הזדקנות מנורות UV ונוריות LED מסוג UV
מנורות UV ונוריות LED מסוג UV מאבדות עצמת קרינה נופלת (W/m²) במהלך ההפעלה ומשנות בחלקן את הספקטרום שלהן – אצל פולטים מסוגים (doped) אף באופן ניכר. אורך חיי המנורות האופייני נע בין 500 עד 2,000 שעות עבור מנורות לחץ גבוה, 8,000 עד 12,000 שעות עבור מנורות לחץ נמוך, ועד 10,000 עד 20,000 שעות עבור נוריות LED מסוג UV. רק מדידה באמצעות רדיומטר מכויל מראה עד כמה סטתה המערכת מהערכים המקוריים.
מדידת עצמת הקרינה הנופלת של מקורות אור UV בעלי הספק גבוה חיונית לתהליכי הקשיה בקרינת UV, שכן הם דורשים בקרת מנת קרינה מדויקת. הקשיה בקרינת UV משתמשת באור UV לפולימריזציה באמצעות פוטואיניציאטורים בחומרים, כאשר משך החשיפה קריטי. רדיומטרים של UV משמשים למדידה מדויקת של עוצמת ה-UV ושל מנת הקרינה (J/cm²), והחיישנים חייבים לבעל רגישות ספקטרלית גבוהה כדי לעמוד בדרישות.
סוגי מקורות אור המשמשים ליצירת קרינת UV:
- מנורות פריקת גז בהספק גבוה:
מנורות אלו מייצרות קרינת UV חזקה באמצעות כספית מאודה בטמפרטורה גבוהה בתוך שפופרת קוורץ, עם אפשרות לכוונן את הפליטה הספקטרלית באמצעות תוספי מתכת. - נוריות LED מסוג UV בהספק גבוה:
הן מציעות יתרונות כגון יעילות אנרגטית, זמינות מיידית לשימוש ואורך חיים ארוך, אם כי יש לקחת בחשבון את יציבות אורך הגל התלויה בטמפרטורה ואת אפקטי ההזדקנות.
מידת הסטייה של התקן מתגלה כאשר משווים אותו מול כיול UV טרי.
אורך חיי מנורות UV אינו ניתן לביטוי אפוא רק בשעות פעולה: מה שחשוב הוא מתי עצמת הקרינה הנופלת יורדת מתחת לערך הנדרש לתהליך – וזה תלוי במחזורי הפעלה וכיבוי, בטמפרטורה ובזיהום.
אורך חיים של מנורות UV ושל UV LED
| סוג מקור אור UV | תיאור | אורך חיי מנורה טיפוסי |
| מנורת UV (לחץ נמוך) | משמש לחיטוי (מים) | 8,000 עד 12,000 h |
| מנורות אמלגם | נצילות גבוהה יותר ואורך חיים ארוך יותר | 12,000 עד 16,000 h |
| UV LED | חסכוני באנרגיה; ליישומים קטנים יותר | UVA עד 10,000 h, UVB/UVC עד 5,000 h |
| מודולי UV LED | יחידות מודולריות; ניתנות להתאמה | UVA עד 10,000 h, UVB/UVC עד 5,000 h |
| מנורות לחץ גבוה | עצמת UV גבוהה מאוד; ספקטרום רחב | 500 עד 2,000 h |
| מנורות קסנון פועמות | הבזקי אור UV עצומים לעצמת שיא | 1,000 עד 3,000 h |
| מנורות אקסימר | ספציפי; צר | 5,000 עד 8,000 h |
| מנורת UV (לחץ בינוני) | מתאימה ליישומים תעשייתיים | 1,000 עד 4,000 h |
| מנורת UV (לחץ בינוני, מסוממת) | מסוממת בברזל או גליום לספקטרום מיוחד | 600 עד 2,000 h |
| מנורת קשת קסנון קצרה | עצמה גבוהה וספקטרום רחב | 500 עד 2,000 h |
מדידות סדירות הכרחיות עקב הזדקנות מנורות UV ו-LED בתחום ה-UV. אבל...
מדוע מנורות UV מזדקנות?
מנורות UV מזדקנות בשל מספר תהליכים פיזיקליים וכימיים:
- שחיקת אלקטרודות: האלקטרודות במנורה נשחקות עם הזמן עקב תהליך הפריקה החשמלית, מה שמפחית את יעילותן.
- התנדפות חומרים: חומרים בתוך המנורה, כגון מרקורי וטונגסטן, יכולים להתנדף ולהשתקע על חלקים קרים יותר של המנורה, ולהפחית את פלט האור על ידי בליעה.
- התכלות זרחן: במנורות פלואורסצנטיות, זרחן ממיר את הקרינה באורך גל 254 nm ל-UVA או UVB; הוא מתכלה עם הזמן, מה שמפחית את עצמת הקרינה הנופלת.
- הזדקקות סולריזציה: קרינת UV יכולה לשנות את חומר המנורה, בעיקר את זכוכית הקוורץ, עם הזמן, ולהפחית את מעבירות אור ה-UV.
גורמים אלה משתלבים כדי להפחית את פלט האור של המנורה עם הזמן, ומחייבים תחזוקה או החלפה סדירה.
ו...
מדוע LED של UV מזדקנים?
כמו כל הרכיבים האלקטרוניים, גם LED בתחום ה-UV נתונים להזדקנות. כמו בכל המוצרים, איכות המוצר של מנורות LED של UV משתנה במידה ניכרת. במהלך אורך חיי מנורות ה-LED של UV, ישנה ירידה מתמשכת בפלט האור של UV. תופעה זו מוכרת כדעיכה (degradation). הגורמים המשפיעים על הזדקנות ה-LED כוללים בעיקר את טמפרטורת ההפעלה ואת זרם ההפעלה. LED של UV מזדקנים ממספר סיבות, המתייחסות בעיקר לתכונות החומר המובנות ולתנאי ההפעלה:
- דעיכה תרמית: החום הנוצר בעת המרת אנרגיה חשמלית לאור עלול לפגוע בחומרי המוליכים למחצה של ה-LED ולהפחית את יעילותם.
- חמצון ולחות: חשיפה לחמצן ולחות עלולה לפגוע בחומרים שבתוך ה-LED, בייחוד באלקטרודות ובתרכובות.
- עייפות חומר: התפשטות והתכווצות חזרתיות עקב תנודות טמפרטורה עלולות לגרום לעייפות חומר, המשפיעה על הביצועים
גורמים אלה משתלבים כדי להפחית את הפלט של מנורות UV ושל LED של UV עם הזמן, כלומר עצמת האור ואורך החיים שלהם מוגבלים.
לאחר שלב "התייצבות" ראשוני עם ירידה תלולה יותר, הדעיכה ממשיכה באופן קרוב ללינארי במהלך אלפי שעות. מנגנון כשל שני הוא כשל ספונטני של LED של UV.
כשלים ספונטניים של LED של UV יכולים להיגרם ממספר מנגנונים, כולל פריקה אלקטרוסטטית (ESD), שיכולה לפגוע ברכיבים כתוצאה מזרם פתאומי חזק. כשלי חיבורי חוט (wire bond) יכולים גם להתרחש, שבהם החוטים הזעירים המחברים את שבבי ה-LED למסופים נכשלים.
פגמים בחומר המוליך למחצה עצמו, כגון סדקים או פגמים בשכבות המוליך למחצה, יכולים גם להוביל לכשל פתאומי של LED בודדים של UV. סוגי כשל אלה מתרחשים לרוב ללא אזהרה ומובילים לאובדן פונקציונליות מיידי של ה-LED.
LED של UV נחשבים עדיפים על מנורות UV מסורתיות בכמה היבטים של הזדקנות:
- עמידות: LED של UV מגיעים לאורך חיים ארוך יותר עם קירור טוב, והם חסינים לפגיעה מכנית.
- יציבות: הם מציעים יציבות אורך גל טובה יותר עם הזמן, מכיוון שהם מושפעים פחות מתנודות תרמיות.
- יעילות: LED של UV מנצלים אנרגיה בצורה יעילה יותר ומייצרים חום שיורי נמוך יותר, מה שמאריך עוד יותר את חיי השירות שלהם.
ההבדלים העיקריים בין הזדקנות מנורות UV לבין הזדקנות LED של UV:
ההבדלים העיקריים בהזדקנות נובעים אפוא מהאופן שבו מקורות האור השונים מטפלים בחום ובעייפות חומר, מה שמשפיע לטובה על היעילות ואריכות החיים של LED של UV.
נשמח לעזור לכם בבחירת מכשירי מדידת UV לבדיקת הזדקנות UV של מנורות פריקת גז בעוצמה גבוהה ושל LED של UV. Opsytec מציעה מכשירי מדידה שפותחו במיוחד, המבטיחים מדידת UV מדויקת ואמינה, ומאפשרים גם כיולים בהתאם לתקן DIN EN ISO/IEC 17025:2018-03.
הדיאגרמה מדגימה את עקומת ההזדקנות האופיינית של LED של UV, המאופיינת בירידה חדה ראשונית בביצועים בשעות הפעולה הראשונות. לאחר ירידה ראשונית זו, אובדן ההספק מתייצב ועוקב אחר דעיכה הדרגתית וכמעט לינארית עם הזמן. ירידה מתמשכת זו בפליטת האור נמשכת עד ש-ה-LED מגיע לסוף חיי השירות שלו ולבסוף נכשל לחלוטין ללא פליטת קרינה כלשהי:
המשמעות של הזדקנות מקור קרינה עבור תהליכי ייצור ובדיקה מתמשכים מוצגת בעמודי היישומים הקשיה בקרינת UV בתעשיית הרכב ו-טכנולוגיית UV לתעופה וחלל.
המחשבון פועל בדפדפן שלכם; לא מועבר כל מידע.
רדיומטר UV מומלץ להזדקנות בקרינת UV
רדיומטר RMD Pro
רדיומטר כף-יד דיגיטלי לחלוטין למדידת עצמת קרינה ומנת קרינה, עם שני כניסות לחיישנים וזיכרון של 8 GB.
curelog
רדיומטר ודוזימטר שטוח הנע דרך מערכות מסוע UV בקצב של עד 2000 קריאות/s, בעד ארבעה תחומים ספקטרליים.
שאלות נפוצות על הזדקנות וניטור ביצועים
כיצד ניתן לנטר את התפוקה של UV LED?
על ידי מדידת עצמת קרינה נופלת בנקודת הפעולה, לא על ידי זרם ההפעלה או שעות ההפעלה. UV LEDs מאבדים הספק קרינה באופן מתמשך; הגורמים המכריעים הם טמפרטורת המצומת וזרם ההנעה, וכל עלייה של 10 °C בטמפרטורת המצומת מחצה את אורך חיי L70. גישה נכונה היא לרשום ערך התחלתי אחרי תקופת ההרצה כערך התייחסות, ולקבוע סף אזהרה כאחוז ממנו. נתוני אורך חיים אופייניים של עד 10,000 h (UVA) או 5,000 h (UVB/UVC) חלים רק בתנאי ההפעלה שצוינו.
כיצד מתגלה הזדקנות של מנורת UV?
על ידי ירידה בעצמת קרינה נופלת בתנאים זהים – נמדדת באותה עמדה, במרחק זהה ובאותה טמפרטורת הפעלה. ארבעה תהליכים פועלים בשילוב: שחיקת אלקטרודות, התנדפות חומר המתעבה על חלקים קרירים יותר של המנורה, התנוונות זרחן וסולריזציה של הקוורץ. שעות ההפעלה הן רק הערכה כללית: מנורות בעלות לחץ נמוך מגיעות ל-8,000 עד 12,000 h, מנורות בעלות לחץ בינוני ל-1,000 עד 4,000 h, ומנורות בעלות לחץ בינוני ומסוממות ל-600 עד 2,000 h.
מאת: ד"ר מארק פרוויה
ד"ר-אינג' מארק פרוויה הוא מנכ"ל חברת Opsytec Dr. Gröbel GmbH באטלינגן ועומד בראש מעבדת הכיול המוכרת. בהמשך למחקרו על פריקות אקסימר קסנון פועמות במכון לטכנולוגיית תאורה של KIT, מוקד עיסוקו כיום הוא טכנולוגיית מדידת קרינה אופטית. הוא ממלא תפקיד סגן יו"ר בוועדת התקינה הגרמנית DIN FNL 7 "קרינה אופטית", וחבר בקבוצת הפרויקט של DVGW לחיטוי בקרינת UV.
