Het hoe en wat, van een tl-buis?

Hoi, ik doe mijn profiel werkstuk over de tl-buis. Nou weet ik wel wat voor experimenten ik met die dingen ga doen, maar ik moet ook wat achtergrond info hebben zoals wat er gebeurt precies, het doel van de starter, wanneer en door wie is het uitgevonden etc.

En hoe werkt een tl-buis. Nou heb ik al op google gezocht maar vind alleen maar “koop hier uw tlbuis” dingen. – Chris.
–

Een TL-T(ube) L(ight) buis valt in de catagorie gasontladingslampen, net zoals neon, natrium (straat) verlichting e.d.  De werking van de TL-buis berust op het opwekken van ultraviolette straling in een kwik-ontlading.

Door een fosforpoeder op de wand van de TL-buis wordt de ultraviolette straling omgezet in zichtbaar wit licht. Dus laten we verder uitzoeken; hoe werkt een tl-buis dan?

De lagedruk fluorescentielampen zijn in de jaren 1935 door onder andere Pirani en Ruttenauer verder ontwikkeld. Lagedruk betekend dat de buizen eerst vacuum worden gezogen en daarna gevuld worden met een gaskolom van Krypton of Argon en kwikzilverdamp onder een zeer lage druk. Aan de uiteinden aan weerszijde van de tl-buis zit een elektrode.

De elektrode bestaat uit een Wolframdraad met een laagje emitterpasta (bariumoxyde), deze pasta zorgt voor een verbeterde werking in het vrijkomen van de elektronen. De vrijgekomen elektronen gaan zich voortbewegen in de gaskolom. Wanneer de elektronen van de elektrode in aanraking komen met kwikzilveratomen geeft dit een verplaatsing van een elektron van de kwikzilveratoom . Deze elektronen willen terug naar een baan om de kern en zulen vervolgens bij het terugkeren naar hun positie de vrijgekomen energie in de vorm van een Ultraviolette straling afgeven.

Afhankelijk van de samenstelling van het fluorescentiepoeder op de glaswand wordt de UV-straling in de buis omgezet in het zichtbaar licht, zo werkt een tl-buis dus. Fluorescentiepoeder is een luminescerend (lichtgevend) materiaal, en wordt een fosfor genoemd. Fosforen bestaan uit kleine kristalletjes van enkele ?m grootte. In deze kristalletjes zijn lichtgevende ionen ingebouwd die rood, groen of blauw licht uit kunnen zenden, na absorptie van de ultraviolette straling. Van nature is het licht van TL buizen nogal koud (veel blauw en relatief weinig rood), maar door het gebruik van moderne poeders zijn ook warme kleuren leverbaar tegenwoordig

Een belangrijk nadeel van alle TL en PL buizen is dat directe aansluiting op het lichtnet niet mogelijk is. Om de gasontlading op gang te brengen is een ontsteekspanning nodig. Deze kan meer dan 1000 V bedragen en is in bijna alle gevallen hoger dan de spanning van het lichtnet. Hierdoor is een startvoorziening noodzakelijk. Verder daalt de spanning over de elektrodes, nadat de lamp is ontstoken tot de z.g. brandspanning van enige tientallen volts. Het gevolg is een onbeheerste stroom door het gas, waarbij de brandspanning zelfs daalt naarmate de stroom toeneemt. De lamp zal stuk gaan, wanneer geen voorzieningen worden getroffen om de stroom te beperken (smoorspoel).

In het bovenstaande aansluitschema zie je hoe werkt een tl-buis. Op het moment dat de TL buis aangezet wordt loopt er nog geen stroom door de TL buis zelf. De stroom gaat door de smoorspoel en door de gloeidraden en de starter.

De starter is gevuld met neongas wat al bij een lage spanning ontsteek, zodat het neonbuisje gaat geleiden. Er gaat een kleine stroom lopen, waardoor de elektroden in het neonbuisje worden opgewarmd. Deze elektroden zijn ervaardigd uit bimetaal. Dit is een materiaal dat bestaat uit twee met elkaar verbonden metalen met verschillende uitzettingscoöfficiënt. De elektroden trekken hierdoor krom bij temperatuurverhoging. Na enkele seconden zijn de elektroden zo ver gekromd, dat ze elkaar raken. Er gaat dan plotseling een grote stroom lopen in de rest van de kring. De stroom die nu loopt wordt bepaald door de smoorspoel. Een smoorspoel is een (gewone) spoel die een maximale stroom doorlaat (omdat hij in het verzadigingsgebied werkt). De gloei-elektroden in de TL-buis worden nu verhit tot een niveau, waarop de elektronen uit het gloeidraadmateriaal kunnen ontsnappen.

Aangezien de stroom in de starter nu niet meer door het neongas loopt, maar door de bimetalen elektroden, koelen deze weer af. Na korte tijd wordt het contact onderbroken. De stroom in de kring en dus ook in de smoorspoel daalt hierdoor plotseling sterk. Spoelen wekken door zelfinductie een spanning op, die evenredig is met de verandering van de stoom door de spoel. De spoel verzet zich als het ware tegen stroomverandering (vergelijkgaar met massa, die zich verzet tegen snelheidverandering).

De plotselinge daling van de stroom door de smoorspoel leidt tot een spanningspiek, die oploopt tot zo’n 1000 Volt en deze doet de TL buis ontsteken. De spanning over de TL buis zakt hierna snel tot brandspanning. De buis “brandt” nu en in deze situatie wordt de stroomkring gevormd door het ontstoken gas in de TL buis en de smoorspoel. Als de TL buis dus ontstoken is heeft de starter dus geen functie meer, en kun je hem er gewoon uithalen. De TL buis blijft gewoon branden. Een TL buis heeft dus een hoge weerstand als hij uit is, maar als hij eenmaal ontsoken is heeft hij dus een zeer lage weerstand. 

Als proef kun je de starter vervangen door een gewone schakelaar. Door deze ongeveer een halve seconde in te zetten, en vervolgens weer uit, zal op dat moment de TL buis ontsteken. Let wel op dat je met een gevaarlijke spanning bezig bent, dus alles goed isoleren !!!!

Alle gasontladingslampen starten op soortgelijke wijze, maar er bestaan vele uitvoeringen van de voorschakel apparatuur. Zo is bij spaarlampen de gehele schakeling elektronisch, en ingebouwd in de voet van de lamp. Deze goedkope oplossing is slechts mogelijk door het gebruik van een geheel elektronisch ontsteking en stroomsturing in combinatie met een vrij beperkt vermogen en fabricage in zeer grote aantallen. Elektronische voorschakelapparaten zijn zuiniger dan smoorspoelen qua stroomverbruik. Naast het begrenzen van de hoeveelheid stroom verandert de elektronica het aantal Hertz van 50 naar ca. 30.000 Hz. Dit biedt weer extra voordelen zoals een trillingsvrij (geen stroboscopisch effect) licht.

Bij hele eenvoudige TL-looplampen gebruik men weerstandskabels i.p.v. een smoorspoel. Niet echt gunstig qua stroomverbruik maar bij deze toepassing is de gewichts- en formaatbesparing doorslaggevend.

**arjen**

Zie ook:

Flikkering tl buis nadat schakelaar uit staat     Na flikkeren van TL verlichting

TL-buis   Electronenstroom in stroomkring