Nghiên cứu chế tạo máy thử độ bền màu ánh sáng đèn thuỷ ngân cao áp

Độ bền màu ánh sáng và phương pháp đánh giá 1.1 Nguyên tắc : Độ bền màu ánh sáng là xác định độ bền màu dưới tác động của nguồn sáng nhân tạo tượng trưng cho ánh sáng tự nhiên ban ngày

BỘ CÔNG NGHIỆP PHÂN VIỆN DỆT MAY TẠI TP HỒ CHÍ MINH

****************

BÁO CÁO TỔNG HỢP

KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY THỬ ĐỘ BỀN MÀU

ÁNH SÁNG ĐÈN THỦY NGÂN CAO ÁP

BỘ CÔNG THƯƠNG TẬP ĐOÀN DỆT MAY VIỆT NAM PHÂN VIỆN DỆT MAY 345/128A – TRẦN HƯNG ĐẠO – Q1 – TPHCM

TPHCM 2009

Cơ quan chủ trì:

Phân viện dệt may tại TP.HCM

Địa chỉ 345/128A Trần Hưng Đạo

Tên đề t ài: Nghiên cứu chế tạo máy thử bền màu ánh sáng đèn thủy ngân cao áp

Mã số: 123.09-RD/HD-KHCN

Thời gian thực hiện đề tài: 1/2009 đến 12/2009

Các đơn vị phối hợp thực hiện:

Chủ nhiệm đề tài: KS Nguyễn Văn Chất - phòng NCTH - Phân viện Dệt may

Các cộng tác viên:

1 Nguyễn văn Chất KS Cơ khí chế tạo máy Phân viện Dệt May

2 Lê Đại Hưng KS Điện điện tử Phân viện Dệt May

3 Nguyễn Thanh Tuyến KS cơ khí dệt Phân viện Dệt May

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU……….……… 5

Mục tiêu đề tài………6

Nội dung đề tài……… ………6

Phương pháp nghiên cứu……….……… ………7

NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI……….………8

I.NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT……….……… ……8

1 Độ bền màu ánh sáng và phương pháp đánh giá……… ………8

1.1 Nguyên tắc………8

1.2 Phương pháp đánh giá……….………8

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu ánh sáng……….………14

2.1 Ảnh hưởng thuốc nhuộm……….…14

2.2 Nguyên vật liệu xơ dệt………16

2.3 Nguồn chiếu sáng……… …16

3 Đèn cao áp thủy ngân……….………27

3.1 Nguyên lý……… …….……28

3.2 Các lọai đèn thủy ngân………29

4 Các phương pháp xác định độ bền màu ánh sáng ……….…….……30

4.1 Phương pháp phơi mẫu dưới ánh sáng ban ngày ………30

4.2 Phương pháp phơi mẫu dưới ánh nắng mặt trời ……….….……31

4.3 Phương pháp phơi mẫu với ánh sáng nhân tạo, dùng đèn carbon arc : JIS L 0842-2004, AATCC 16 2004 – Option 1, 2……… ……31

4.4 Phương pháp đối với ánh sáng nhân tạo(Sunlight–ánh nắng mặt trời) dùng đèn thủy ngân : BS 1006……….……….………31

4.5 Phương pháp đối với ánh sáng nhân tạo(day light -ánh sáng ban ngày) dùng đèn xenon : JIS L 0843-2006, ISO 105 B02- 1994, AATCC 16 2004

option 3,4 ……….………31

5 Các thiết bị thử độ bền màu ánh sáng ………32

5.1 Thiết bị thử độ bền màu ánh sáng Xenon……….………32

5.2 Máy thử độ bền màu ánh Carbon( Đèn Carbon) ………33

5.3 Máy thử bền màu ánh sáng nhân tạo đèn cao áp thủy ngân ……… ……34

6 Tiêu chuẩn và phương pháp thử……… ….……36

6.1 TCVN 5823-1994 : Phương pháp xác định độ bền màu đối với ánh sáng nhân tạo, dùng đèn thủy ngân cao áp ………36

6.2 BS 1006-1990 : Color fastness to artificial light Mercury vapour fading lampt test………39

II CÁC BƯỚC TRIỂN KHAI VÀ THỰC HIÊN………44

1 Các dạng máy thử bền màu ánh sáng đèn cao áp thủy ngân hiện có trên thế giới……….…44

2 Lựa chọn dạng máy thiết kế……… ………46

3 Triển khai thiết kế……….……46

4 Lắp ráp chạy thử và hiệu chỉnh……….………51

III.TIẾN HÀNH CHẠY THỬ VÀ ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ……….………56

1 Thử nghiệm mẫu và so sánh kết quả………56

2 Nhận xét và đánh giá kết quả……… …….……56

KẾT LUẬN………59

Phụ lục……… ………60

Tài liệu tham khảo……….……….61

MỞ ĐẦU

Khi sử dụng các mặt hàng thường bị phơi ra ánh sáng Ánh sáng có xu hướng phá hủy các chất dùng để nhuộm màu (thuốc nhuộm) và gây ra sự “phai màu ‘, Các vật liệu dệt đã nhuộm màu sẽ trở nên mờ dần và thay đổi màu sắc Tất cả mọi sản phẩm trong quá trình sử dụng và bảo quản đều bị tác dụng của ánh sáng Tuy nhiên những sản phẩm thường xuyên bị chiếu sáng bởi ánh sáng trời hoặc ánh sáng đèn như tranh quảng cáo, cổ động, áp phích, tấm bạt, ghế sofa trên các bãi biển, các loại cờ…yêu cầu chúng cần có độ bền màu ánh sáng cao nhất Hàng trang trí nội thất, thảm, tranh ảnh cũng bị tác động bởi ánh sáng xuyên qua cửa sổ và do đó cũng bị phai màu Cửa chớp, mành cửa hoặc kính phản chiếu và màng phim dán lên cửa sổ là những phương tiện tối ưu nhất để lọc tia nắng

Khả năng của vật liệu chống lại sự biến đổi màu khi chịu tác động của ánh sáng tùy thuộc vào rất nhiều yếu tố như là loại thuốc nhuộm, thành phần nguyên liệu dệt ra vải, nguồn sáng …

Nguyên nhân phai màu là gì ? Đó chính là năng lượng mặt trời mà trong đó quan trọng là tia UV Điều đáng ngạc nhiên là tuy mức độ bức xạ của mặt trời chỉ chiếm 2% năng lượng mặt trời, nhưng lại chiếm 60% nguyên nhân gây phai màu vì ánh sáng là nguyên nhân quan trọng gây ra sự phai màu của vật liệu dệt khi phơi ngoài nắng, sự kiểm tra, thử nghiệm về chỉ tiêu này là rất quan trọng

Để kịp thời dự báo về chất lượng của vật liệu dệt, nhà sản xuất cần được trang

bị thiết bị đo bền màu ánh sáng Hiện nay, ở Việt Nam thiết bị thử độ bền màu ánh sáng được nhập từ các nước trên thế giới với giá thành cao Phục vụ và đáp ưng nhu cầu này, chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu chế tạo máy thử bền màu ánh sáng đèn thủy ngân cao áp

+ Hệ thống kiểm soát thời gian hiển thị Led

+ Cho phép lưu và đặt thời gian chạy mẫu

+ Số lượng mẫu thử gồm 5 bộ gá mẫu

+ Điện áp sử dụng 220 V – 50/60Hz

2 Thay thế hàng nhập khẩu và đáp ứng nhu cầu thử nghiệm chỉ tiêu độ bền màu ánh sáng đèn thủy ngân cao áp của vật liệu dệt

3 Trang bị cho Trung tâm giám định dệt may - Phân viện dệt may

4 Thích hợp cho các phòng thử nghiệm vật liệu dệt may và các nhà máy sản xuất Dệt Nhuộm

Nội dung đề tài:

1 Nghiên cứu lý thuyết

 Độ bền màu ánh sáng và phương pháp đánh giá

 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu ánh sáng

 Tìm hiểu Đèn thủy ngân cao áp

 Tìm hiểu các phương pháp xác định độ bền màu ánh sáng

 Tìm hiểu các thiết bị thử độ bền màu ánh sáng

 Tiêu chuẩn thử độ bền màu ánh sáng

2 Các bước triển khai và thực hiện

 Tìm hiểu các dạng máy thử bền màu ánh sáng hiện có

 Lựa chọn dạng máy thiết kế

 Thiết kế máy thử bền màu ánh sáng đèn thủy ngân cao áp

Phương pháp nghiên cứu:

1 Tiếp cận thông tin trên mạng, các tài liệu từ các hãng cung cấp thiết bị và những tiêu chuẩn cần thiết về thiết bị đo độ bền màu ánh sáng đèn thủy ngân cao áp

2 Lựa chọn nguyên lý hoạt động và thông số kỹ thuật cần thiết cho việc thiết

kế

3 Tiến hành thiết kế dựa trên các thông số đã được lựa chọn

NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI

I NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT

1 Độ bền màu ánh sáng và phương pháp đánh giá

1.1 Nguyên tắc :

Độ bền màu ánh sáng là xác định độ bền màu dưới tác động của nguồn sáng nhân tạo tượng trưng cho ánh sáng tự nhiên ban ngày (D65) của vật liệu dệt ( kể cả vải màu trắng đã xử lý tẩy trắng hoặc tăng trắng quang học)

Một mẫu thử ( vật liệu dệt ) được chiếu ánh sáng nhân tạo trong điều kiện qui định, kèm theo bộ len chuẩn Độ bền màu ánh sáng được đánh giá bằng cách so sánh sự thay đổi màu sắc của mẫu thử so với màu sắc của các mẫu chuẩn đã sử dụng

1.2 Phương pháp đánh giá :

Độ bền màu là một trong những thông số quan trọng nhất để đánh giá chất lượng vải thành phẩm đã in, nhuộm

Nguyên lý chung của việc đánh giá trên cơ sở phai màu là rất phức tạp

Vì vậy cần sự hổ trợ của một số dụng cụ như thang xám, máy đo màu quang phổ

kế phản xạ, bộ len chuẩn cũng như là trình độ của kỹ thuật viên đánh giá

Thực tế có một số mẫu thử khi phơi có thay đổi nhẹ rất nhanh, song lại không tiếp tục thay đổi nữa trong một khoảng thời gian dài sau đó Những thay đổi nhẹ này chỉ

ở mức mà trong điều kiện sử dụng bình thường hiếm khi quan sát thấy Mức độ thay đổi nhẹ này phải được đưa ra kết quả đánh giá và bổ sung trong ngoặc đơn của bản báo cáo kết quả

Mức độ thay đổi màu không bình thường, đó là sự quang crom hóa Hiệu ứng này cho thấy khi thuốc nhuộm thay đổi màu nhanh dưới ánh sáng, song khi đưa vào chỗ tối thì ít nhiều lại hoàn toàn trở về màu sắc ban đầu

1.2.1 Thang thước xám thay đổi màu, ISO 105 A02-2001 :

Đánh giá bằng mắt thường

Gồm 5 cặp vật liệu màu xám được đánh số từ 1 tới 5

Cặp số 5 có 2 nửa màu ghi giống nhau, đặt cạnh nhau

Cặp số 1 chỉ ra độ tương phản cao nhất

Giữa cặp số 1 và số 5 có các cặp trung gian là 2, 3 và 4

Mẫu sau khi đã thử nghiệm : được so sánh với mẫu ban đầu và mức độ thay đổi màu của mẫu thử được so sánh với thang thước xám

Khi mẫu thử không thay đổi màu, mẫu thử có độ bền màu đạt cấp 5

Nếu sự thay đổi màu của mẫu thử so với mẫu ban đầu tương ứng với cặp nào đó trong thang xám thì mẫu thử có độ bền phai màu là số của cặp thước xám có độ tương phản tương ứng

1.2.2 Đánh giá bằng máy đo màu quang phổ kế phản xạ :

Theo qui ước CIELAB (Hệ thống so màu với nguồn sáng chuẩn CIE )

Biểu đồ màu được phát triển vào năm 1931 International Comission for the

Illumination (CIE – Comission Internationale pour l'Eclairage) :Hiệp hội chiếu sáng thế giới là một hệ thống duy nhất biểu thị màu bằng phương pháp toán - lý

Theo CIE, mỗi màu được biểu thị bởi 3 màu thành phần X ,Y, Z đo được bằng phương pháp vật lý

Được dùng các giá trị biểu đồ đối hợp màu được vẽ thành biểu đồ vị trí cho ba khoảng không gian cho tất cả màu sắc trong hệ quang phổ,

 X : đại diện cho thành phần màu đỏ (R),

 Y : đại diện cho thành phần xanh lá (G)

 Z : đại diện cho thành phần xanh dương (B)

-Hình 1 : Biểu đồ màu CIELAB

Năm 1976, không gian màu CIELAB được xây dựng trên nền tảng CIE và sử dụng nhiều nhất cho việc đo màu vật thể Thể hiện qua :

L, đại diện cho độ sáng màu sắc

a* đại diện cho màu sắc thành phần đỏ, xanh lá

b* đại diện cho màu sắc thành phần xanh lam vàng

Không gian màu CIELAB là một không gian đồng đều hơn hệ thống CIE về độ chênh lệch màu biểu diễn dưới dạng số so với độ chênh lệch màu nhìn thấy Hiện nay sử dụng CIELAB để đánh giá độ chênh lệch màu trong nghành dệt

Bảng 1 : Cấp độ phai màu của máy đo màu quang phổ

Cấp độ bền màu

Khác nhau theo CIELAB

Mức sai số cho phép

Gồm 8 mẫu chuẩn, mẫu chuẩn 1 là mẫu không bền màu nhất ( dễ phai màu )

Và mẫu 8 là mẫu bền màu nhất

Bảng 2 : Cấp độ bền màu của bộ len chuẩn

Cấp độ (len chuẩn) Giá trị

Cấp 1 Không bền sáng Cấp 2 Không bền sáng

Cấp 4 Tương đối tốt

Cấp 6 Rất tốt Cấp 7 Xuất sắc Cấp 8 Cực tốt

Hình 2 : Len chuẩn

Mẫu gốc (trên) và mẫu màu bị phai sau hơn 800 giờ phơi dưới ánh sáng mặt trời Khi dùng đèn MBTF mới, thông thường số giờ cần để mỗi mẫu len chuẩn màu xanh phai màu đến cấp 4 theo thước xám theo bảng

Bảng 3 : Số giờ làm cho mẫu len chuẩn phai màu

Mẫu chuẩn bằng vải len màu xanh Số giờ

Kết quả thử độ bền màu ánh sáng thì không cho phép so sánh chính xác với thời gian phơi ngoài trời ở điều kiện thực tế mà chỉ mang tính dự báo, nó phụ thuộc vào điều kiện thời tiết như thời gian trong năm, vị trí địa lý của từng khu vực, như xích đạo, hướng Tây Bắc

Bảng 4 : Thời gian phơi mẫu dưới ánh nắng

Len chuẩn

( Blue wool )

Khu vực xích đạo hoặc

Châu âu ( Ánh nắng mùa hè )

Khu vực Châu Âu (Ánh nắng thường )

Ghi chú : Những giá trị trên dựa vào kinh nghiệm, chỉ có giá trị tham khảo

( Thông tin từ tập đoàn Flint Group là một trong các nhà sản xuất mực in hàng đầu trên thế giới )

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu ánh sáng :

Độ bền màu ánh sáng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, bên cạnh các yếu tố bản chất vật liệu, qui trình nhuộm : loại thuốc nhuộm, ánh màu, độ đậm màu, tác nhân khác nhau trong qui trình Nguồn sáng là yếu tố ảnh hưởng lớn đến vật liệu dệt khi phơi ngoài nắng Ảnh hưởng của vật liệu dệt khi phơi dưới ánh nắng là :

Ánh sáng tác động lên vật liệu dệt làm xuất hiện phản ứng oxy hóa, phân hóa , tổng hợp…Năng lượng kích thích phản ứng quang hóa nằm trong ánh sang nhìn thấy kể cả tia tử ngoại và tia hồng ngoại Tuy nhiên chỉ có ánh sáng nào được vật liệu hấp thu mới có tác dụng Khi nghiên cưu mức độ ảnh hưởng của vật liệu dệt

đã nhuộm màu, tác dụng mạnh nhất bởi các tia có bước sóng dài hơn trong quang phổ mặt trời Nó làm phai màu thuốc nhuộm và giảm tính chất cơ lý của vật liệu dệt (độ bền )

2.1 Ảnh hưởng thuốc nhuộm

Trên vật liệu đã nhuộm màu, ánh màu thể hiện về độ bền màu Khi xét màu sắc, màu xanh và màu đỏ bị ảnh hưởng dải nguồn sáng.( tia UV và tia IR ) Những màu này có khuynh hướng phai màu nhanh hơn những màu trung tâm như xanh lá cây, vàng và màu cam Thực tế sự phai màu này không theo một qui luật nào, thành phần xơ và thuốc nhuộm của mẫu vẫn là những yếu tố quan trọng nhất

rất tốt Tốt Thích hợp cho len và nylon

Độ bền cao, vải dễ bị bong

Azoic Tốt Tốt - rất tốt Thích hợp thuốc nhuộm màu

đỏ

Hoàn nguyên Rất tốt Rất tốt Đắt tiền khó sử dụng

Độ bền tốt

Phân tán Trung bình - tốt Trung bình -

tốt

Độ phân tán cao Dùng cho Polyester và acetate

- Bên cạnh thuốc nhuộm, mực in cũng cần có độ bền màu với ánh sáng Độ bền màu ánh sáng của mực in là mức độ không thay đổi màu sắc dưới tác động lâu dài của ánh sáng Độ bền màu ánh sáng của mực in chủ yếu do độ bền màu ánh sáng của sắc tố ( pigment )tạo ra Một vài loại pigment vô cơ có độ bền màu ánh sáng cực đại Tất cả pigment hữu cơ và đa số pigment vô cơ đều thay đổi dưới tác động của ánh sáng, nhanh hay chậm tùy theo cấp độ

 Mực in có tông càng đậm thì độ bền màu ánh sáng càng cao, như: Black > Cyan > Magenta > Yellow

 Độ bền màu ánh sáng cũng phụ thuộc vào độ dày lớp mực in Độ dày lớp mực càng mỏng thì độ bền màu ánh sáng càng giảm Vùng in nền (solid) có độ bền màu ánh sáng cao hơn vùng in trame (halftone); Vùng in trame càng sáng

(highlight) thì độ bền màu ánh sáng càng yếu so với vùng tối (shadow)

Tráng phủ verni, ghép màng nói chung cải thiện ít nhiều được độ bền màu ánh sáng mực in

2.2 Nguyên liệu xơ dệt

Trong các loại vật liệu dệt, từ xơ thiên nhiên bền màu ánh sáng cao nhất là

xơ len, thấp nhất là đay và tơ tắm Đối với xơ tổng hợp, xơ polyacrylic có độ bền màu ánh sáng cao nhất và xơ polyamid là kém nhất

2.3 Nguồn chiếu sáng:

Có rất nhiều nguồn phát bức xạ điện từ, và thường phân loại theo phổ bước sóng mà các nguồn phát ra Ánh sáng mà con người có thể nhìn thấy thường là tập hợp nhiều bước sóng có thành phần thay đổi tùy theo nguồn phát

Hình 3 : Phân bổ bước sóng

Sự phân bố màu sắc rạch ròi được nhận ra bởi con người đối với một số dải

bước sóng hẹp trong phổ ánh sáng nhìn thấy

Bảng 6: Màu của dải quang phổ tiêu biểu và các màu nhận thấy khi chúng bị vật

thể hấp phụ quan sát thấy trong ánh sáng trắng

Ánh sáng bị vật thể hấp thụ Dải bước sóng (nm) Màu của ánh sáng

bị hấp thụ

Màu của ánh sáng phản chiếu quan sát thấy

từ 400nm đến khoảng 700nm Băng tần của dải sóng ấy được gọi là quang phổ tức

là mắt người có thể nhìn thấy và được bắn chiếu ra bởi sự phóng xạ tia cực tím và tia hồng ngoại

+ Tia tử ngoại UV : là tia điện từ với bước sóng trung gian 300 ÷ 400 nm (giữa

ánh sáng nhìn thấy được và tia X ), có một số loại tia cực tím khác nhau:

UVC (280-10 nm) là tia gây hại nhiều nhất, nhưng chúng không thể chiếu xuống mặt đất do bị lọc hoàn toàn bởi tầng Ozon trong khí quyển Loại tia này đã bị chặn lại ngay ở tầng Ozon

UVB (315 – 280 nm) có bước sóng trung bình và không thể chiếu xuyên qua lớp

da bề mặt (chúng được hấp thu bởi lớp màng sừng )

UVA (400-315nm) có bước sóng tương đối dài và chiếm tới hơn 95% trong số những tia UV chiếu xuống mặt đất Đèn UV có thể được dùng để lọc sạch không khí ở các hệ thống sưởi ấm, thông gió và ở hệ thống điều hòa nhiệt độ của các phòng làm việc

+ Tia hồng ngoại (IR) là tia điện từ với bước sóng cao hơn ánh sáng nhìn thấy

được Tia IR có bước song từ 760-780 đến 1.000.000 nm Tia hồng ngoại là một loại sóng điện từ có bước sóng dài hơn tia sáng bình thường.Tia hồng ngoại mang nhiệt lượng lớn và được cơ thể hấp thụ vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong việc chữa trị bằng y học hiện đại Là bức xạ có nhiệt lượng cao nên còn gọi là bức xạ nhiệt

Tia IR có thể làm tổn thương vật liệu dệt và những chất hữu cơ khác Sức nóng mà

nó sản xuất không làm ảnh hưởng lênđộ ẩm tương đối của hoá chất (RH ) và có thể tác động nhanh hoạt động của hóa chất Tia IR dùng để kiểm tra và xác nhận vật liệu dệt

2.3.2 Nguồn sáng nhân tạo:

Ánh sáng được phát ra từ vật thể là do những hiện tượng sau:

Nóng sáng Các chất rắn và chất lỏng phát ra bức xạ có thể nhìn thấy được khi

chúng được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 1000K Cường độ ánh sáng tăng lên

và màu sắc bề ngoài trở nên sáng hơn khi nhiệt độ tăng

Phóng điện Khi một dòng điện chạy qua chất khí, các nguyên tử và phân tử phát ra

bức xạ với quang phổ mang đặc tính của các nguyên tố có mặt

Phát quang điện: Ánh sáng được tạo ra khi dòng điện chạy qua những chất rắn

nhất định như chất bán dẫn hoặc photpho

Phát sáng quang điện: Thông thường chất rắn hấp thụ bức xạ tại một bước sóng

và phát ra trở lại tại một bước sóng khác Khi bức xạ được phát ra đó có thể nhìn thấy được, hiện tượng được gọi làsự phát lân quang hay sự phát huỳnh quang

Sự phát sáng của các tinh thể khi bị kích thích bằng ánh sáng thích hợp gọi là sự lân quang Ánh sáng lân quang có thể tồn tại rất lâu sau khi tắt ánh sáng kích thích

Sự huỳnh quang của chất khí và chất lỏng và sự lân quang của các chất rắn gọi chung là sự phát quang Người ta thường gọi sự phát quang là sự phát sáng lạnh để phân biệt với sự phát sáng của vật khi bị nung nóng Cơ chế của sự lân quang cũng khác cơ chế của sự huỳnh quang

Ngoài việc dùng tia tử ngoại, người ta còn dùng các tia có bước sóng ngắn hơn để kích thích sự phát quang Chẳng hạn, người ta có thể dùng tia Rơnghen (trong việc chiếu điện), tia…….và chùm êlectrôn (trong các bóng hình của máy thu vô tuyến) v.v… để kích thích sự phát quang của màn ảnh

 Nguồn sáng volfram : thường gọi là nóng sáng Có nguồn gốc từ đèn hồ quang

Carbon Khi bị đun nóng, chúng phát ra ánh sáng

Đèn volfram là vật bức xạ nhiệt phát ra phổ ánh sáng liên tục trải rộng từ khoảng 300nm tới gần 1400nm

Các đèn Halogen là phiên bản hiệu suất cao của đèn Volfram nóng sáng, thường chứa một ít Iode hoặc Brom trong chất khí bên trong để mang Volfram bốc hơi quay trở lại dây tóc hiệu quả hơn nhiều so với những chiếc đèn sử dụng chất khí khác

Hình 4 : Các loại bóng đèn Volfram

 Nguồn sáng huỳnh quang :

Nguồn sáng này hoạt động điện qua chất khí như thủy ngân hoặc các khí trơ như Neon, Argon và Xenon Sự phát sinh ánh sáng phóng điện khí dựa trên sự va chạm giữa các nguyên tử và ion trong chất khí với dòng điện cặp điện cực đặt ở 2 đầu bóng đèn

Hình 5 : Đèn huỳnh quang thủy ngân

 Nguồn sáng phóng điện cường độ cao HID :

( High-intensity discharge lamps )

Đèn thủy ngân ( Mercury- vapor lamps )

Đèn sunfur (Sunfur lamp )

Hình 11 : Đèn phóng điện hồ quang ( Arc discharge lamps )

Nguồn sáng phóng điện cường độ cao :

Là loại đèn sử dụng phương pháp phóng điện hồ quang để chiếu sáng Chúng phát ánh sáng do hồ quang điện kích thích các nguyên tử khí, khi các nguyên tử này quay trở về trạng thái cơ bản thì chúng phát ra photon ( lượng tử ánh sáng ) Là lọai đèn có độ sáng rất mạnh, có thể lựa chọn từ 70 Watt đến 6.000 Watt

Về cấu trúc thì gần giống với đèn Halogen Đèn có 2 lớp Lớp trong chứa khí trơ như Argon, Krypton, Neon, Na, Tl vv Lớp ngòai có Cerium doped quartz đóng vai trò là lọc tia UV mà sẽ được giải phóng ra ngòai cùng với ánh sáng nhìn thấy được ( Visible light ) Họat động phải có Ballast cùng với Igniter để tạo ra dòng điện mạnh, chạy phân tán ra cả 2 đầu cực và đốt khí trơ ở giữa 2 cực và giải phóng

ra năng lượng là ánh sáng Phương thức họat động giống với đèn Neon, nhưng ánh sáng từ đèn HID được phát ra liên tục trong khi ánh sáng từ đèn Halogen bị chớp liên tục, nhưng mắt chúng ta không thể nhận ra điều đó

Nhiệt màu của đèn HID gần với nhiệt màu của ánh sáng tự nhiên ban ngày hơn so với đèn Halogen - bóng Halogen thường vàng hơn ánh sáng ngày Chúng tôi sử dụng thuật ngữ nhiệt màu tương quan để chỉ rằng ánh sáng phát ra từ bóng đèn vận hành tại một nhiệt màu nhất định cách xác định nhiệt màu thông thường nhờ các đặc điểm của kim loại sử dụng trong dây tóc bóng đèn Những mức nhiệt màu tiêu biểu gồm có: 2800K (sợi đốt), 3000K (Halogen), 4100K (trắng sáng hoặc huỳnh quang SP41), và 5000K (màu huỳnh quang mô phỏng ánh sáng ngày) Các loại bóng Xenon HID sinh ra ánh sáng với mức nhiệt màu gần bằng hoặc trên 5000K Ánh sáng trắng có độ sáng dễ dàng nhận thấy, điều này được xem như tính hiệu quả cao hơn - tức là, mặc dù bóng HID có thể có lumen tương đương với một bóng Halogen có số Watt lớn hơn, bóng HID tỏ ra sáng hơn và dễ chịu cho mắt nhìn hơn là ánh sáng của bóng Halogen

Đèn hồ quang thủy ngân và Xenon không cho cường độ rọi đồng đều trong toàn

bộ phổ bước sóng từ tử ngoại tới hồng ngoại Phần lớn sức mạnh hồ quang thủy ngân tiêu hao trong phổ tử ngoại gần và xanh lam với đa số cực đại cường độ cao xuất hiện trong ngưỡng 300-500nm, trừ một vài cực đại có bước sóng cao hơn nằm trong vùng phổ xanh lục Đèn hồ quang Xenon có sản lượng rộng hơn và đồng đều

hơn trong phổ khả kiến và không biểu hiện các cực đại cường độ phổ rất cao đặc trưng như đèn hồ quang thuỷ ngân

 Nguồn chiếu sáng sử dụng Diot phát quang :

Hình 12 : Cấu tạo của Diode phát ánh sáng trắng

Bắt đầu vào thế kỷ 21, Diot phát quang làm nguồn chiếu sáng kỹ thuật, Diode là phần bù lý tưởng cho sự hợp nhất công nghệ bán dẫn và hiển vi quang học Sự tiêu thụ năng lượng tương đối thấp ( 1 đến 3 Volt, 10 đến 100 miliampe ) và thời gian hoạt động lâu dài của Diotde phát quang khiến cho những dụng cụ này trở thành nguồn sáng hoàn hảo khi chỉ yêu cầu cường độ chiếu ánh sáng trắng ở mức trung bình

 Nguồn sáng Laser

Một nguồn phát ánh sáng khả kiến đang có tầm quan trọng ngày càng cao trong cuộc sống chúng ta, đó là Laser Một trong những đặc điểm vô sóng của Laser là chúng phát ra chùm ánh sáng liên tục gồm một bước sóng liên tục, cùng pha, đồng nhất gọi là ánh sáng kết hợp

Laser được sử dụng làm nguồn sáng trong nhiều ứng dụng, từ các đầu đọc đĩa compact cho tới các thiết bị đo đạc và dụng cụ phẫu thuật

Hình 13 : Cấu trúc Laser khí Argon-Ion

Năng lượng phổ (SPD) của nguồn sáng (đơn vị tính Wm2

nm-1),

Hình 14 : Phổ thu được từ một số nguồn sáng phổ biến

Các đường cong phân bố phổ biểu thị năng lượng tương đối theo bước sóng đối với một số nguồn khác nhau phát ra ánh sáng trắng

Đường cong phổ màu đỏ : biểu diễn năng lượng tương đối của ánh sáng đèn Volfram, năng lượng tăng khi bước sóng tăng

Đường cong phổ màu vàng : Mô tả sự phân bổ ánh sáng khả kiến từ phổ ánh sáng mặt trời tự nhiên Ánh sáng mặt trời chứa nhiều năng lượng nhất

Đường cong phổ màu xanh đậm : đặc trưng cho đèn hơi thủy ngân và biểu hiện một vài chênh lệch đáng kể với phổ ánh sáng mặt trời tự nhiên và đèn Volfarm Đường cong phổ màu xanh lá cây : được tạo bởi một Diode phát quang

Đường cong màu xanh lá mạ : bởi Lazer đường cong phổ rất hẹp thường chỉ gồm 1 hoặc vài 3 bước sóng cố định

2.3.3 Thông số kỹ thuật và chọn nguồn sáng :

Việc chọn lựa nguồn sáng phù hợp cho việc kiểm tra chỉ tiêu độ bền màu ánh sáng cần dựa vào một số yêu cầu kỹ thuật , Để hiểu được ảnh hưởng của ánh sáng của đèn lên màu của các vật trong không gian xung quanh ta sử dụng 3 đại lượng, phân

bố phổ, nhiệt độ màu và độ hoàn màu

Đơn vị của cường độ chiếu sáng là: 1 cd = 1 lm/ 1steradian

Nhiệt độ màu biểu diễn ở đơn vị Kelvin (K ), là màu của ánh sáng mà nguồn sáng

phát ra Theo Hiệp hội kỹ thuật chiếu sáng bắc Mỹ (IESNA), nhiệt độ màu là

"nhiệt độ tuyệt đối của một vật bức xạ đen có phổ bức xạ giống như phổ của nguồn sáng."

giá trị màu đã được xác định và gọi là "nhiệt độ màu" Hiện nay thường có phần mềm trên máy tính tự động xác định nhiệt độ màu của các loại đèn ghi trong các thông tin chào hàng

Đối với đèn sợi đốt, nhiệt độ màu là đại lượng "thật" và ta có thể nói rằng trong thực tế nhiệt độ màu của đèn dùng sợi đốt Wolfram có nhiệt độ giống như nhiệt độ chính của sợi đốt

Đối với đèn huỳnh quang và đèn phóng điện công suất cao (HID) đại lượng nói trên chỉ là gần đúng và thường gọi là nhiệt độ màu tương đối Trong công nghiệp,

cả hai đại lượng này có thể dùng lẫn nhau Nhiệt độ màu của đèn khiến chúng trực quan thuộc loại nguồn sáng "ấm," "bình thường" hoặc "lạnh" Các đèn có nhiệt độ màu thấp (3500K hoặc ít hơn) có bức xạ ấm thuộc màu đỏ vàng/ trắng da cam Ánh sáng vùng đỏ và da cam làm cho những vật mang màu đỏ và da cam lại càng

ấm áp hơn Ánh sáng bão hoà vùng xanh da trời và xanh lá cây làm cho những vật mang màu xanh này lại càng lạnh hơn

Những đèn có nhiệt độ màu trong khoảng trung bình (3500K đến 4000K) có màu trung hòa hoặc trắng Ánh sáng trở nên cân bằng hơn trong phổ màu của mình.Các đèn có nhiệt độ màu cao hơn (4000K hoặc lớn hơn) có màu trắng lạnh hoặc trắng xanh Ánh sáng mặt trời mùa hè rất trắng có nhiệt độ khoảng 5500K

Một khi nhiệt độ màu đã xác định ta thường sử dụng thêm phân bố phổ đề lựa chọn đèn

Bảng 7 : Nhiệt độ màu

Phân bố phổ trình diễn phổ của bức xạ

vùng nhìn thấy là bức tranh nêu tương quan giữa công suất bức xạ (ở đơn vị

tương đối) phụ thuộc vào bước sóng các đỉnh phổ tương ứng với các màu có cường

độ lớn

Độ hoàn màu biểu diễn bằng chỉ số hoàn màu (CRI) từ 0 đến 100, diễn tả độ

hoàn màu của các vật được chiếu sáng trong mắt người so với màu thực của nó CRI càng cao, khả năng hoàn màu càng lớn

Theo Hội kỹ thuật chiếu sáng Bắc Mỹ IESNA, chỉ số hoàn màu là "đại lượng đo

độ dịch màu của vật được chiếu sáng bởi nguồn sáng đang xét so với trường hợp chiếu sáng bởi nguồn sáng chuẩn có cùng nhiệt độ màu."

Đèn sợi đốt tiêu chuẩn có CRI khoảng 100 Đèn huỳnh quang có CRI khoảng 52–

95 Những tiến bộ trong công nghệ chế tạo bột huỳnh quang cho phép nâng cao CRI của đèn huỳnh quang và đèn phóng điện công suất cao Như đã khẳng định trong các định nghĩa của IESNA, để so sánh hai đèn cho trước chúng phải có cùng nhiệt độ màu để sự so sánh của chúng có ý nghĩa

Hiệu suất của đèn

Hiệu suất đèn là tham số đo hiệu suất của nguồn sáng trong đơn vị lumen trên Watt (LPW) xác định lượng ánh sáng phát ra khi tiêu thụ một Watt năng lượng điện LPW càng cao thì hiệu suất càng lớn Quan trọng ở đây là LPW ảnh hưởng

Thời gian sống trung bình (tuổi thọ )

Đèn được đánh giá theo thòi gian sống trung bình là thời gian mà 50% số lượng đèn sử dụng (cho là số lưọng đèn là đủ lớn) bị cháy Đại lượng này được xác

định tại các phòng thí nghiệm trang bị các thiết bị tự động bao gồm cả thiết bị tắt bật đèn huỳnh quang ba tiếng một lần

3 Đèn cao áp thủy ngân : Nguồn sáng phóng điện trong khí có áp suất cao

3.1 Nguyên lý

Hình 1 5 : Cấu tạo đèn thủy ngân

Phần tử phát ánh sáng cũng là ống phóng điện có chứa hai điện cực làm việc

và một điện cực khởi động Ống phóng điện được làm từ thạch anh cho phép tia tử ngoại đi qua Chúng chứa thủy ngân và một lượng nhỏ argon, neon và krypton Khi đèn nối vào nguồn điện hồ quang điện phóng giữa điện cực chính và điện cực khởi động Khi các nguyên tử thủy ngân được ion hóa, điện trở trong ống phóng giảm Khi điện trở trong ống phóng nhỏ hơn điện trở mạch ngoài thì hồ quang sẽ chuyển sang phát giữa hai điện cực chính Nguyên tử thủy ngân tiếp tục iôn hóa làm tăng thông lượng ánh sáng phát ra Ánh sáng phát ra chứa các vạch phổ đặc trưng của thủy ngân (tại các bước sóng 404.7 nm, 435.8 nm, 546.1 nm, và 577.9 nm ) cùng với các tia cực tím Các ống phóng điện có áp suất trong khoảng từ 1 đến 10 átmốtphe

Đèn thủy ngân bóng trong suốt phát ánh sáng màu xanh – xanh lá cây Để cải thiện chất lượng ánh sáng một lớp phosphor được tráng lên mặt trong của bóng ngoài Phần tia cực tím do ống phóng điện phát ra sẽ kích thích bột phosphor tạo ra ánh sáng làm cải thiện chỉ số hoàn màu của đèn

Đặc trưng chính của đèn

3.2 Các loại đèn thủy ngân:

Đèn thủy ngân: phân ra làm 2 loại gián tiếp và trực tiếp Gián tiếp thì cần có ballast

để phát sáng Trực tiếp thì không cần ballast

Thủy ngân gián tiếp có các mức công suất phổ biến 80W, 125W, 250W và 400W

Thủy ngân trực tiếp có các mức công suất 160W, 250W và 500W

Hình 16 : Các loại đèn thủy ngân

Đèn có 3 dạng ánh sáng trắng :

Lớp phủ bên trong đèn bằng phosphor để tăng độ hoàn màu

DX (deluxe): tăng màu đỏ

WDX ( warm deluxe ) sang trọng và ấm áp

C( color improve ) cải thiện màu sắc: rất ít màu đỏ

Tuổi thọ : Tùy thuộc vào công suất đèn

Đèn 400 W tuổi thọ có thể đạt 6.000 giờ

Đèn 500 W tuổi thọ có thể đạt 3.000 giờ

Điện áp khởi động:

Đèn 400 W: dòng điện cấp cho bóng đèn khoảng 3.25A- 220V

Đèn 500 W : dòng điện qua bóng là 2.30A – 220V

4 Các phương pháp xác định độ bền màu ánh sáng :

4.1 Phương pháp phơi mẫu dưới ánh sáng ban ngày:

BS EN ISO 105 E01-1999, JIS L 0841 -2004, AATCC -2004 option 6

Hình 17: Giá phơi mẫu dưới ánh sáng ban ngày