Что такое неоновые лампы, принцип работы, достоинства и недостатки, виды и применение

Неоновые лампы являются яркими современными представителями осветительных приборов на рынке, которые отличаются надежностью и долговечностью. Благодаря этому они применяются в самых разнообразных областях, начиная от освещения зданий и заканчивая внутренней подсветкой комнат квартиры.
Неоновая лампа имеет вид стеклянной трубки, которая заполняется незначительным количеством газа. В неоновые лампы газ загоняется под низким давлением.

Обратите внимание! Здесь используется далеко не любой газ. В качестве инертного газа неоновая лампа содержит неон. Отсюда собственно и пошло ее название. Но в неоновые лампы могут запускать и другие инертные газы.

Устройство лампыКонструкция лампы

Характерной чертой, которую имеют все такие лампочки, является то, что у них любой атом обладает полностью заполненной электронной оболочкой. В результате этого неоновые атомы никогда не взаимодействуют с другими атомами с целью захвата новых электронов. При этом для того чтобы оторвать от них хотя бы одни электрон потребуется много энергии.
Стеклянная труба, являющаяся основой для такой лампочки, на каждом своем конце имеет электрод.
Неоновая лампа может работать от источника переменного или постоянного тока. Но если неоновые источники света подключены к постоянному току, неоновый свет будет наблюдаться только вокруг электродов. Из-за этого чаще всего неоновая лампа подключается к источнику переменного тока.

Неоновая лампаСвечение лампы

Обратите внимание! Такие лампочки часто подключают к большому напряжению (примерно в 15000 вольт). Такого напряжения достаточно для отрыва электрона от внешней орбиты атома. При низких напряжениях эффекта никакого не будет.

На особенностях инертных газов основан весь принцип работы ламп.

Принцип работы

По принципу работы осветительные приборы схожи с газоразрядными, но все же имеются некоторые отличия. Атомы неона, находящегося в стеклянной трубке, покрыты электронной оболочкой, за счет чего не контактируют с остальными. Чтобы оторвался хотя бы один электрон, требуется мощная энергия напряжением от 15000 В.

Каждый конец стеклянной трубки оснащен электродами. Неоновые светильники имеют важную особенность — они могут работать от источников и переменного, и постоянного тока. Но в последнем случае свечение появится только в месте расположения электродов.

Кратко опишем принцип работы такого светильника:

  1. Электрический ток, воздействуя на атомы неона, заставляет их терять собственные электроны. Последние превращаются в положительно заряженные частицы.
  2. После они скапливаются около отрицательного электрода, расположенного на одном из концов трубки.
  3. Оставшиеся свободные электроны стремятся к положительному электроду.
  4. В результате этих действий образуется свечение. Причем его яркость не хуже светодиодного освещения.

Принцип работы неоновых ламп

Характеристики и виды неона.

Газоразрядные источники света.

Неоновая лампа работает, используя малый ток. Работает она от переменного и постоянного напряжения. В первом случае светится вся трубка, а во втором –участок при одном электроде.

 За счет малой инерционности возможно диммирование на основе механизма широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Срок службы долгий: около восьмидесяти тысяч часов. Он ограничивается свойствами колбы: потемнением от электродов и поглощением газа. Перегореть газоразрядная лампа не может в принципе.

Трубки различаются по диаметру: выпускаются 8, 10, 12, 15, 20-милиметровые лампы. Чем выше диаметр, тем длиннее источник света. Для восьмимиллиметровых неоновых трубок длина составляет от одного до семи метров. Для десятимиллиметровых: от 1,2 м до 8,2 метра. При диаметре в 12 мм длина разнится от полутора до десяти метров. Трубка окружностью 15 мм будет длиной от двух до 12,5 метров. А источник света диаметром 20 мм имеет длину от 2,5 до 20 метров.

При производстве изготавливаются трубки разных форм и размеров. Даже в виде букв самых замысловатых шрифтов. Их диаметр разнится от пяти миллиметров до двух сантиметров.

Для домашней подсветки выпускаются миниатюрные трубки: от 10 до 18 миллиметров. Это позволяет монтировать лампы в труднодоступные узкие места.

Неоновые лампы выпускают разных видов. 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 – одноцветными или многоцветными.

Гибкий неон.

Гибкий неон характеризуется постоянным светом. Для усложнения работы – получения мерцания и мигания – в электрическую цепь встраивают специальные контроллеры.

Преимущества гибкого неона перед трубками:

— механическая стойкость;

— водонепроницаемость;

— простота монтажа;

— декоративность;

— низкая цена.

Холодный неон.

Конструктивно отличается от обычного. Представляет собой гибкий медный провод, покрашенный особым люминофором. Поверх люминофора нанесен диэлектрический слой и намотаны тонкие контактные провода. Сверху конструкция защищается поливинилхлоридной оболочкой.

Устройство холодного неона.

Ток подается на центральный провод и на намотанные провода. При протекании электричества возникает магнитное поле, в котором начинает светиться люминофор. Свет очень мягкий, похож 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.

Расцветки холодного неона.

Холодный неон работает при переменном напряжении в несколько сотен вольт частотой от 500 до 5500 Гц. Поэтому подключение к бытовой сети невозможно. Используют специальные  преобразующие инверторы. В зависимости от модели они могут работать от разных источников питания.

Неоновые индикаторные лампы.

Из-за низкого потребляемого тока служат для индикации включения сетевого нормального напряжения. По устройству представляют собой трехэлектродную (один анод и 2 катода: индикаторный и вспомогательный) газоразрядную лампу небольшого размера. Напряжение подается на индикаторный контакт — лампа ярко светит – в сети 220 В. На вспомогательный катод –  гаснет — нужно вмешательство человека.

Индикаторная лампа.

Индикаторные лампы просты в обслуживании, надежны, дешевы, долго работают.

Плюсы и минусы

Использование приборов с неоном для подсветки разных предметов имеет свои позитивные и негативные моменты.

Среди преимуществ таких ламп можно выделить:

  • Неон имеет особое свечение, а выдаваемый им свет не дает контрастных теней;
  • Можно найти огромное количество всевозможных оттенков;
  • С помощью контроллеров можно регулировать интенсивность света лампы и ее цвет;
  • Свет идет бесперебойно, без затемненных долей и распространяется на 360 градусов;
  • Качественные приборы могут бесперебойно прослужить до 20 лет;
  • Работа подсветки не сильно нагревает лампу, потому как ее температура не бывает выше 50 градусов, что делает эти лампы безопасными;
  • Трубки бывают прямыми и могут быть изготовлены фактически в любой возможной форме, что существенно расширяет возможности их эксплуатации: трубки даже можно изготовить в оригинальной форме для украшения определенной конструкции;
  • Возможность монтирования даже в малодоступных местах;
  • Мягкое свечение и умеренная яркость, которая не раздражает зрение, отсутствие шума при работе.

Но у этого газа есть и не очень хорошие стороны:

  • Мощность ламп из неона меньше, чем у обычных ламп и серьезно уступает светильникам со светодиодами. Такие трубки используют, в среднем, 10 Ватт в час на 1 метр;
  • В составе газа в трубках и шнурах могут использоваться опасные компоненты. Это требует особой аккуратности при монтаже конструкции. Отработавшие свой срок трубки не выбрасываются вместе с обычным мусором – они нуждаются в отдельной утилизации;
  • Лампы из стекла довольно хрупки, если 1 из них разобьется, то есть вероятность, что сразу же погаснут и соседние приборы;
  • Подсветка из таких ламп может быть небезопасна при неверной установке – может появиться дуговой разряд при разрушении герметичности трубки из стекла;
  • Подсветка дает не такую большую мощность света, чтобы ее хватило для обычного освещения комнаты и поэтому не может быть использована как основной осветительный прибор, а только как подсветка для украшения. В комнате, обустроенной таким освещением, обязательно нужно установить несколько обычных источников освещения.

Размеры

При производстве трубки ее можно изогнуть как угодно или нарастить трубку из стекла до любой нужной длины. Из такого изделия можно создать не только любую букву, но и целиком слово и надпись, при этом шрифт можно использовать любой.

Трубки с неоном, в отличие от люминесцентных приборов, могут быть разных параметров, что делает вероятным их использование при создании рекламной подсветки разных форм.

Особенно востребованной подсветка инертным газом бывает при производстве букв из пластика и металла, ведь продублировать их замысловатые формы не сможет ни одна другая лампа.

Диаметр таких трубок может составлять от 5 мм до 2 см.

Вообще, чем больше будет диаметр изделия, тем меньше будет давление инертного вещества в ней и для горения потребуется куда меньше мощности.

Лучшей называется подсветка в 1 нить букв высотой от 30 до 40 см, в 2 нити от 40 до 80 см, в 3 нити от 80 до 120 см.

Главное достоинство ламп с неоном, используемых для создания домашней подсветки, – их миниатюрный размер, от 10 до 18 мм. Благодаря этой особенности неоновую подсветку можно устанавливать за карнизами окон и в нишах комнат, вдоль плинтуса и в других труднодоступных местах.

Цвета

Стоит уточнить, что лампа с неоном может светить всеми цветами. Неоновые лампы — ближайшие «родственники» люминесцентных приборов. Трубки из стекла наполняются различными типами газов, и вид выбранного газа может повлиять на цвет освещения:

  • Трубки, заполненные самим неоном, могут дать красный и оранжевый свет;
  • Гелиевые освещают пространство синим и розовым;
  • Аргон сияет сиреневым и синим светом;
  • Криптон дает синеватый и белый цвета, иногда – зеленый тон;
  • Для получения других цветов используются примеси этих газов или вносятся люминофоры, к примеру, ртутные пары.

Неоновое освещение может зависеть от того, как отданная энергия возбуждения будет отличаться от изначальной. Эти размеры, как и энергетический параметр электрона, имеют свой интервал. В итоге выходит, что любой электрон в состоянии возбуждения получает свою, характерную только для него, длину волнообразного света. Получается, что свет неона дает неповторимое свечение.

Несмотря на то что явные конкуренты — люминесцентные лампы в наши дни чрезвычайно востребованы, неоновые изделия держат свои высокие позиции в мире современных световых приборов.

Проверка

Перед покупкой неоновых ламп или гибких лент нужно разобраться в том, как проверить их на работоспособность и исключить дефекты. Сначала нужно осмотреть визуально, затем — испытать под напряжением.

Достаточно подключить лампу к радиотрансляционной сети через низкочастотный трансформатор или воспользоваться сетью переменного тока. В крайнем случае – батарейки и силовой низкочастотный трансформатор помогут решить эту задачу.

Для проверки люминесцентной лампы нужно пускорегулирующее устройство электронного или электромагнитного типа. Первое используется чаще.

Проверка неоновой лампы

Не будет лишним сравнить работоспособность и свечение проверяемой лампы с аналогичной (с идентичными параметрами). Важно соблюдать последовательность подключения к цепи. Если светильник работает нормально, то ищите неисправность в блоке.

Установка и подключение

Процесс монтажа неоновых ламп максимально прост. Сначала к выбранной поверхности крепится держатель осветительного прибора, а уже после устанавливают лампочки.

Для подключения к сети используют резисторы, ограничивающие величину электрического тока. В большинстве случаев они встраиваются в цоколь светильника. Важно исключить вероятность преобразования тлеющего разряда в дуговой, опасный для человека.

В процессе установки надо соблюдать несколько основных требований:

  1. Категорически запрещен монтаж конвертера на металлических конструкциях. Если такой необходимости не избежать, то используется специальная прокладка толщиной от 10 мм. Расстояние между лампой и металлической поверхностью должно быть не менее 40 мм.
  2. Прокладывая кабель, нужно применять держатели дистанционного типа, поскольку и он должен быть отдален от металлических конструкций на расстояние не менее 30 мм.
  3. При уличном монтаже важна дополнительная защита провода — применяются гофрированные шланги из ПВХ.

Неоновые светильники нельзя использовать в качестве основных приборов освещения. С другой стороны, с их помощью вы сможете создать неповторимую обстановку в доме, украсить фасад, летнюю веранду, беседку, привлечь внимание людей, проходящих мимо магазина, расставить акценты на наиболее ярких и важных элементах интерьера. При правильной и безопасной установке вы сможете наслаждаться полученным результатом в течение нескольких лет.

Схема подключения неоновых ламп.

Газоразрядные источники света соединяются с источником питания через резистор. Он вставляется в цепь для ограничения силы тока до величины 1 мА (а лучше – до десятых долей милиАмперов). Низкий ток увеличивает срок службы. Работа газоразрядной лампы без резистора представляет угрозу для здоровья людей. Применение резистора препятствует переходу разряда в дуговой, который может привести к короткому замыканию, взрыву трубки лампы. Конструкция некоторых источников света сразу включает в себя резистор: он монтируется в цоколь. Стоит внимательно изучить этот вопрос при покупке.

Газоразрядным лампам требуется высокое напряжение. Бытовая розетка такого не выдает. Необходим повышающий трансформатор. Его параметры зависят от габаритов ламп, их количества, наполняющего газа. Требуемое напряжение разнится от 2000 В до 12000 В. Например, для ламп, заполненных неоном существует следующая зависимость напряжения от длины.

Напряжение тр-ра, кВ Диаметр трубки, мм
8 10 12 15 20
12 7000 8200 10000 12500 18000
10 6000 7000 8000 11000 15000
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 2500
Напряжение тр-ра, кВ Диаметр трубки, мм
8 10 12 15 20
12 7000 8200 10000 12500 18000
10 6000 7000 8000 11000 15000
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 2500

Для подачи столь высокого напряжения необходимы высоковольтные провода. Их изоляция должна выдерживать не менее 1,5 часов рабочего напряжения. В качестве примера приведем провод ПМВК. Он недорогой, выдерживает до 20кВ, работает от -60 до +80 градусов.

Выделяют две схемы подключения ламп к трансформатору. Первая из них – стандартная. Лампы подключаются последовательно к трансформатору, а трансформатор к сети 220 V.

Стандартная электрическая схема.

Схема с нулевой точкой.

Лампы подключаются двумя группами по разные стороны от трансформатора. Используется равное количество однотипных источников света (по габаритам, газонаполнению).

Схема с нулевой точкой позволяет уменьшить длину проводов. В случае поломки одной ламп, работать перестанет лишь одна часть схемы, а вторая продолжит светить.

Холодный неон за счет своего устройства потребляет меньше энергии, чем обычный. Его можно запитать от низковольтного источника питания. Для создания нужных электрических параметров (напряжения, частоты) в схему встраивают инвертор. В зависимости от модели инверторы могут работать от двенадцативольтовых блоков питания или от пятивольтовых батареек. К батарейкам можно присоединить до трех метров неона. А к блоку питания 12 Вольт – до двадцати метров.

Схема подключения к источнику питания через инвертор.

При монтаже придерживайтесь нехитрых правил:

  1. Провода и лампы не должны соприкасаться с металлом. При необходимости стоит использовать поликарбонатные держатели.
  2. В случае применения двух и более трансформаторов, провода от них разделяют на расстояние свыше 20 см.
  3. Место прохождения проводов сквозь металл  помещают в трубу из ПВХ.
  4. Все металлические детали, трансформатор должны иметь заземление.

Сравнение светодиодной ленты с неоном.

Светодиодные ленты.

Газоразрядные лампы по сравнению со светодиодными лентами имеют несколько преимуществ:

  • мягкость света (светодиодный – очень резкий, контрастный);
  • равномерность (светодиодные источники света светят точками);
  • возможность выгибания неона в любом направлении (светодиодная лента гнется только в одном);
  • малый разогрев или его полное отсутствие.

Однако, светодиодная лента потребляет меньше электричества и дает возможность использовать большее количество цветов. Также она экологически безопасна, тогда как газоразрядные источники света могут содержать пары ртути.

Где используется неоновые лампы

Жидкий неон применяют для охлаждения в криогенных установках (воздухоразделительная установка). Ранее неон применялся в промышленности в качестве инертной среды, но был вытеснен более дешёвым аргоном.

Неоновые источники света используются в качестве индикации:

  • Контрольно-индикаторные лампы наличия сетевого напряжения 220 В.
  • Пробники индикаторы. Их используют для обнаружения наличия переменного напряжения на фазных проводниках (проводах) или на корпусе электроприемников. ВНИМАНИЕ! Такие пробники-индикаторы должны быть обязательно подключены последовательно через резистор 1 Мом, чтобы обезопасить человека от поражения электрическим током.  Неоновые лампы низкого давления отлично подходят для этой задачи, так как имеют очень маленький ток потребления, следовательно они очень чувствительны.
  • Бализор — сигнальные высоковольтные лампы-маркеры. Неононовый источник света способен разгораться без непосредственного источника электрического тока,а лишь при воздействии на него электромагнитного поля. Примером использования такого свойства неоновых ламп и является лампа Бализор, используемая к качесвтео световой индикации ВЛ.

Разница в простых принципиальных схемах сигнальных неоновых ламп и led-ламп показана ниже

Схема подключения неонового индикатора

 

Схема подключения светодиодного индикатора

Также неоновые лампы используются в качестве элемента защиты от перенапряжения в цепях телемеханики и сигнализации при условии, что предельно допустимое напряжение ниже порога разгорания лампы, а при бросках напряжения вызывает ее свечение.

Применение декоративного газоразрядного освещения ограничивается фантазией.

В домашних условиях при помощи  неона создается акцентирующая подсветка на мебели, зеркале, предметах интерьера. Такая подсветка создает праздничную атмосферу в любой день.

Неоновыми лампами обозначают ступеньки, плинтуса, выключатели.

Неон применяют для украшения баров, кафе, ресторанов. С подсветкой от газоразрядных ламп помещения приобретают уют. Создается мягкая, интимная обстановка.

В квартирах, кафе распространено зонирование при помощи газоразрядных ламп.

На дискотеках неон задает ритм для танцев. Создаются заводные режимы мерцания и мигания.

На улице газоразрядными источниками света оформляются наружная подсветка зданий, памятников, праздничная иллюминация и т.п. Также освещают взлетные полосы в аэропортах.

Чаще всего неон применяют в рекламе. Разнообразные вывески и оформление витрин красиво выглядят в темноте.

Выделяются буквы из неона для уличного и домашнего применения.


Фотостудии с неоновыми лампами позволяет получить красивые фотографии в разноцветном свете.  Подобные фотосессии распространены в шоу-бизнесе, индустрии моды.

Интересные факты

  • Цвет свечения неоновой лампы зависит не только от состава газовой смеси, но и от плотности тока, а также от его частоты. При небольшой плотности тока лампа светит оранжевым светом, при её увеличении спектр смещается в красную сторону. При увеличении частоты тока до единиц МГц разряд в лампе, наоборот, синеет.
  • Люминофорные неоновые лампы заполняют газовой смесью, спектр излучения которой богат коротковолновым ультрафиолетом. Для этого, в зависимости от производителя и модели лампы, к неону добавляют криптон либо ксенон. Иногда при этом и сам неон заменяют аргоном.
  • В лампах же без люминофора часто применяют смесь Пеннинга: неон с небольшой примесью аргона. Напряжение зажигания получается меньше, чем как при чистом неоне, так и при чистом аргоне. Цвет свечения — такой же, как у неона.
  • Неоновая лампа, питаемая переменным током, может мерцать с частотой, значительно меньшей по сравнению с частотой питающего тока, и потому заметной на глаз.
  • Часто «неонками» ошибочно называют ультрафиолетовые лампы, применяющиеся для создания эффекта светящейся одежды на дискотеках, а также газосветные трубки для вывесок и люминесцентные лампы с холодным катодом.
  • Работающие неоновые лампы кроме видимого света, излучают электромагнитное излучение в широком диапазоне радиоволн — от длинноволнового до С — диапазона (4-6 см). Излучаемое ими паразитное излучение создает помехи радиоприемникам, наземным космическим приемо-передающим станциям. Мощность паразитного излучения зависит от мощности лампы.

Источники: https://vamfaza.ru/neonovye-lampy/, https://kachestvolife.club/elektrika/chto-takoe-neonovye-lampy-i-kak-oni-rabotayut, https://1posvetu.ru/istochniki-sveta/neonovye-lampy.html%20, https://220.guru/osveshhenie/istochniki-sveta/neonovye-lampy.html, https://stroy-podskazka.ru/osveshchenie/neonovye-lampy/

Ярослава Снежковская
Ярослава Снежковская
/ автор статьи
Профессиональный филолог и литературный корректор. Более 10 лет работала в городской газете журналистом и редактором, имела дело с написанием объемных статей на разные темы.
Написано статей
2
Ссылка на основную публикацию

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: