วิชาการส่องสว่าง

หน่วยที่ 5 โครงสรา้ ง สว่ นประกอบ และการนาไปใชง้ านของหลอดไฟฟา้

สาระการเรยี นรู้ 5 โครงสรา้ งและส่วนประกอบ ของหลอดฟลูออเรสเซนต์ 1 ชนิดของหลอดไส้ 6 คณุ สมบัติและการนาไปใช้งาน ของหลอดฟลูออเรสเซนต์ 2 โครงสรา้ งและส่วนประกอบ ของหลอดไส้ 7 ชนิดของหลอดก๊าซดิสชารจ์ (Gas Discharge Lamp) 3 คุณสมบัติ และ การนาไปใช้งานของหลอดไส้ 8 โครงสรา้ งและส่วนประกอบ ของหลอดก๊าซดิสชารจ์ 4 ชนิดของหลอดฟลูออเรสเซนต์ 9 คุณสมบัติและการนาไปใช้งาน ของหลอดก๊าซดิสชารจ์

ชนิดของหลอดไส้ แสงสวา่ งทไ่ี ด้จากหลอดไส้ ขึ้นอยูก่ ับ หลอดไสธ้ รรมดา อุณหภูมขิ องไสห้ ลอด โดยท่วั ไป แบ่งออกเปน็ 2 ชนิดใหญ่ๆ คือ (Standard Incandescent Lamp) เปน็ หลอดท่มี กี ระเปาะแก้วหมุ้ ภายนอกมีท้งั หลอดไส้ธรรมดา แก้วใส แก้วฝา้ และแบบสี ภายในเปน็ กระเปาะ หลอดไส้ทังสเตน-ฮาโลเจน สุญญากาศ บรรจแุ ก๊สไนโตรเจน และอารก์ อนไว้ เพื่อให้ไส้หลอดระเหยช้า มีขนาดกาลังไฟฟา้ ต้ังแต่ 25 - 200 วัตต์

โครงสรา้ ง และ ก๊าซ ตัวหลอดแก้ว ส่วนประกอบของหลอดไส้ (Gas) (Gas) ตัวหลอดแก้ว : ทาจากแก้วอ่อน แก้วแข็ง ไส้หลอด แก้วยึด ขว้ั หลอด : มแี บบเกลียวและแบบเขีย้ ว ทา (Filament) (Button Rod) แก้วหุ้มลวดตัวนา ข้ัวหลอด จากทองเหลือง ทองแดง (Stem Pres) อลูมเิ นียม (Base) ก๊าซ : ก๊าซไนโตรเจน และอารก์ อน ท่อไล่อากาศ ตัวพยุงไส้หลอด : สีขาวเงนิ ทนความรอ้ น (Exhaust Tube) ทาจากลวดโมลิบดีนัม ไส้หลอด : ขดเปน็ เกลียวรูปรา่ งคล้ายสปรงิ ทาจากทังสเตน

ชนิดของหลอดไส้ หลอดทังสเตน-ฮาโลเจน (Tungsten-Halogen) หลอดไส้ทังสเตน-ฮาโลเจน หรอื หลอดไอโอดีน หรอื หลอดฮาโลเจน เหมือนกับหลอดไส้ธรรมดา แ ต่ ห ล อ ด ไ ส้ นั้ น เ มื่ อ ไ ด้ รับ ค ว า ม ร้อ น จ ะ ร ะ เห ย เป็นไอ ไปจับท่ีกระเปาะแก้วทาให้รอ้ นและเสียไว จึ ง มี ก า ร บ ร ร จุ ส า ร ต ร ะ กู ล ฮ า โ ล เ จ น ล ง ไป ใ น หลอดแก้ว เพื่อให้อายุการใช้งานสูงกว่าหลอดไส้ ธรรมดา สารเหล่าน้ันได้แก่ โอโอดีน คลอรีน โบรมนี และ ฟลูออรนี

คณุ สมบัติ และ การนาไปใช้งานของหลอดไส้ 1 4 สะดวก ง่าย และประหยัด หลอดไส้ท่วั ไปมอี ายุการใช้งาน ประมาณ 750-1,000 ชั่วโมง ค่าใช้จ่าย ในการติดต้ัง 2 5 แสงท่ีได้ค่อนข้างแดง หลอดทังสเตน-ฮาโลเจน ใหผ้ ลทางด้านการมองเห็น มีอายุการใช้งานประมาณ วตั ถุอ่ืน ๆ ค่อนข้างตา่ 2,500-3,000 ช่ัวโมง 3 6 ขนาดกาลังไฟฟ้าของหลอด เหมาะสมในการติดตั้งในพ้ืนท่ี มตี ้ังแต่ขนาด 1-2,000 วัตต์ ท่ีต้องการแสงสวา่ งน้อย

ชนิดของหลอดฟลอู อเรสเซนต์ หลอดฟลูออเรสเซนต์ หรอื หลอดเรอื งแสง มลี ักษณะเป็นทรงกระบอกเรยี วยาว หรอื ดัดเป็นวงกลม อาศยั หลักการปล่อยประจุก๊าซผ่านขั้วอิเล็กโทรด ทาให้เกิดแสงอัลตราไวโอเลต ไปกระทบกับสารฟอสเฟอร์ สารเรอื งแสง ที่ฉาบไวด้ ้านใน ซงึ่ จะเปล่ียนแสงอัลตราไวโอเลตใหเ้ ป็นแสงทต่ี าสามารถ มองเห็นได้

ชนิดของหลอดฟลอู อเรสเซนต์ มีอายุการใช้งานประมาณ 8,000- 15,000 ชั่วโมง โดยทัว่ ไปแบ่งออกเปน็ 4 ชนิด คือ 1 หลอดฟลูออเรสเซนต์ 2 หลอดฟลอู อเรสเซนต์ แบบอุ่นไสห้ ลอด แบบจดุ ติดทันที (Preheat Start Lamp) (Instant Start Lamp) เปน็ หลอดฟลูออเรสเซนต์ชนิดทัว่ ไป เปน็ หลอดฟลูออเรสเซนต์ทใี่ ช้บลั ลาลต์ ทใ่ี ช้ในปจั จุบัน จะมอี ุปกรณ์อื่นรว่ ม เปน็ ตัวกาหนดแรงดันขณะเรม่ิ ติดหลอด อยู่ด้วย คือ บลั ลาสต์ และสตารต์ เตอร์ ใหส้ ูง ขณะทางานแรงดันจะลดลง เปน็ ตัวช่วยให้หลอดเรม่ิ ติด หลอดนี้จะมี เท่าแรงดันปกติ ทาใหร้ อ้ น ติดเรว็ กว่า อายุการใช้งานมากกวา่ หลอดไส้ แบบอุ่นไส้หลอด ดังน้ันหลอดชนิดนี้ จะมเี พียง 2 ขา คือ ข้ัวละขา (Single pin)

ชนิดของหลอดฟลอู อเรสเซนต์ 3 หลอดฟลอู อเรสเซนต์ 4 หลอดฟลูออเรสเซนต์ แบบจดุ ติดเรว็ แบบคอมแพค (Rapid Start Lamp) (Compact Lamp) เปน็ หลอดท่อี าศัยการสรา้ งขดลวดให้ เปน็ หลอดขนาดเล็กที่มีการพฒั นาขึ้นมา ความรอ้ น ขึ้นในบลั ลาสต์เพ่ือใหห้ ลอด เพ่ือการประหยดั พลังงาน และเพื่อแทน ติดง่าย และมักจะมีคาปาซเิ ตอรใ์ นตัว หลอดไส้ มีขนาดเล็กกะทดั รดั มีกาลัง เพ่ือแก้เพาเวอรแ์ ฟกเตอร์ หลอดมอี ายุ ส่องสว่างสูง หลอดมีอายุการใช้งาน การใช้งานประมาณ 20,000 ช่ัวโมง ประมาณ 8,000 ชวั่ โมง ปจั จุบนั มอี ยู่ เหมาะสมกับงานทตี่ ้องการใช้งานหนัก 2 ชนิด คือ หลอดคอมแพคบัลลาสต์ เช่น เพดานสูงๆ หรอื โคมไฟถนน ภายใน และหลอดคอมแพดบลั ลาสต์ ภายนอก

โครงสรา้ ง และส่วนประกอบ ของหลอดฟลอู อเรสเซนต์ โครงสรา้ งและส่วนประกอบของหลอดฟลูออเรสเซนต์

คณุ สมบตั ิและการนาไปใช้งาน ของหลอดฟลูออเรสเซนต์ 1 เหมาะสมนาไปใช้งานทตี่ ้องการ แสงสวา่ งมากเหน็ ได้ชัดเจน เช่น หอ้ งเรยี น ห้องทางาน 2 หลอดมปี ระสิทธิภาพสูง ให้แสงสว่าง ประมาณ 3,100 ลูเมน มีให้เลือก หลายชนิด 3 ค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูง

การเปรยี บเทียบปรมิ าณแสงสวา่ ง ของหลอด 3 แบบ

ชนิดของหลอดก๊าซดิสชารจ์ (Gas Discharge Lamp) หลอดก๊าซดิสชารจ์ เปน็ หลอดท่ีบรรจกุ ๊าซภายใน อาศยั การแตกตัวของอะตอมของก๊าซ เมื่อเกิดการ เคล่ือนทข่ี องอิเล็กตรอนผ่านโครงสรา้ งของอะตอมของก๊าซที่บรรจุไปครบวงจรยังอิเล็กโทรดอีกข้างหน่ึง ทาให้อะตอมของก๊าซแตกตัวและเปล่งแสงสว่างข้ึน มคี วามเข้มของแสงสูง มขี นาดตั้งแต่ 80-2,000 วัตต์

1 หลอดปรอทความดันไอสูง หรอื หลอดแสงจันทร์ (High Pressure Mercury Vapor Lamp) เป็นหลอดทมี่ ลี ักษณะ เป็นทรงกระบอกกลวงปิดหัวท้าย หลอดปรอทความดันไอสงู เป็นหลอดทีอ่ าศยั การอารค์ จึงต้องอาศยั บลั ลาสต์เพอ่ื ช่วยควบคมุ กระแสที่ไหลผา่ น หลอด มีอายุการใชง้ านเฉล่ีย 24,000 ชั่วโมง ใชเ้ วลาใน การจุดหลอด 3 – 7 นาที และถ้าหลอดไฟสว่างแล้วดับก็ ต้องใช้เวลาประมาณ 3 – 7 นาทเี ช่นเดียวกันในการติด ใหม่ หลอดมีขนาด 50 , 80 , 125 , 150 , 400 , 600 800 และ 1,000 วัตต์ สถานท่ใี ชง้ านเช่น สนามกีฬา ไฟ ส่องป้าย ลานจอดรถ ไฟถนน

2 หลอดเมทัลฮาไลด์ (Metal Halide Lamps) มลี ักษณะเป็นรูปทรงกระบอกยาวรี สใี สมตี ัวจดุ ไสห้ ลอดเรยี กว่า อิกนิเตอร์ โครงสรา้ งของหลอดโดยทวั่ ไปเหมอื นกับหลอดแสง จันทร์ แต่จะต่างกันตรงทีท่ ่ออารค์ จะเติมเมทลั ฮาไลด์ เขา้ ไป ผสมกับไอปรอทและอารก์ อนเพื่อเพม่ิ ปรมิ าณแสงและกาหนดสี ของแสงสว่าง มอี ายุการใช้งานเฉลี่ย 24,000 ชวั่ โมง ใช้เวลาใน การจุดหลอด 4 – 6 นาที และถ้าหลอดไฟสว่างแล้วดับก็ต้องใช้ เวลาประมาณ 10 – 15 นาทีในการติดใหม่ หลอดมขี นาด 175 ,250 400 ,1,000 และ 1,500 วตั ต์ สถานทใ่ี ชง้ าน เช่น สนาม กีฬา ไฟส่องป้าย ลานจอดรถ

ตัวอย่างการใชง้ านของหลอดเมทลั ฮาไลด์ สนามกีฬา

3 หลอดโซเดียมความดันสงู (High Pressure Sodium Lamps) ลักษณะหลอดเป็นรูปทรงกระบอกยาว หรอื กระบอก กลวงปิดหวั ทา้ ย มอี ุปกรณ์ประกอบวงจรคือ บลั ลาสต์ และอิกนิเตอร์ มีลักษณะโครงสรา้ งเหมอื นกับหลอด ปรอทความดันสูงทุกอยา่ งแต่ภายในหลอดอารค์ จะ บรรจุก๊าซโชเดียม แสงท่ีได้จะออกค่อนขา้ งเหลือง มี อายุการใชง้ านมากกวา่ 8,000-24,000 ชัว่ โมง ใชเ้ วลา ในการจดุ หลอด 3 – 7 นาที และถ้าหลอดไฟสวา่ งแล้ว ดับก็ต้องใช้เวลาประมาณ 10 นาทีและ 3 – 4 นาทีใน การติดใหม่ หลอดมีขนาด 50 – 1,500 วตั ต์ และ 1,500 วัตต์ สถานทใี่ ช้งาน เชน่ โรงงานเหล็ก ไฟถนน ไฟสวนสาธารณะ

ตัวอยา่ งการใช้งานหลอดโซเดียมความดันสูง (High Pressure Sodium Lamps) ไฟถนน

4 หลอดโซเดียมความดันตา่ (Low Pressure Sodium Lamps) มีลักษณะเป็นทรงกระบอกเรยี วยาว มคี วามยาวมากกว่า หลอดปรอทแรงดันสูง ตัวหลอดใช้รว่ มกับบลั ลาสต์ และ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ข้างในบรรจหุ ลอดก๊าซโซเดียม อารก์ อน นีออน มีอายุการใชง้ านเฉลี่ย 18,000 ชวั่ โมง หลอดมขี นาด 18 , 35 , 55 , 90 , 135 และ 180 วัตต์ ใช้ เวลาในการจดุ หลอด 7 – 15 นาที และจุดติดใหม่ได้ทนั ที เม่ือหลอดดับ สถานทีใ่ ช้งาน เชน่ ไฟถนน ไฟทางแยก ไฟ บรเิ วณสะพาน ไฟหน้าตู้ ATM

ตัวอยา่ งการใชง้ านของหลอดโซเดียมความดันต่า (Low Pressure Sodium Lamps) ไฟหน้าตู้ ATM

โครงสรา้ งและสว่ นประกอบ ของหลอดก๊าซดิสชารจ์ 1 2 34 ข้วั หลอด จานโลหะ อิเลคโทรด ตัวนากระแสไฟฟา้ (Base) สะทอ้ นแสง (Electrode) (Lead-in Wire) (Reflector Disc) เปน็ ข้ัวแบบเกลียว แบง่ ออกเปน็ 2 ชนิด ยดึ ไส้หลอดและ แต่โตกวา่ ขั้วหลอดไส้ ช่วยในการสะท้อนแสง คือ อิเล็กโทรดเรม่ิ นากระแสไปสู่ อิเล็กโทรดขั้วบน ทั่วไป อิเล็กโทรดหลัก 5 6 78 ตัวต้านทานเรม่ิ (Starting resistor) ตัวยึดหลอดอารค์ ตัวหลอดแก้ว หลอดอารค์ (Support) (Bulb) (Arc tube) ตัวต้านทานที่ช่วยเรมิ่ จดุ ไส้หลอดโดยจากัด ยดึ หลอดอารค์ กับข้ัว ตัวกระเปาะแก้ว ใช้หุ้มส่วนท่ี ด้านในของหลอด และ มรี ูปทรงกระบอกกลวง ให้กาเนิดแสง กระแสในการเรม่ิ เปน็ ตัวนาไฟฟ้าไปยัง หรอื ยาวรี อิเล็กโทรด

คณุ สมบัติและการนาไปใชง้ าน ของหลอดก๊าซดิสชารจ์ 1 เหมาะสมกับงานท่ตี ้องการแสงสวา่ ง สูงท้งั ภายในอาคารและนอกอาคาร 2 ใช้เวลาในการจดุ หลอด 5-10 นาที ถ้าดับต้องรอเวลาติดใหม่ 3 ให้แสงสวา่ งสูง ประหยดั ในการติดต้ัง หลอดประเภทอื่นหลาย ๆ ดวง 4 มอี ายุการใช้งานทีย่ าวนาน ประมาณ 24,000 ช่ัวโมง 5 มแี สงสว่างสูงแต่มีขนาดของหลอด เท่ากับหลอดไส้ทั่วไป 6 ไมม่ ผี ลต่อแรงดัน อุณหภูมิ และ ความช้ืนต่าง ๆ