所以，决定安装哪种紫外线光源就像决定为厨房买哪种烤箱一样。即使有几个可以完成任务，最好的选择也可能取决于预算、大小、功能、质量或可靠性等因素。有一些权衡，这篇文章旨在帮助你选择最好的紫外线光源，以满足你的需求。我们首先研究紫外线是如何产生的，以及主要类型的紫外线源之间的权衡。然后，我们转向供应商之间的一些考虑因素，可能有助于做出最明智的选择。
产生紫外线
直到最近(当UV led商业化时)，几乎所有的工业UV光源都依赖于相同的基本原理来产生UV。当少量的汞被通电时，无论是用高压电流撞击它，还是把它放入一个强大的微波腔(很像微波炉)，汞原子中的电子被激发到一个更高的能量状态。当它们回到基态时，会以紫外光(以及一些可见光和热)的形式释放出能量爆发。这与在壁炉中添加水晶壁炉盐时将火焰变成绿色和紫色的原理是一样的，这种水晶壁炉盐依赖于产生可见光谱光的铜盐。
图1显示了一个典型汞灯的发射光谱。无论水银灯是电弧(或电极)型灯还是微波灯，这种特征光谱都是相同的。因此，如果你的紫外线“配方”要求暴露在汞灯下，只要强度(或辐照度)足够高，材料暴露在足够长的时间(提供适当的剂量)，任何一种都可以工作。在这两种装置中，水银都密封在石英管中。在弧光灯中，电极嵌入在灯管的两端，这样就可以产生电能。在微波灯的情况下，管没有电极，但放置在微波腔。在任何一种情况下，高温等离子体都是通过给水银充电而产生的。
几十年来，汞灯一直是工业紫外线固化的主力，但最近使用发光二极管(或led)的紫外线源已经可用。这些紫外线光源是通过将大量微型半导体芯片排列成大型矩阵而制成的(就像圣诞树和汽车尾灯上可见的led中使用的芯片一样)。当对每个LED芯片施加电压时，通过被称为电致发光的过程发射出一束紫外光。与汞灯不同，LED的光谱是非常特定和狭窄的。今天的led有不同的波长(由芯片的化学成分决定)，从365纳米到405纳米左右，如图2所示。
汞基(电弧和微波)灯以及UV led是当今最常见的工业紫外线源。虽然每种方法都产生对固化有用的光，但每种方法都有固有的优点和缺点。
弧灯
电弧灯或电极灯是所有紫外线光源中最常见的一种。它因其简单和多用途而广受欢迎。弧光灯的产品类型和风格多种多样。灯的长度可以从几英寸到几英尺不等，而长达2米的灯则被用于诸如木板之类的宽产品。图3显示了弧光灯的典型结构。通过改变石英管的尺寸，水银和填充材料的数量，并通过施加适当的电压，可以产生广泛的强度(尽管灯的紫外线输出经常取决于许多其他工程考虑因素)。
为了产生等离子体，弧光灯需要高压、大电流的电源，有时被称为“镇流器”。传统上，这些镇流器使用大型铁磁器件，但固体镇流器更轻，更紧凑，并提供可变功率等功能，今天更常见。
弧光灯本身通常安装在一个金属外壳中，配备了一个反射器，可以重新定向从该部件发出的紫外线。反射器可以由许多材料制成(包括经过处理的石英和硼硅酸盐)，尽管铝和涂有特殊涂层的金属通常被用于提高其性能和可靠性。
任何汞光源中的等离子体都非常强烈(几千度)。冷却是必要的，以防止石英软化和变形，同时保持等离子体足够热，以防止水银凝结。大型鼓风机通常用于灯具冷却。
虽然弧光灯的灵活性和相对较低的成本使它们成为受欢迎的选择，但它们的设计也有一些缺点(表1)。首先，“撞击”灯并产生等离子体所需的极高电压对电极是苛刻的。每次点燃灯时，少量电极材料蒸发，导致灯在端子附近变暗或变黑。这种劣化会导致紫外线输出的损失，因为灯的使用，并使灯的每一次连续打击更加困难。
电极灯的另一个缺点是，当启动时，管内的内部压力急剧上升。如果灯是关闭的，需要很长一段时间(有时长达20分钟，这取决于灯的大小和镇流器技术)才能重新启动灯。在需要启动和停止线路的线路上，保持灯开着以避免这些延迟是不方便的。解决这个问题的一种方法是给灯装上快门装置。使用百叶窗，灯可以保持亮着(通常在一个较低的功率水平)，但由快门机构屏蔽。
微波灯
20世纪70年代初，一种用微波能量代替电能为水银充电的灯被引入市场。这种灯的简化设计如图4所示。没有电极，微波灯就不会有弧光灯固有的一些问题。没有由于电极分解而导致的灯老化，也没有由于灯变黑而导致的输出减少。微波灯具有更一致的紫外线输出，通常比弧光灯持续时间更长。然而，在灯中微波耦合背后的物理限制了灯泡的长度到一定的离散尺寸。如今，微波炉灯的长度为3英寸，4.5英寸，6英寸和10英寸。其他固化长度需要一些较短的灯以模块化的方式首尾相连地放置。这使得微波灯非常适合占地面积较小的应用，但对于占地面积较大的应用来说，它有点复杂和麻烦，因为电源或冷却管道系统等组件具有冗余(表2)。
由于微波灯不需要在灯内“重新点燃”电弧，它们可以在几秒钟内重新点燃，而不是几分钟。由于微波灯更复杂的性质，其复杂性和各种专利相关的问题，有较少的(虽然很合格)微波紫外线系统的供应商。
紫外线发光二极管
UV LED从根本上改变了传统的UV灯技术(图5)。UV LED依靠微型半导体芯片来产生UV光，而不是在石英管中激发汞来产生UV光。这种差异类似于普通白炽灯和可见led灯之间的比较。事实上，优点和缺点是相当相似的。
像其他半导体器件一样，led具有非常稳定的输出和极长的寿命。预计UV led的使用寿命甚至比最高质量的弧光灯长许多倍。led可以瞬间打开和关闭，这使得它们非常适合不使用百叶窗的应用场合。
如前所述，LED的输出是在紫外光谱的最长波长区域的能量峰值。(事实上，从技术上讲，大多数UV led都是可见光源，因为它们发出的是光谱中可见的紫色一端。)这种狭窄的输出有优点也有缺点。从积极的方面来看，UV led工作起来更安全，因为它们避免了紫外线光谱的短波区域的辐射，这可能会导致工人的健康和安全问题。较长的波长也不会产生任何有害的臭氧或多余的热量。这使得UV led非常适合固化热敏基材上的材料，如纸张、木材和薄塑料或电子元件，这些材料可能会被汞灯系统常见的高温损坏或破坏(表3)。
但是，窄小的光谱输出也使得现有的化学物质很难像传统的广谱汞光源一样有效地固化led。由于绝大多数现有的uv固化油墨和涂料都是针对汞源配制的，使用LED光源固化通常需要更多的时间、更慢的速度、更高功率的LED，或者调整配方以更好地响应较长的LED波长。UV led现在在某些利基领域很常见，如数字印刷、点固化粘合剂或电子显示器等产品的密封和粘合应用。它们在木材和塑料涂料、宽幅印刷、丝网和移印以及其他工业应用等其他领域的份额也在增加(图6)。
今天，led的相对成本也很大程度上取决于待固化区域的大小。在小范围内，UV led的成本与传统汞源相当，甚至更低。然而，由于LED阵列由紧密排列的半导体芯片组成，随着阵列尺寸的增加，成本也会成比例地上升。幸运的是，与其他半导体技术一样，UV LED的性能随着时间的推移得到了改善，成本也降低了。就像从电脑到智能手机的所有电子产品一样，随着行业的稳步改善，led的采用也在持续增长。由于led还提供了显著的运营成本节约，包括更长的使用寿命、更低的能耗、更少的停机时间和备件，许多曾经的场外应用现在都在积极实施UV led。
一般考虑
我们对竞争灯具技术的简短回顾可以帮助你决定哪种光源最适合你的需求。2022世界杯八强水位分析在每一种技术中，都有其他的考虑因素可能决定选择哪种型号的设备。回到烹饪的类比，你可能已经决定你需要一个微波炉，而不是一个电动烤面包机烤箱，但现在你需要选择哪种型号。
1.施工质量。大多数人不会买最便宜的车、最便宜的鞋或最便宜的房子。紫外线光源的质量通常不仅对设备的使用寿命或无停机时间的运行有实际影响，而且对设备的性能也有实际影响。质量较好的UV灯比质量较差的灯退化得更慢。较好的反射器通常具有较高的效率和较低的能量固化比劣质材料。在LED中，更好的质量可能包括更有效的冷却设计，这可以提高昂贵的LED阵列的输出功率和寿命。
2.控制功能。一些UV系统允许您轻松地改变功率输出水平，提供关于电源或冷却系统状况的反馈，或在发生故障时提供诊断信息。一些LED系统通过监测冷却温度和冷却剂流速等系统的关键方面来保护阵列。更复杂的LED控制方案提供了“可寻址性”，允许您选择性地打开和关闭阵列的各个部分，以适应不同大小的部分。在评估光源时，您可能还会考虑如何将其集成到固化线或机器的其余部分，以及它是否具有所需的接口功能。
3.易于维护。当你看到一个新的紫外线光源时，问问自己它是否容易修理和维护。如何清洗肮脏的反射镜?你多快能换好这盏灯?备件有多贵?一些弧光灯提供快速更换功能，包括灯模块，可以像墨盒一样快速轻松地更换，而其他设计则需要您实际拆除系统以完成常规任务。对于LED光源，您可以检查LED阵列是否可现场使用，或者如果出现问题，是否必须将整个单元更换。一些LED设计具有插件模块，以方便现场服务。一般来说，简单的电缆与几个连接器和最少的必要的移动部件使服务更容易。 It’s nice (and less costly) when you don’t need to rely on a skilled technician to perform the most routine maintenance tasks (Figure 7).
4.服务和支持。每个供应商都承诺提供优质的服务和支持。当你遇到问题或需要技术帮助时，你如何确保你选择了一个可以帮助你的人?在你购买之前，你可以观察到一些做法，这些做法可以很好地预示着未来会发生什么。确保你的产品有良好的操作手册和技术文档支持。供应商的网站甚至可能以手册、下载和有用视频的形式提供技术文档。有自己的维修中心和服务人员的供应商是一个好迹象。在开发阶段，愿意提供测试设备和现场支持以确保健壮过程的供应商也更有可能在长期内提供更大的支持。一些紫外线系统比其他系统更像一个“黑盒子”。 If a system uses all proprietary components, with undisclosed protocols or interface information you will be that much more dependent on them in the future. You might also consider whether each vendor has broad UV experience and sells a wide range of solutions or is heavily invested in only a single type of product. Avoid being pushed into a particular solution just because that’s the only product a vendor offers.
结论
与一些灯具供应商让你相信的相反，紫外线固化没有魔法。只要基本参数(波长、辐照度和剂量)能使材料固化，你的涂层、墨水或粘合剂根本不在乎你买的是谁的灯。但这并不是说所有的光源都是一样的，差异是无关紧要的。一些最根本的差异源于基本的底层技术;电弧灯、微波灯或UV LED，每种方法都有其优点和权衡。我们已经提供了每一个最重要的方面的概要。
但在每种技术中都有广泛的选择，以选择任何复杂的工程设备。根据您的需求和偏好，质量、特性、可维护性和技术支持方面的显著差异可能需要更严格地看待这些维度。我们的观点(作为水银灯和UV LED系统的设计师)是，没有“一刀切”的UV固化方法，用东海岸一家男装店的话来说，“受过教育的消费者是我们最好的客户”。我们希望这篇文章不是提供答案，而是为您提供了一组好的问题——这些问题的答案将使您做出更明智的决定。
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