Источники света лампы накаливания с йодным циклом

Источники света лампы накаливания с йодным циклом

Средство от износа

Йодная лампа накаливания — остроумнейшее изобретение с точки зрения химии. Как и во всех лампах накаливания, ее нить накала постепенно испаряется, однако пары вольфрама быстро реагируют с иодом, содержащимся внутри колбы. Получается йодистый вольфрам — соединение, которое разлагается при высокой температуре: таким образом, как только молекула йодида попадает на нить накала, на ней осаждается вольфрам.

Принцип действия йодной лампы накаливания

а. Атомы вольфрама испаряются с горячей нити накала.

б. Атомы вольфрама реагируют с молекулами йода: образуется йодистый вольфрам.

в. Молекула йодистого вольфрама беспорядочно движутся внутри лампы.

г. Попадая на раскаленную нить накала, молекулы йодистого вольфрама разлагаются: вольфрам откладывается на нити.

Дедал усматривает в этом изобретении ключ к разработке совершенно нового подхода к созданию самовосстанавливающихся механизмов. Дедал уже давно возмущается тем абсурдным фактом, что, скажем, автомобиль весом в целую тонну обрекается на сдачу в утиль только потому, что его движущиеся части чуть-чуть поизносились, потеряв какой-нибудь грамм металла. Теперь Дедал пытается применить принцип йодной лампы для предотвращения износа трущихся частей. В этой связи он вспоминает о процессе Монда, в котором для получения никеля используется реакция между никелем и окисью углерода, в результате чего получается летучий карбонил никеля. При высокой температуре карбонил разлагается, выделяя никель и окись углерода, которая вновь используется для повторного процесса.

Вечный подшипник на основе карбонила

а. Частицы никеля с трущихся поверхностей уносятся потоком масла.

б. Никель реагирует с окисью углерода в картере: образуется карбон никеля.

в. Растворенный карбонил никеля циркулирует в системе смазки.

г. Карбонил разлагается на горячих точках подшипника: металл осаждается на участках наибольшего износа.

Дедал предлагает никелировать цилиндры и подшипники, а выхлопные газы пропускать через картер двигателя. Идея состоит в том, что по мере износа деталей частицы никеля уносятся маслом в картер, где никель реагирует с окисью углерода, содержащейся в выхлопном газе. Образующийся карбонил никеля, циркулируя вместе с маслом, попадает в подшипники и цилиндры двигателя. Сильнее всего разогреваются те поверхности, которые испытывают большее трение, и соответственно они в большей степени подвергаются износу — таким образом, при разложении карбонила никель будет осаждаться именно там, где нужно. Автомобиль станет вечным! Нет сомнений, что этот принцип нанесет смертельный удар по недальновидной системе запланированного износа, а конструкторы станут хорошенько думать, чтобы не запустить в производство какой-нибудь неуклюжий агрегат: ведь теперь ему будет суждено служить многие века. Нет, пожалуй, такой конструкции, в которой не пригодился бы предлагаемый Дедалом прииции защиты от износа: это автомобили, самолеты, приборы, станки, которым приходится работать в самых неблагоприятных условиях, и даже швейные машинки. Потребуется только очень точно поддерживать химическое равновесие в системе: если на горячей точке откладывается слишком много металла, то зазор между трущимися деталями чрезмерно уменьшится, разогрев увеличится и в конце концов детали заклинятся. Поэтому в системе должно присутствовать ровно столько металла, сколько необходимо для поддержания нормальных зазоров.

New Scientist, December 14, 1967

Не прошло и четырех лет, как предложенный мной принцип самовосстанавливающихся трущихся пар частей был изобретен специалистами, работающими в области смазочных материалов. В одном широко известном типе подшипников на одну из трущихся поверхностей наносится тонкий слой мягкого металла. Рабочие характеристики такого подшипника вполне удовлетворительны, но металлическое покрытие постепенно изнашивается. В 1971 г. сотрудники научно-исследовательской корпорации «Мобил» Дж. Диккерт-мл. и С. Роу сообщили о своих опытах (Nature Physical Science, 231, 1971, p. 87) по влиянию ряда добавок к гексадекановой смазке[10]. В качестве одной из добавок использовался О,O-дн (нео-пентил) фосфородитиоат золота. Было обнаружено, что это вещество разлагается в точках наибольшего фрикционного нагрева, и образующаяся тонкая пленка металлического золота существенно ослабляет трение. Как пишут сами авторы, «золото преимущественно откладывается на том участке поверхности, который имеет наиболее высокую температуру. По существу, возникает фрикционная пара сталь — золото, и пленка золота постоянно восстанавливается за счет осаждения металла из смазки. Таким образом, достигается равновесие между истиранием пленки и осаждением золота, зависящее от конкретных условий работы трущейся пары частей. В правильно сбалансированной системе процесс самовосстановления продолжается, пока в смазке присутствует надлежащая добавка».

Конечно, золото — слишком дорогостоящая присадка к машинному маслу. Но справедливость предлагаемого принципа можно считать полностью доказанной. Интересно, не придумали ли инженеры фирмы «Мобил» более дешевую добавку к маслу, скажем, на основе свинца, или следующий ход опять за компанией КОШМАР? Существует область, в которой применение этого принципа может поистине спасти тысячи жизней, — это медицинское протезирование. Например, протезы тазобедренных и других крупных суставов действуют очень хорошо, но вследствие износа и истирания трущихся поверхностен срок их службы ограничен 5–20 годами.

Примечания:

Натуральная окраска шерсти животных действительно сильно зависит от наличия тяжелых и цветных металлов. Однако в пищеварительном тракте красители подвергаются действию различных ферментов при значительной кислотности, поэтому органические вещества разлагаются. Тем не менее фантазии Дедала относительно зеленых животных, по-видимому, не абсолютно беспочвенны. Так, по сообщению агентства АДН из Италии, в городке Рефранкоре в области Пьемонт у одной собаки родились шесть щенков, один из которых был зеленым (!), причем через 25 дней после рождения зеленая окраска шерсти стала еще более интенсивной. Ученые объясняют это явление редким генетическим изменением (см. «Известия», № 134, 13 мая 1984г.). — Прим. ред.

Существуют присадки к смазочным материалам, содержащие медь, которые способны залечивать повреждения трущихся поверхностей (см. [6]).— Прим. ред.

Охрана труда и БЖД

Охрана труда и безопасность жизнедеятельности

  • NEW
  • Темы
  • Вопросы
  • Расчеты
  • Новости
  • Гостевая
  • Поиск

Производственное освещение. Источники искусственного света

При сравнении источников света друг с другом и при их выборе пользуются следующими характеристиками:

1) электрические характеристики — номинальное напряжение, т. е. напряжение, которое должно быть подано на лампу для нормальной ее работы и электрическая мощность лампы;

2) светотехнические характеристики: световой поток, излучаемый лампой F, в люменах; максимальная сила света, которая задается для некоторых ламп вместо светового потока Jмакс, в свечах;

3) экономические и эксплуатационные характеристики: световая отдача лампы Ψ в лм/Вт, т. е. отношение светового потока лампы к ее электрической мощности Ψ = F/P; срок службы, в том числе полный срок службы τ — суммарное время горения лампы в часах от момента включения до момента перегорания; полезный срок службы τп — время, в течение которого световой поток лампы изменился не более чем на 20%, т. е. время экономически целесообразной эксплуатации лампы;

4) конструктивные характеристики: форма колбы лампы, форма тела накала — прямолинейная, спиральная, биспиральная и даже триспиральная у некоторых специальных ламп; наличие и состав газа, заполняющего колбу лампы; давление газа.

В качестве источников света для освещения промышленных предприятий в настоящее время применяются лампы накаливания и газоразрядные лампы. Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения и пока еще являются распространенными источниками света. Это объясняется следующими их достоинствами: они удобны в эксплуатации, не требуют дополнительных устройств для включения в сеть; у них мало времени разгорания, они просты в изготовлении.

Наряду с отмеченными достоинствами, лампы накаливания имеют и существенные недостатки: у них низкая световая отдача (для ламп общего назначения она составляет от 7 до 20 лм/Вт), сравнительно малый срок службы (до 1000 ч), в спектре преобладают желтые и красные лучи, что сильно отличает их спектральный состав от солнечного света, искажает цветопередачу и делает невозможным выполнение ряда работ.

Для освещения промышленных предприятий получили применение различные типы ламп накаливания: вакуумные (НВ), газонаполненные биспиральные (НБ), биспиральные с криптоно-ксеноновым наполнением (НБК).

За последние годы разработаны лампы накаливания с йодным циклом — йодные лампы. Наличие в колбе паров йода дает возможность повысить температуру накала спирали; образующиеся при этом пары вольфрама соединяются с йодом и вновь оседают на вольфрамовую спираль, препятствуя распылению вольфрамовой нити. Срок службы у этих ламп повышен до 3000 ч, световая отдача доходит до 30 лм/Вт.

Газоразрядные лампы — это приборы, в которых излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов, паров металла и их смесей.

Современные газоразрядные лампы имеют ряд преимуществ перед лампами накаливания. Основным преимуществом газоразрядных ламп является большая световая отдача — от 50 до 100 лм/Вт (натриевые до 100, люминесцентные до 75—80, ртутные высокого давления до 60, газовые сверхвысокого давления до 50 лм/Вт). Они имеют значительно больший срок службы, который у некоторых типов ламп достигает 8000—14 000 ч. От газоразрядных ламп можно получить световой поток практически в любой части спектра подбирая соответствующим образом инертные газы и пары металлов, в атмосфере которых происходит разряд.

Газоразрядные лампы имеют и ряд существенных недостатков. Безынерционность излучения газоразрядных ламп приводит к появлению пульсаций светового потока. При рассмотрении быстро движущихся или вращающихся деталей в пульсирующем потоке возникает стробоскопический эффект, который проявляется в искажении зрительного восприятия объектов различения (вместо одного предмета видны изображения нескольких, искажается направление и скорость движения). Пульсация светового потока ухудшает условия зрительной работы, а стробоскопический эффект ведет к увеличению опасности травматизма и делает невозможным успешное выполнение ряда производственных операций. Для стабилизации светового потока у большинства газоразрядных ламп необходимо последовательно включать балластное устройство в виде активного, емкостного или индуктивного сопротивления. Напряжение зажигания у газоразрядных ламп обычно значительно выше напряжения сети, поэтому для включения ламп приходится применять сложные пусковые приспособления.

Читайте также  Все виды обогревательных приборов

У некоторых типов ламп период разгорания может длиться до 10—15 мин. В течение этого периода изменяются электрические и светотехнические характеристики лампы. Газоразрядные лампы могут создавать радиопомехи, исключение которых также требует специальных устройств.

Самыми распространенными газоразрядными лампами являются люминесцентные, имеющие форму цилиндрической трубки. Внутренняя поверхность этой трубки покрыта тонким слоем люминофора, который служит для преобразования в видимый свет ультрафиолетового излучения, возникающего при электрическом разряде в парах ртути.

В зависимости от распределения светового потока по спектру путем применения разных люминофоров различают несколько типов ламп: дневного света (ЛД), дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ), холодного белого (ЛХБ), тепло-белого света (ОЛТБ) и белого цвета (ЛБ).

Лампы ДРЛ (дуговые ртутные люминесцентные) представляют собой ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью. Лампа состоит из кварцевой колбы (пропускающей ультрафиолетовые лучи), которая заполнена парами ртути при давлении 2—4 атм, с двумя электродами и внешней стеклянной колбы, покрытой люминофором (рис. 20).

Ксеноновые лампы представляют собой новый вид газоразрядных ламп, основанных на излучении дугового разряда в ксеноне. Такое излучение характеризуется интенсивным спектром в видимой области, распределение энергии в котором почти полностью соответствует солнечному излучению. Эти лампы можно применять только для освещения высоких цехов по согласованию с органами санитарной инспекции. Это ограничение вызвано чрезмерной долей ультрафиолетового облучения в спектре лампы. Новыми видами газоразрядных ламп являются галоидные, разряд которых происходит в парах галоидных солей, и натриевые лампы. Светоотдача этих ламп составляет 110—130 лм/Вт, они найдут в ближайшее время широкое применение благодаря высокой экономичности и отличной цветопередаче.

Для профилактического ультрафиолетового (эритемного) облучения применяются люминесцентные эритемные лампы в колбе из увиолевого стекла, пропускающего ультрафиолетовые лучи. Наша промышленность выпускает лампы типа ЛЭ, а также с внутренним отражающим слоем ЛЭР.

1 — ртутная кварцевая лампа высокого давления; 2 — внешняя стеклянная колба; 3 — люминофор

Источником бактерицидного излучения может служить любая ртутная лампа с колбой из кварца или увиолевого стекла, однако целесообразнее применять специальные бактерицидные лампы БУВ (бактерицидные, увиолевого стекла).

Галогенные (йодно-кварцевые) лампы накаливания

масса не более 7 г.

Электрическая лампа-вспышка однократного действия Бнешне похожа на обычную лампу накаливания. В колбе лампы, наполненной кислородом, содержится смятая алюминиевая фольга. При включении фольга, подожженная раскаленной нитью лампы, дает сильную световую вспышку. Цветовая температура вспышки у разных ламп находится в пределах 3400—3700 К. Свет, излучаемый лампой-вспышкой, желтее дневного, но синее света ламп накаливания.

Импульсные газоразрядные лампы (электронная вспышка) многократного действия получили самое широкое распространение. В настоящее время их используют при репортажных съемках на натуре для подсветки теневых участков объекта в солнечную погоду и создания светотени в пасмурную, для съемки портретов в условиях павильона.

При разрядной вспышке импульсные лампы излучают мощный световой поток, близкий по своему спектральному составу к дневному, с цветовой температурой около 6000 К. У разных видов импульсных ламп (Луч-63, Фил-10, Ленинград и др.) наблюдаются колебания цветовой температуры в пределах 5500—7000 К.

Лампы накаливания, лампы-вспышки и импульсные лампы являются источниками интенсивного излучения инфракрасных лучей. Так, у ламп накаливания с температурой накала спирали 3300° С на долю инфракрасных лучей приходится половина излучения, а при накале 2300° С — около 80%. У фотоламп наряду с увеличением интенсивности освещения в видимой части увеличивается и инфракрасная часть с максимумом длины волны 800— 850 нм. У обычных ламп накаливания максимум излучения около 900 нм.

Лампы-вспышки, особенно импульсные,— наиболее мощные источники инфракрасного излучения. Максимум излучения этих ламп совпадает или близок к максимуму чувствительности инфрахроматических материалов, применяемых в фотографии. Ведущие числа для ламп-вспышек и импульсных ламп находят путем опытной съемки для каждой инфрахроматической пленки и применяемого светофильтра.

Люминесцентные лампы, применяемые в фотографии, экономичны, имеют большой срок горения, позволяют получить рассеянное освещение различной цветности. На световое излучение люминофора накладываются монохроматические излучения ртутных паров в виде линий или узких полос. В результате спектр люминесцентной лампы получается смешанным: он состоит из непрерывного спектра, на котором выделяется линейчатый спектр. Видоизменяя состав люминофоров, можно получить лампы различного цветового свечения.

Цветовая температура люминесцентных ламп до некоторой степени является условной и не вполне точной характеристикой. Определяется она путем сравнения с источниками с известной цветовой температурой.

(рис. 10, в) и лампы теплого белого света (ЛТБ), спектр которых до некоторой степени близок к спектру ламп накаливания с цветовой температурой 2700—2800 К. (рис. 10, г).

Во избежание заметного действия ультрафиолетовых лучей на черно-белую пленку и появления синеватого оттенка на цветной следует воспользоваться защитными свой-

Еще большей коррекции требует съемка на обоих типах пленки при освещении лампами ЛХБ. Лампы ЛТБ вообще не подходят для цветной съемки. Лучшие результаты на пленке ДС будут получены при смешанном освещении попарно расположенными лампами ЛД и ЛБ. В этом случае их свет приближается к дневному солнечному. Лампы, в обозначение (шифр) которых добавлена буква Ц, предназначены для цветных съемок.

Съемка при свете люминесцентных ламп на черно-белой пленке не вызывает особых трудностей. Иное дело — съемка на цветной пленке. Этот вид съемки предусматривает подбор пленки, наиболее приближенной по балансу к цветовой температуре люминесцентных ламп.

При освещении лампами ЛД следует выбирать пленку дневного света ДС, а при освещении лампами ЛБ — пленку ЛН, хотя при печатании снимков в обоих случаях потребуется значительная коррекция. При съемке на обратимой цветной пленке необходимо использовать сильные конверсионные светофильтры.

В табл. 7 приведены ориентировочные значения цветовых температур искусственных источников света.

Лампы накаливания с йодным циклом

Стремление к повышению эффективности ламп накаливания привело к разработке и освоению ламп накаливания с вольфрамово- йодным циклом (галогенных ламп накаливания). Вольфрамо-йодный цикл заключается в диссоциации молекул йода, вводимого в колбу лампы, образовании йодистого вольфрама (WJ2) и его последующем распаде.

Пары йода за счет высоких температур в зоне, примыкающей к нити (t>1600°C), перемещаются к стенкам колбы лампы и образуют с частицами вольфрама, осевшими на колбе при распылении нити, йодистый вольфрам.

Рис. 2. Кривые распределение силы света

ламп накаливания с отражающим слоем

Если температура колбы превышает 250°С, то йодистый вольфрам остается в парообразном состоянии и постепенно диффундирует к нити лампы. В зоне высоких температур (Т = 1200°С) начинается процесс разложения йодистого вольфрама, частицы вольфрама оседают на нити лампы, а атомы йода вновь возвращаются к стенкам колбы. Таким образом, создается непрерывный цикл, в результате которого происходит регенерация вольфрамовой нити и увеличение продолжительности горения ламп.

Описание стенда

Лабораторный стенд предназначен для исследования светотехнических характеристик и электрических параметров ламп накаливания.

Ход работы

1. Собрать схему (рис. 3).

2. Уменьшая напряжение на лампе на 5,10,15,20,25% от номинального, люксметром замерить освещенность от лампы в данной точке.

3. По измеренной освещенности вычислить световой поток в данной точке. Результаты замеров и вычислений занести в таблицу.

4. Построить график зависимости светового потока от напряжения.

5. Ту же работу проделать с лампами разной мощности и построить график зависимости световой отдачи от напряжения.

6. Разобрать схему и составить отчет.

Рис. 3. Схема лабораторного стенда

Контрольные вопросы

1. Принцип работы лампы накаливания.

2. Понятия энергетической светимости, световой эффективности, спектрального коэффициента излучения.

3. Конструкция современных ламп накаливания.

4. Световые характеристики ламп накаливания: световой поток, световая отдача, цветность излучения.

5. Лампы накаливания с отражающим слоем: принцип работы, конструктивные особенности.

6. Лампы накаливания с йодным циклом: принцип работы, конструкция.

Содержание отчета

1. Название лабораторной работы.

3. Таблица замеров и вычислений.

4. Графики зависимостей световых характеристик, ламп накаливания от напряжения сети. Анализ полученных результатов. Выводы по работе.

Лабораторная работа № 2

Исследование процесса электрического разряда в газах

Цель работы. Ознакомиться со строением тлеющего разряда в люминесцентных лампах, исследовать вольтамперную характеристику разрядного источника света.

Оборудование и приборы:

1). комплект люминесцентных ламп;

4). лабораторный автотрансформатор регулировочный ЛАТР-2М;

5). люксметр Ю-116;

6). соединительные провода.

Объект исследования. Объектом исследования является люминесцентная лампа.

Общие сведения

Создание источника света, основанного не на источнике теплового излучения, было найдено при использовании люминесценции атомов и молекул вещества, возникающей при их

возбуждении энергией какого-либо вида. Люминесценция определена академиком Вавиловым как избыток излучения в какой-либо области спектра, по сравнению с тепловым излучением тела, с длительностью свечения не менее 10 –10 секунд.

В современных разрядных лампах используется излучение электрического разряда в газах или парах металлов (электролюминесценция).

В отличие от теплового излучения твердых тел, имеющего непрерывный спектр, излучение газового разряда дает линейчатый спектр, зависящий от рода газа или паров металла, наполняющих лампу.

Если запаянную с обоих концов трубку (колбу) наполнить инертным газом или небольшим количеством металла с высокой упругостью паров, например ртутью, и по концам трубки расположить электроды, приложив к ним определенную разность потенциалов, то электрическое поле, возникающее между электродами, начнет воздействовать на свободные электроны и ионы, всегда присутствующие в газах. В результате этого воздействия возникает перемещение электронов к аноду, а ионов-к катоду, т.е. появляется электрический ток.

Читайте также  Ремонт светильника дневного света своими руками

По мере увеличения напряжения на электродах скорость перемещения частиц увеличивается, электроны получают достаточную кинетическую энергию для ионизации встречающихся на их пути атомов газа, появляются новые электроны и ионы, процесс нарастает и электрический ток увеличивается.

Вследствие относительно малой скорости переноса ионов последние группируются у катода, образуя объемный положительный заряд, в то время как более подвижные электроны быстро переносятся к аноду.

В результате вдоль трубки возникает неравномерное распределение потенциала с большим градиентом потенциала у катода и малым – у анода.

Под действием большой разности потенциалов, возникающей у катода, ионы получают значительное ускорение и ударом о катод освобождают с его поверхности новые электроны, которые в свою очередь становятся источниками ионизации. Таким образом, устанавливается независимый от внешних ионизаторов процесс, сопровождающийся свечением. Такой разряд именуется тлеющим разрядом.

Напряжение, которое необходимо приложить к лампе для возбуждения электрического разряда, принято называть напряжением зажигания. Величина напряжения зажигания зависит от ряда причин, основными из которых являются: материал и свойства катода, диаметр колбы и расстояние между электродами.

Строение тлеющего разряда и распределение яркости свечения вдоль трубки показано на рис. 1.

Непосредственно у анода возникает положительное свечение, •занимающее значительную часть трубки 1, за ним следует темный участок – фарадеево пространство 2. За фарадеевым пространством возникает отрицательное свечение 3, отделенное от катода темным участком – круксовым пространством 4. Вблизи катода расположена небольшая область катодного свечения 5.

Рис. 1. Строение тлеющего разряда

и распределение яркости вдоль трубки

Основным источников световых излучений тлеющего разряда является область положительного свечения, граница которой с ростом давления газа приближается к катоду.

При дальнейшем увеличении тока цепи лампы процесс бомбардировки катода усиливается. Под действием интенсивной бомбардировки катод накаляется и возникает термоэлектронная эмиссия.

Падение потенциала у катода при тлеющем разряде составляет от 100 до 300 В. При возникновении термоэлектронной эмиссии катодное падение резко уменьшается и возникает дуговой разряд, характеризуемый малым катодным падением потенциала — примерно 10 В.

Зависимость напряжения на лампе от тока в ее цепи – вольт-амперная характеристика лампы изображена на рис. 2.

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика разрядного источника

Как видно из графика, при некотором значении напряжения, соответствующем напряжению зажигания, возникает электрический разряд (темный разряд).

Дальнейшее увеличение тока вызывает сначала увеличение напряжения на лампе, а затем резкое падение, соответствующее возникновению дугового разряда.

GardenWeb

Электрические источники света

Основным элементом осветительной электроустановки является источник света — лампа, преобразующая электрическую энергию в световую (световое излучение). Различают лампы по мощности, напряжению, световому потоку, конструктивному исполнению, размерам, газовому наполнению, светоотражающей и светопропускающей способности баллонов и т. д. Наиболее распространены лампы накаливания и газоразрядные. В первых лампах тело накала нагревается проходящим через него электрическим током (тепловые), во вторых — свечением газов или паров металлов при пропускании через них электрического тока (газоразрядные).

Массовым источником света продолжают оставаться лампы накаливания, имеющие недостатки — низкую экономичность и относительно малый срок службы. Работающие на принципе теплового излучения, они имеют кпд преобразования электроэнергии в видимый свет, не превышающий 4%, остальная часть расходуется на тепловые потери и невидимые излучения.

В лампах накаливания (рис. 2, а) телом накала является вольфрамовая нить, свитая в спираль и нагреваемая до высокой температуры электрическим током, при этом в зависимости от конструкции спирали лампы изготовляют моноспиральными и биспиральными. Лампы выпускают вакуумными (с выкачанным воздухом из колбы) и газонаполненными. Более экономичны лампы, баллоны которых наполнены инертным газом (криптоном, аргоном в смеси с азотом, ксеноном, в среде которых вольфрамовая нить не окисляется).

Экономичность лампы определяется не только световой отдачей, но и температурой вольфрамовой нити, свернутой в спираль. Чем короче и большего диаметра нить, тем выше температура ее нагрева, а следовательно, и экономичность, поэтому биспиральные лампы экономичнее ламп с простой спиралью. При продолжительной работе лампы нить накала, постепенно испаряясь, уменьшается в диаметре, пока не перегорит. Чем нити, тем больше света излучает лампа, но и срок ее службы сокращается, поэтому рабочая температура нагрева нити, при которой происходит преобразование электрической энергии в энергию видимых излучений, 2600 — 2700 °С (температура плавления вольфрама 3200 — 3400 °С).

Заполнение колбы лампы инертным газом позволяет повысить рабочую температуру нити, поскольку газ, находясь под давлением, препятствует ее испарению. На кпд ламп влияет вид газового наполнителя. У большинства ламп колба заполнена смесью аргона с азотом. При заполнении колб криптоном и ксеноном (более тяжелыми газами) повышается световая отдача ламп (более 8%), например, светоотдача криптоновой лампы мощностью 40 Вт на напряжение 220 В выше обычной лампы той же мощности на 13%. Еще большую светоотдачу имеют галогенные лампы накаливания (лампы с йодным циклом), у которых вольфрамовая нить работает в парах йода. Йодный цикл представляет собой непрерывный процесс восстановления парами йода вольфрамовой нити и повышение температуры накала. Светоотдача растет с мощностью ламп, например, для ламп на 220 В мощностью 15 Вт она составляет 7 лк/Вт, а мощностью 1500 Вт — 19,3 лк/Вт.

Кроме экономичности лампа характеризуется сроком ее службы, зависящим от стабильности номинального напряжения, механических воздействий (толчки, сотрясения), температуры окружающей среды и т. д. Срок службы лампы определяется средним числом часов горения (обычно 1000) для партии ламп (перегорание отдельных ламп может происходить по случайным причинам).

Основной тип ламп — лампы общего назначения, которые изготовляют на напряжение 127 и 220 В мощностью от 15 до 1500 Вт. Выпускают и специальные лампы — зеркальные, с диффузным отражающим слоем, прожекторные, местного освещения и др., которые здесь не рассматриваются. Лампы имеют буквенное обозначение : В (вакуумная), Г (газонаполненная — моноспиральная аргоновая), БК (биспиральная криптоновая). Для ламп со светорассеивающими колбами добавляют буквенные обозначения — МТ (матированная), МЛ (молочная), О (опаловая), для ламп местного освещения — МО (местное освещение), Д (диффузно отражающее покрытие колбы), 3 (зеркальное покрытие колбы).

При нестабильном или постоянно повышенном напряжении сети рекомендуется применять лампы с маркировкой на куполе стеклянной колбы 230—240 и 235 — 245 В, а при стабильном напряжении сети (127 и 220 В)— лампы с маркировкой 125-135, 215-225 и 220-230 В.

Газоразрядные источники света отличаются от тепловых высоким кпд и световой отдачей, большим сроком службы и цветностью излучения. Однако если лампы накаливания можно непосредственно включать в сеть напряжением, равным рабочему напряжению лампы, то газоразрядные лампы — только с помощью специального прибора — пускорегулирующего аппарата (ПРА), в котором теряется 20—30% электроэнергии. Осветительные установки с газоразрядными лампами сложнее установок с лампами накаливания как в монтаже, так и в эксплуатации. Все же из-за высокой световой отдачи и спектрального состава, близкого к составу естественного освещения, газоразрядные лампы часто вытесняют лампы накаливания. Если световой кпд ламп накаливания составляет от 1,6 до 3%, то газоразрядных ламп — 7 %, а световая отдача — соответственно для мощных ламп накаливания 20 лм/Вт (со снижением до 7 лм/Вт для ламп мощностью до 60 Вт), для газоразрядных ламп более 40 лм/Вт.

Газоразрядные лампы имеют следующие особенности: – требуется некоторое время (от 5 с до 3—10 мин) для их зажигания; – загораются и гаснут в сети переменного тока 100 раз в секунду; – возможен стробоскопический эффект (вращающиеся предметы кажутся неподвижными либо вращающимися в обратную сторону), устраняемый специальными мерами, предусмотренными в схемах проекта; – создают (лампы, включенные в электрическую сеть) помехи радиоприему, снижаемые конденсаторами и другими мерами, предусматриваемыми в схемах; – возникают дополнительные потери электроэнергии (из-за применения ПРА).

Газоразрядные источники света разделяют на люминесцентные лампы низкого давления (J1J1) и люминесцентные дуговые ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью (ДРЛ). Кроме того, выпускают дуговые ксеноновые трубчатые лампы ДКсТ, ртутные с йодитами ДРИ и натриевые трубчатые ДНаТ.

Люминесцентная лампа ЛЛ (рис. 1,б) представляет собой цилиндрическую стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта тонким равномерным слоем особого состава — люминофором, способным в определенных условиях светиться. На концах трубки находятся вольфрамовые биспиральные электроды, концы которых присоединены к четырем штырькам. Внутри лампа заполнена смесью паров ртути и инертного газа (аргон или смесь аргона с криптоном с дозированной каплей ртути). При включении в электрическую сеть в лампе образуются пары ртути и возникает свет, близкий к дневному. Получение светового потока необходимой цветности достигается выбором люминофора. Люминесцентные лампы по цветности излучения могут быть белые ЛБ, холодно-белые ЛХБ, тепло-белые ЛТБ, дневные ЛД и дневные улучшенной цветности ЛДЦ.

Люминесцентные лампы низкого давления в 2,5 —3 раза экономичней ламп накаливания. Их изготовляют на напряжение 127 В мощностью 15 и 20 Вт, на напряжение 220 В — мощностью 30, 40, 65 и 80 Вт. Светоотдача этих ламп примерно в 4—5 раз выше, чем у ламп накаливания.

Срок службы — не менее 12000 ч. Световой поток лампы к концу срока службы снижается до 60%.

Лампа ДРЛ (рис. 1, в) представляет собой ртутно-кварцевую лампу с резьбовым цоколем, заключенную в баллон из термостойкого стекла, покрытый люминофором, и состоящую из колбы, выполненной из кварцевого стекла, в которую впаяны электроды. Внутри кварцевой лампы содержатся пары ртути, а пространство между колбой и баллоном заполняется инертным газом. Действие лампы основано на излучении света при электрическом разряде в парах ртути, находящихся под высоким давлением. Лампы ДРЛ в 2,5 раза экономичней ламп накаливания той же мощности. Их изготовляют на напряжение 220 В мощностью 80, 125, 250 400, 700 и 1000 Вт. Светоотдача этих ламп составляет от 40 до 55 лм/Вт, срок службы — 7000 ч. Световой поток лампы к концу срока службы снижается до 30%. Лампы зажигаются и горят при напряжении не ниже 85% номинального, и их горение почти не зависит от температуры окружающей среды. В электрическую сеть лампы ДРЛ включают с помощью ПРА.

Читайте также  Перепайка светодиодов в лампе

Виды ламп

Источниками света в системе электрического освещения являются устройства, в которых электрическая энергия преобразуется в световую. К ним относятся лампы накаливания, люминесцентные, ртутно-кварцевые с исправленной цветностью, металлогалогенные, ксеноновые и натриевые лампы.

Лампы накаливания . Лампы имеют стеклянную колбу, диаметр которой определяется мощностью лампы. Колбы изготавливают из прозрачного матированного, матированного, опалового или «молочного» стекла. Колба укрепляется в цоколе резьбового, штифтового или фокусирующего исполнения.

Внутри колбы на молибденовых подвесках подвешивается тело накала или излучатель, выполненное в виде спирали из тугоплавкого вольфрама, имеющего температуру плавления 3600oС. Нити накала могут иметь двойную спираль. Нормальные осветительные лампы малой мощности (40 – 60 Вт) выполняются вакуумными, более мощные наполняются смесью инертных газов (аргона и азота) или криптоном. Это позволяет иметь более высокую температуру накала нити.

Основными характеристиками лампы накаливания являются:

— номинальная мощность, потребляемая из сети;

экономические характеристики: срок службы (средняя продолжительность горения) – 1000 часов и выше.

Лампы накаливания для рабочего освещения рассчитаны на напряжения 220 и 36 В (для опасных помещений). Автомобильные и тракторные лампы выпускаются на напряжения 6, 12 и 24 В.

Мощность ламп для освещения выбирается из ряда 15, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 200, 300, 500, 1000 Вт.

Световой поток находится в прямой зависимости от мощности и температуры нити накала. В процессе горения лампы происходит постепенное распыление вольфрама, что приводит к уменьшению диаметра нити накала и увеличению ее сопротивления и, следовательно, к уменьшению ее мощности и светового потока. У ламп, горевших 75% срока службы, допускается уменьшение светового потока до 20%.

Световая отдача ламп растет с увеличением их мощности. С целью получения направленного светового потока, выпускаются лампы с отражающим светом . Часть внутренней поверхности колбы покрывают зеркальным или диффузным отражающим слоем из серебра или алюминия со стороны цоколя.

Получили распространение кварцевые лампы накаливания с йодным (галогенным) циклом . В этих лампах в кварцевую колбу вводится дозированное количество йода, который оседает на внутренней поверхности колбы. Во время горения лампы частицы вольфрама, отрываясь от раскаленной нити накала, оседают на стенках колбы и соединяются с йодом. При этом образуется йодид вольфрама, распадающийся в зоне высоких температур на йод и вольфрам. Частицы йода возвращаются к стенкам колбы, а вольфрам – к нити накала. Срок службы галогенных ламп увеличивается в два раза по сравнению с обычными лампами накаливания. Повышаются и другие характеристики ламп.

Газоразрядные источники излучения . К газоразрядным (газосветным) источникам света относятся газосветные лампы, электродосветные лампы и люминесцентные лампы. В газоразрядных лампах в процессе электрического разряда происходит излучение газа или паров металла; в электродосветных лампах используется излучение раскаленных при разряде электродов; в люминесцентных лампах в качестве источника излучения используется люминофор, возбуждаемый электрическим разрядом в газе.

Наибольшее распространение получили лампы, в которых в качестве источника света используется разряд в парах ртути. В процессе работы в лампах развивается давление, от величины которого лампы делят на лампы низкого давления до 0,01 МПа, высокого давления до 1 МПа и сверхвысокого давления свыше 1 МПа.

Люминесцентные лампы . В люминесцентных лампах в качестве излучателя применяется люминофор, представляющий собой порошок белого цвета, способный светиться под действием ультрафиолетового излучения. Люминесцентные лампы относятся к лампам низкого давления. В зависимости от цветности и назначения выпускаются лампы следующих типов: ЛБ – лампа белого света, ЛД – лампа дневного света, ЛДЦ – лампы улучшенной цветности, ЛТБ – лампа тепло-белого света, ЛХБ – лампа холодно-белого света. Мощность ламп от 20 до 150 Вт. Люминесцентные лампы имеют светоотдачу в 4–6 раз больше, лампы накаливания такой же мощности.

На рис. 5.1 показана люминесцентная лампа и схема ее включения. Слой люминофора наносится на внутреннюю поверхность колбы, выполненной в виде трубки 5 (рис. 5.1, а). Трубке можно придавать любую конфигурацию. У торцов трубки расположены спиральные вольфрамовые электроды 4, которые крепятся к стеклянной ножке 3. Электроды 4 припаиваются к штырькам 1, являющимися выводами лампы. Штырьки 1 установлены в цоколе 2. После откачки воздуха под небольшим давлением (6*10 -3 – 10*10 -3 ) в трубку вводятся аргон и дозированное количество ртути (30–80 мГ). Аргон уменьшает распыление оксидного покрытия электродов 4 и облегчает зажигание разряда внутри лампы при ее включении.

Рис. 5.1. Люминесцентная лампа : а – общий вид; б – схема включения; 1 – штырек; 2 – цоколь; 3 – стеклянная ножка; 4 – электрод; 5 – колба; EL – обозначение лампы; LL – дроссель; SK – тепловое реле; С, С2 – конденсатор

Для нормальной работы лампы применяется пускорегулирующая аппаратура – пускатель (стартер), дроссель и конденсатор, которые устанавливаются в светильнике вместе с лампой. В светильнике имеются гнезда для установки штырьков лампы. Имеются бесстартерные люминесцентные лампы.

Стартер служит для автоматического зажигания лампы при ее включении (рис. 5.1, б). Он состоит из теплового реле SK, имеющего два электрода, размещенных в баллоне, наполненном неоном.

Дроссель LL необходим для облегчения зажигания и обеспечения устойчивости горения лампы. При отсутствии дросселя возникающий в лампе разряд может увеличить проводимость в трубке и привести к недопустимому возрастанию тока.

Конденсатор С, включенный параллельно стартеру, уменьшает радиопомехи, возникающие при срабатывании контактов стартера. Конденсатор С2 применяется для компенсации реактивной мощности дросселя.

При включении люминесцентной лампы EL в сеть между электродами стартера возникает тлеющий разряд, нагревающий биметаллический электрод стартера. Этот электрод, изгибаясь, соединяет между собой последовательно электроды лампы и по ним начинает протекать ток, нагревающий их до температуры 800–900 оС. По мере разогрева лампы находящаяся внутри ртуть испаряется. Вследствие возникновения термоэлектронной эмиссии из электродов вылетают электроны, которые образуют ртутно-электронные облачка вокруг каждого электрода. При соприкосновении электродов стартера исчезает тлеющий разряд. Биметаллический электрод начинает остывать и через некоторое время цепь электродов лампы размыкается. В дросселе оказывается запас энергии. ЭДС самоиндукции дросселя и напряжение сети вызывают зажигание лампы.

В результате прохождения тока между электродами пары ртути ионизируются и испускают ультрафиолетовое излучение, действующее на люминофор, что заставляет его излучать видимый свет.

Выпускаются люминесцентные рефлекторные лампы, предназначенные для эксплуатации в условиях повышенной запыленности. В них около 0,7% внутренней поверхности трубки под слоем люминофора покрыто диффузно отражающим слоем металла. Весь световой поток излучается в направлении выходного окна. Сила света при выходе из выходного окна до 80% выше, чем у обычных люминесцентных ламп. Такие лампы используются в светильниках без отражателей.

Срок службы люминесцентных ламп составляет более 12000 час.

Недостатком люминесцентных и всех газоразрядных ламп является то, что их световой поток пульсирует с двойной частотой тока сети. Может возникнуть стробоскопический эффект. Для устранения этого эффекта газоразрядные лампы применяют двухламповые схемы, у которых световые потоки находятся в противофазе.

Дуговые ртутные лампы (ДРЛ) . Лампы ДРЛ относятся к лампам высокого давления с исправленной цветностью. Они обладают высокой светочувствительностью (50-60 лм/Вт), большим сроком службы (до 20 000 час).

Рис. 5.2. Лампа ДРЛ : а – общий вид; б – схема включения; 1 – колба; 2 – горелка; 3 – основной электрод; 4 – цоколь; 5 – резистор; 6 – дополнительный электрод; 7 – слой люминофора; EL – лампа; LL – дроссель; R1, R2 – резисторы

Колба лампы 1 (рис. 5.2, а) имеет эллипсоидную форму, выполнена из термостойкого стекла и изнутри покрыта слоем люминофора 7, предназначенного для исправления цветности. Колба лампы приклеивается к цоколю 4. Внутри колбы расположена горелка 2 в виде трубки из кварцевого стекла с основными 3 и дополнительными электродами 6, впаянными в торцы. Электроды выполнены из вольфрама. Дополнительные электроды подключены к основным через токоограничивающие резисторы 5 на противоположных торцах горелки. Внутри горелки находится аргон и дозированное количество ртути. Для стабилизации свойств люминофора полость колбы 1 заполнена углекислым газом.

Лампа ДРЛ (EL) включается в сеть в соответствии с рис. 5.2, б. При включении лампы между основными и дополнительными электродами возникает разряд, ионизирующий газ в горелке, что способствует возникновению разряда между главными электродами. После зажигания лампы разряд между основными и вспомогательными электродами прекращается. Дроссель LL применяется для ограничения тока разряда и стабилизации его при отклонениях напряжения в допустимых пределах. Резисторы R1, R2ограничивают ток.

Лампы могут работать в широком диапазоне температур окружающей среды (от -40 до +80 оС).