лампы. Конкретные действия зависят от конструкции корпуса. В моём случае оказалось достаточно срезать часть пластика и сделать отверстия для выводов УФ-лампы. После припаивания проводов УФ лампа оказалась достаточно хорошо зафиксирована. Если планируется замена УФ-ламп, установите патрон.
Сборка лампы. Проложите прокладку из изолирующего материала между платой и выводами УФ-лампы / патрона и соедините половинки корпуса.

Демонстрация предложенной методики.

Лампа ультрафиолетовая ESL-PL-9/UVCB/2G7/CL (аналог ДКБУ-9) мощностью 9Вт. Напряжение в лампе 60±6В.

Электронный балласт от лампы Happy Light мощностью 15 Вт. Колба неисправна.

I1 = 15 / 60 = 0,25 A
U1 = U2
I2 = 9 / 60 = 0,15 A
N = 4,67 округляется до 5 витков

Измеренное значение мощности 8,08Вт отличается в меньшую сторону от номинальных 9 Вт, что допустимо, т. к. незначительно влияет на эффективность и не снижает надёжность.

Рисунок 2: Крышка корпуса до доработки