Источники света лампы накаливания с йодным циклом

Лампы накаливания с йодным циклом

Стремлениек повышению эффективности ламп накаливанияпривело к разработке и освоению лампнакаливания с вольфрамово- йоднымциклом (галогенных ламп накаливания).Вольфрамо-йодный цикл заключается вдиссоциации молекул йода, вводимого вколбу лампы, образовании йодистоговольфрама (WJ2)и его последующем распаде.

Парыйода за счет высоких температур в зоне,примыкающей к нити (t>1600°C), перемещаютсяк стенкам колбы лампы и образуют счастицами вольфрама, осевшими на колбепри распылении нити, йодистый вольфрам.

Рис. 2. Кривыераспределение силы света

ламп накаливанияс отражающим слоем

Еслитемпература колбы превышает 250°С, тойодистый вольфрам остается в парообразномсостоянии и постепенно диффундирует книти лампы. В зоне высоких температур(Т = 1200°С) начинается процесс разложенияйодистого вольфрама, частицы вольфрамаоседают на нити лампы, а атомы йода вновьвозвращаются к стенкам колбы. Такимобразом, создается непрерывный цикл, врезультате которого происходитрегенерация вольфрамовой нити иувеличение продолжительности горенияламп.

Описание стенда

Лабораторныйстенд предназначен для исследованиясветотехнических характеристик иэлектрических параметров ламп накаливания.

Ход работы

1. Собрать схему(рис. 3).

2.Уменьшая напряжение на лампе на5,10,15,20,25% от номинального, люксметромзамерить освещенность от лампы в даннойточке.

3.По измеренной освещенности вычислитьсветовой поток в данной точке. Результатызамеров и вычислений занести в таблицу.

4. Построить графикзависимости светового потока отнапряжения.

5.Ту же работу проделать с лампами разноймощности и построить график зависимостисветовой отдачи от напряжения.

6. Разобрать схемуи составить отчет.

Рис.3. Схема лабораторного стенда

Таблица

Тип лампы

Мощность Р(Вт)

Е,(лк)

Ф, (лм)

Контрольные вопросы

1. Принцип работылампы накаливания.

2. Понятияэнергетической светимости, световойэффективности, спектрального коэффициентаизлучения.

3. Конструкциясовременных ламп накаливания.

4. Световыехарактеристики ламп накаливания:световой поток, световая отдача, цветностьизлучения.

5. Лампы накаливанияс отражающим слоем: принцип работы,конструктивные особенности.

6. Лампы накаливанияс йодным циклом: принцип работы,конструкция.

отчета

1. Названиелабораторной работы.

2. Цель работы.

3. Таблица замерови вычислений.

4.Графики зависимостей световыххарактеристик, ламп накаливания отнапряжения сети. Анализ полученныхрезультатов. Выводы по работе.

Лабораторнаяработа № 2

Исследованиепроцесса электрического разряда в газах

(2 часа)

Цельработы. Ознакомитьсясо строением тлеющего разряда влюминесцентных лампах, исследоватьвольтамперную характеристику разрядногоисточника света.

Оборудование иприборы:

1).комплект люминесцентных ламп;

2).вольтметр;

3).микроамперметр;

4).лабораторный автотрансформаторрегулировочный ЛАТР-2М;

5).люксметр Ю-116;

6).соединительные провода.

Объектисследования. Объектомисследования является люминесцентнаялампа.

Общие сведения

Созданиеисточника света, основанного не наисточнике теплового излучения, былонайдено при использовании люминесценцииатомов и молекул вещества, возникающейпри их

В современныхразрядных лампах используется излучениеэлектрического разряда в газах илипарах металлов (электролюминесценция).

В отличие оттеплового излучения твердых тел, имеющегонепрерывный спектр, излучение газовогоразряда дает линейчатый спектр, зависящийот рода газа или паров металла, наполняющихлампу.

Если запаянную собоих концов трубку (колбу) наполнитьинертным газом или небольшим количествомметалла с высокой упругостью паров,например ртутью, и по концам трубкирасположить электроды, приложив к нимопределенную разность потенциалов, тоэлектрическое поле, возникающее междуэлектродами, начнет воздействовать насвободные электроны и ионы, всегдаприсутствующие в газах. В результатеэтого воздействия возникает перемещениеэлектронов к аноду, а ионов-к катоду,т.е. появляется электрический ток.

По мере увеличениянапряжения на электродах скоростьперемещения частиц увеличивается,электроны получают достаточнуюкинетическую энергию для ионизациивстречающихся на их пути атомов газа,появляются новые электроны и ионы,процесс нарастает и электрический токувеличивается.

Вследствиеотносительно малой скорости переносаионов последние группируются у катода,образуя объемный положительный заряд,в то время как более подвижные электроныбыстро переносятся к аноду.

Врезультате вдоль трубки возникаетнеравномерное распределение потенциалас большим градиентом потенциала у катодаи малым – у анода.

Поддействием большой разности потенциалов,возникающей у катода, ионы получаютзначительное ускорение и ударом о катодосвобождают с его поверхности новыеэлектроны, которые в свою очередьстановятся источниками ионизации. Такимобразом, устанавливается независимыйот внешних ионизаторов процесс,сопровождающийся свечением. Такойразряд именуется тлеющимразрядом.

Напряжение,которое необходимо приложить к лампедля возбуждения электрического разряда,принято называть напряжениемзажигания.Величина напряжения зажигания зависитот ряда причин, основными из которыхявляются: материал и свойства катода,диаметр колбы и расстояние междуэлектродами.

Строение тлеющегоразряда и распределение яркости свечениявдоль трубки показано на рис. 1.

Непосредственноу анода возникает положительное свечение,•занимающее значительную часть трубки1, за ним следует темный участок –фарадеево пространство 2. За фарадеевымпространством возникает отрицательноесвечение 3, отделенное от катода темнымучастком – круксовым пространством 4.Вблизи катода расположена небольшаяобласть катодного свечения 5.

Рис. 1. Строениетлеющего разряда

ираспределение яркости вдоль трубки

Основным источниковсветовых излучений тлеющего разрядаявляется область положительногосвечения, граница которой с ростомдавления газа приближается к катоду.

Падение потенциалау катода при тлеющем разряде составляетот 100 до 300 В. При возникновениитермоэлектронной эмиссии катодноепадение резко уменьшается и возникаетдуговой разряд, характеризуемый малымкатодным падением потенциала — примерно10 В.

Зависимостьнапряжения на лампе от тока в ее цепи –вольт-амперная характеристика лампыизображена на рис. 2.

Рис. 2. Вольт-ампернаяхарактеристика разрядного источника

Как видно изграфика, при некотором значениинапряжения, соответствующем напряжениюзажигания, возникает электрическийразряд (темный разряд).

Источник: https://StudFiles.net/preview/4387857/page:6/

Источники искусственного производственного освещения

В помещениях используются газоразрядные лампы и лампы накаливания, которые при искусственном освещении являются основными источниками света.

Физической основой газоразрядных ламп, которые излучают энергию в видимом диапазоне, является электрический разряд в газах. В результате этого их часто называют разрядными лампами.

Этот вид ламп более предпочтителен в системе искусственного освещения, потому что обладают высокой световой отдачей и продолжительным сроком службы. Газоразрядные лампы имеют световой поток, близкий к естественному освещению.

По источнику света они делятся на несколько видов:

1. Лампы люминесцентные. От слоя люминофора, который покрывает лампу, свет выходит наружу;
2. Лампы газосветные. Свет выходит от газового разряда;
3. Лампы электродосветные. С помощью газового разряда происходит свечение электродов.

Различают их и по величине давления:

1. Лампы высокого давления – ГРЛВД;
2. Лампы низкого давления – ГРЛНД.

Газоразрядные люминесцентные лампы внешне представляют собой цилиндрическую стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой имеет тонкий слой люминофора. Задача этого слоя – ультрафиолетовое излучение газового электрического разряда преобразовать в видимый свет. Лампы создают различный спектральный состав света, что зависит от люминофора, и имеют дневной свет, холодный белый свет, теплый белый свет, белый свет.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Кроме ламп низкого давления, в производственном освещении широко применяются газоразрядные лампы высокого давления. К ним относятся дуговые ртутные люминисцентные лампы, дуговые ртутные с йодидами, дуговые ксеноновые трубчатые. Все эти лампы, как правило, используются для освещения территорий предприятия.

Несмотря на свои недостатки, газоразрядные лампы вытесняют лампы накаливания и широко используются для освещения общественных мест, магазинов, офисов, пешеходных зон, для освещения театров, кино, эстрады и др.

Лампы накаливания

Лампы накаливания, как и газоразрядные, тоже используются в качестве источников освещения производственных помещений.

В этом электрическом источнике света светящимся телом является накал-проводник, который нагревается до высокой температуры протеканием по нему электрического тока. Изготавливается тело накала исключительно из вольфрама и его сплавов, в то время как ещё в первой половине $XX$ века материалом для его производства было углеродное волокно.

Лампы наливания могут быть разных типов – вакуумные, газонаполненные, биспиральные с использованием вольфрамовой проволоки. Есть лампы-светильники – это класс ламп с зеркальным отражателем. Колебания напряжения в сети действуют на них отрицательно, в связи с их большой чувствительностью, что снижает срок их работы.

Замечание 1

Лампы накаливания имеют большую историю, насчитывающую $120$-летний период, за который было создано огромное их количество от миниатюрных – для карманных фонариков, до мощных прожекторных ламп. Для работы этого типа ламп хорошо подходит как переменный, так и постоянный ток. Срок их службы при работе $8$ часов в день составляет $3$-$5$ месяцев.

Лучший спектральный состав света имеют лампы накаливания с йодным циклом, а с учетом хороших экономических характеристик они получают большое распространение.

В освещении производственных помещений значительную роль играет правильно выбранный светильник. Светильник представляет собой совокупность источника света и осветительной арматуры. Светильники перераспределяют световой поток источников света в нужных направлениях. Кроме этого они защищают лампы от воздействия внешней среды. Это функциональное их назначение.

Различаются светильники:

1. По распределению светового потока – есть светильники прямого, рассеянного, отраженного света;
2. По конструктивному исполнению они могут быть открытые, закрытые, пыле- и влагонепроницаемые, взрывозащищенные.

Используются они как для местного, так и для общего освещения. В принципе, те производственные помещения, где персонал находится постоянно, должны иметь естественное освещение, искусственное освещение используют в темное время года, суток.

Совместное освещение применяют при выполнении работ наивысшей точности.

Замечание 2

Все рабочие места и производственные помещения на предмет освещенности необходимо контролировать не реже одного раза в год, а фактическая их освещенность выше нормируемой или равной ей, значительно чаще. Норма освещенности определяется по таблицам СНиП 23-05-95.

Расчет искусственного освещения

Замечание 3

Довольно часто в производственных условиях появляется необходимость произвести расчет искусственного освещения, чтобы проверить его соответствие нормам по охране труда. Второй необходимостью может быть разработка новой системы под какой-то конкретный вид работ.

Для проверки соответствия необходимо измерить фактический уровень и сравнить его с нормативным уровнем освещенности. Если же проектируется новый источник, то необходимо определиться с системой освещения, типом источника, установить требуемую освещенность по нормам.

В дальнейшем рассчитывается число ламп или светильников, необходимых для её обеспечения

Для расчета искусственного освещения используют целый ряд методов:

Метод точечный. С помощью этого метода можно определить, насколько освещена плоскость в любой из рассчитываемых точек, а вычисление производится по отношению к каждому источнику отдельно. Данный способ требует большой внимательности и аккуратности, потому что является достаточно трудоёмким.

Менее точным, но наиболее простым является метод-ватт. В связи с простотой его применяют для ориентировочных расчетов. С помощью метода определяется мощность каждой лампы с целью обеспечения нормируемой освещенности помещения. Для этого используется формула: Pл = PS/N,

Где Pл – мощность одной лампы (Вт);

P – удельная мощность (Вт/м. кв);

S – площадь помещения (м. кв);

N – число ламп в осветительной установке.

Удельная мощность зависит от таких показателей как:

1. Величина нормативной освещенности;
2. Площадь помещения;
3. Высота помещения;
4. Размещение и тип светильника;
5. Коэффициент запаса.

Данные удельной мощности приводятся в таблицах и меняются в больших пределах, например, освещенность до $200$ лк вызовет изменения от $8$ до $28$ Вт/м. кв.

Метод профессора А.А. Труханова при расчете осветительных установок с направленным светом, дает наибольшую точность и называется графическим методом. Расчет в данном случае ведется по номограммам.

При расчете общего равномерного освещения помещений чаще всего применяется метод коэффициента использования светового потока. Метод учитывает не только прямой свет от светильника, но и отраженный свет от стен и потолка. Общая формула, по которой рассчитывается световой поток, выглядит так: F = (Eмин x S x Kз x z)/(n x η),

Где:

F – световой поток (для одной или нескольких ламп);

Eмин – освещенность по нормативу (лк);

Кз – коэффициент запаса, в зависимости от загрязненности помещения и типа ламп;

Z – поправочный коэффициент, учитывающий превышающие нормативы;

n – число светильников;

S – площадь помещения (м.кв);

Коэффициент использования светового потока – η.

Он является величиной справочной, зависит от вида светильника, размеров помещения, а также от коэффициента отражения материалов – стены, пол, потолок.

Источник: https://spravochnick.ru/bezopasnost_zhiznedeyatelnosti/proizvodstvennoe_osveschenie_ego_vidy/istochniki_iskusstvennogo_proizvodstvennogo_osvescheniya/

Принцип действия и устройство галогенных ламп

Тело накала галогенных ламп накаливания изготавливают из специальных марок вольфрамовой проволоки, преимущественно в виде спирали, которой в лампе с помощью электродов и держателей придается необходимая форма.

Принцип действия галогенных ламп накаливания заключается в образовании на стенке колбы летучих соединений — галогенидов вольфрама, которыеиспаряются со стенки, разлагаются на теле накала и возвращают ему, таким образом, испарившиеся атомы вольфрама.

Галогенная добавка в лампах накаливания с вольфрамовым телом накала вызывает замкнутый химический цикл. Йодно-вольфрамовый цикл препятствует осаждению вольфрама на колбе, но не обеспечивает возвращение его частиц в дефектные участки тела накала.

Поэтому механизм перегорания тела накала в йодных лампах остается таким же, как и в обычных лампах накаливания.

Применение йода в галогенных лампах накаливания выявило некоторые его недостатки: агрессивность по отношению к металлическим деталям, трудность дозировки, некоторое поглощение излучения в желто-зеленой области. Другие галогены (бром, хлор, фтор), будучи более агрессивными, в чистом виде не могут его заменить. В настоящее время в большинстве галогенных ламп накаливания применяют химические соединения галогенов СН,Вг (бромистый метил) и СН2Вг2 (бромистый метилен).

Чистый бром выделяется в зонах с температурой выше 1500 °С. Для галогенных ламп накаливания с, большим сроком службы применяют СН3Вг, полагая, что таким путем вводится некоторый избыток водорода, компенсирующий его утечку через горячую кварцевую колбу. По сегодняшний день продолжается работа по подбору новых летучих соединений галогенов.

Установлено, что йодно-вольфрамовый цикл не происходит в лампе, абсолютно свободной от кислорода, однако, введение в галогенные лампы накаливания кислорода способствует появлению вредного для ламп водяного цикла, как и в обычных лампах накаливания.

Длинные линейные галогенные лампы накаливания имеют недостатки: их невозможно долго эксплуатировать в наклонном или вертикальном положении, так как при этом галогенные добавки и инертный газ отделяются друг от друга и регенеративный цикл прекращается. Из-за высокой стоимости кварца и недостаточной технологичности галогенных ламп накаливания, они пока еще дороги.

Галогенные лампы накаливания по сравнению с обычными лампами имеют более стабильный по времени световой поток и, следовательно, повышенный полезный срок службы, а также значительно меньшие размеры, более высокие термостойкость и механическую прочность, благодаря применению кварцевой колбы. Малые размеры и прочная оболочка позволяют наполнить лампу до высоких давлений ксеноном и получать на этой основе более высокую яркость и повышенную световую отдачу (либо повышенный фактический срок службы).

Галогенные лампы сетевого напряжения.

Галогенный свет — от широкого рассеянного, мягкого, не дающего тени, до резко ограниченного узкого пучка — дает возможность изыскивать бесчисленное количество вариантов освещения.

Галогенные лампы, в отличие от традиционных ламп накаливания, дают свет с более высокой цветовой температурой (около 3000 К) при одинаковой способности к цветопередаче. Эти лампы более долговечны, дают больше света при одинаковой мощности и сохраняют постоянную величину светового потока в течение всего срока эксплуатации.

Яркость галогенных ламп можно регулировать, что позволяет адаптировать интенсивность света к индивидуальным требованиям потребителя. Галогенные лампы, рассчитанные на высокие напряжения, можно эксплуатировать без трансформатора при напряжении в сети 220…240 В. Галогенные лампы накаливания общего назначения предоставляют возможность по-новому передать всю цветовую гамму и блеск окружающего интерьера. Их свет не теряет свою яркость на протяжении всего срока службы ламп.

По показателям экономичности они превосходят стандартные лампы накаливания в два раза: галогенная лампа горит ярче и служит в два раза дольше аналогичной по мощности обычной лампы накаливания. Галогенные лампы сетевого напряжения — это превосходная альтернатива классическим лампам накаливания.

Галогенные лампы направленного света — это более мощная и экономичная альтернатива обычным зеркальным лампам. Алюминиевый отражатель направляет вперед вместе с видимым светом и тепло. Это позволяет эффективно решать температурную проблему, возникающую при установке ламп в потолочные светильники и в светильники с закрытыми головными частями. Для чувствительных к теплу объектов — модели с интерференционным отражателем, в которых 2/3 теплового излучения отводятся назад.

Низковольтные галогенные лампы

Галогенный свет, благодаря своим исключительным качествам, делает цвета окружающей среды более живыми и интенсивными.

Исключительные преимущества галогенных ламп низкого напряжения — компактная конструкция, высокая электробезопасность и возможность регулирования светового потока — позволяют осуществлять индивидуальный подход к решению осветительных задач, с учетом личных потребностей клиента. При эксплуатации ламп, рассчитанных на низкие напряжения (6, 12 или 24 В), необходимо использовать трансформатор.

Капсульные галогенные лампы — самые компактные из галогенных ламп, изготавливаются по технике низкого давления и могут эксплуатироваться в открытых светильниках без защитного стекла. Капсульные лампы выпускаются с поперечной или продольной нитью накала. Спираль, расположенная по оси, обеспечивает оптимальное распределение светового потока.

Наряду с капсульными галогенными лампами HALO STAR STANDARD, имеющими стандартные характеристики, предлагаются лампы HALOSTAR STARLITE с увеличенным до 3000 часов сроком службы и лампы 24-вольтовой серии HALOSTAR UV-STOP 24V со стеклом, поглощающим ультрафиолетовое излучение, а также энергосберегающее решение — лампы HALOSTAR IRC с увеличенной на 30% световой отдачей.

Галогенные лампы с отражателем (направленного света) значительно расширяют сферу применения галогенных источников света. Благодаря тому, что поверхность интерференционного отражателя покрыта специальным слоем, пропускающим инфракрасное излучение, около 66% тепловой энергии отводится через отражатель назад.

Чувствительные к теплу объекты, таким образом, не разрушаются и не портятся. Более белый (цветовая температура света 3200 К) искрящийся свет этих ламп позволяет наиболее удачно подчеркнуть блеск и цветовые нюансы товаров в витринах.

Низковольтные галогенные лампы с алюминиевым отражателем, благодаря которому тепло отводится вперед, идеальны для врезных потолочных светильников.

Источник: http://malahit-irk.ru/index.php/2011-01-13-09-04-43/43-2011-04-10-14-22-32.html