Специальные виды ламп накаливания и их сфера применения. Галогенные лампы накаливания и их характеристики.

К зачету

1) Источники оптического излучения. Типы источников и их общая ха­рактеристика.

 

Источником оптического излучения может быть любая материальная система естественного или искусственного происхождения, генерирующая оптическое излучение. Современные искусственные источники генерируют оптическое излучение путем преобразования электрической энергии. В зависимости от способа преобразования электрической энергии источники оптического излучения делятся на: тепловые, смешанные; газоразрядные (действие основано на явлениях, сопровождающих электрический разряд в газах и парах металлов), светодиодные.

Тепловое оптическое излучение – результат преобразования теплового движения атомов и молекул тела в оптическое излучение. Температура излучения определяет мощность потока излучения и его спектральный состав. Законы теплового излучения сформированы применительно к абсолютно черному телу (АЧТ), в качестве которого может быть приемник, полностью поглощающий излучение, или источник ОИ, способный создать поток ОИ max мощности.

Газоразрядные источ​ники оптического излучения обладают значительно большим кпд и большей свето​отдачей, кроме того, излучение газоразрядных источников обладает цветно​стью, которая зависит от вида используемых паров металла.

 

Энергосберегающие люминесцентные лампы, их виды и характеристика

 

Энергосберегающие лампы являются одной из разновидностей газоразрядных ламп с низким давлением, а именно люминесцентных ламп компактного размера. Состоят энергосберегающие лампы из колбы, которая наполнена парами ртути и встроенного электронного пускового устройства. Изнутри на колбу нанесен люминофор - специальное вещество, которое начинает светиться при воздействии на него ультрафиолетовым излучением. Пары ртути под действием электромагнитного излучения начинают выделять ультрафиолет, который и «зажигает» лампу. Люминофор имеет различные оттенки и поэтому свет, проходящий через него, принимает определенный цвет светового потока.

В сравнении с распространенными в обиходе лампами накаливания, энергосберегающие обладают повышенной светоотдачей (соотношением между потребленной мощностью и световой отдачей). Именно благодаря этому эффекту достигается экономия электроэнергии до 80%. По утверждениям производителей, срок службы ламп в десятки раз выше, чем у ламп прошлого поколения. Энергосберегающие лампы мало выделяют тепловой энергии (не нагреваются), благодаря тому, что все потребленное электричество преобразуется в поток света. Лампы не плавят патроны, прилегающие к ним провода, их можно и нужно использовать в люстрах и светильниках с ограничением температуры. Применять энергосберегающие лампы можно как для освещения внутри помещения, так и снаружи.

По цоколю лампа может быть:

• Под обычный патрон, их ещё маркируют – E27;
• Под малый патрон – Е14.

Следующий важный показатель – это цвет излучения. Глаз человека по-разному, то есть субъективно воспринимает различные источники света. По этому показателю лампы бывают:

• тепло-белой;
• нейтрально-белой;
• холодно-белой цветности;
• дневного света.

По мощности энергосберегающие лампы выпускают от 3 до 60 Вт

По разнообразию колб. По диаметру они могут быть:

• 7 мм;
• 9 мм;
• 12 мм;
• 17 мм.

По форме энергосберегающие лампы бывают:

• U-образного вида;
• в виде спирали.

Форма никоим образом не отражается на работе лампы, разве что спиралевидные лампы стоят дороже, поскольку более сложны в изготовлении.

 

К зачету

1) Источники оптического излучения. Типы источников и их общая ха­рактеристика.

 

Источником оптического излучения может быть любая материальная система естественного или искусственного происхождения, генерирующая оптическое излучение. Современные искусственные источники генерируют оптическое излучение путем преобразования электрической энергии. В зависимости от способа преобразования электрической энергии источники оптического излучения делятся на: тепловые, смешанные; газоразрядные (действие основано на явлениях, сопровождающих электрический разряд в газах и парах металлов), светодиодные.

Тепловое оптическое излучение – результат преобразования теплового движения атомов и молекул тела в оптическое излучение. Температура излучения определяет мощность потока излучения и его спектральный состав. Законы теплового излучения сформированы применительно к абсолютно черному телу (АЧТ), в качестве которого может быть приемник, полностью поглощающий излучение, или источник ОИ, способный создать поток ОИ max мощности.

Газоразрядные источ​ники оптического излучения обладают значительно большим кпд и большей свето​отдачей, кроме того, излучение газоразрядных источников обладает цветно​стью, которая зависит от вида используемых паров металла.

 

Специальные виды ламп накаливания и их сфера применения. Галогенные лампы накаливания и их характеристики.

К специальным лампам накаливания относятся галогенные лампы накаливания. Проблема выхода из строя ламп накаливания заключается в испарении вольфрама. В лампах КГ процесс испарения вольфрама не устранен, но найдено эффективное средство борьбы с его последствиями, что позволило значительно улучшить технические показатели ламп.

При разогреве лампы йод испаряется, в свою очередь при высокой температуре частицы вольфрама также испаряются и при контакте с йодом происходит реакция

J2 + W 1400-1600K WJ2 газ.

Газ WJ2 начинает циркулировать внутри колбы лампы и, попадая в зону раскаленной нити вольфрама, разлагается – WJ2 1800KW+J2 и частицы вольфрама садятся на утонченные испарением места спирали, тем самым залечивая ее дефекты, и благодаря этому срок службы ламп возрастает до 1,5 раза. Это явление залечивания дефектов на спирали называется йодидным или галогенным циклом. При повышении давления газа в колбе лампы до 2-3 атм испарение вольфрама сокращается в 10-80 раз, хотя обычно давление газа в лампах не превышает 0,1мПа. Срок службы обычных ламп накаливания сокращается, так как колбы их темнеют вследствие осаждения на поверхности стекла частиц вольфрама и при этом светоотдача понижается на 15…25%.Галогенные лампы относятся к тепловым источника света, как и традиционные лампы накаливания. В них также светится раскаленная вольфрамовая спираль, свет которой тем ярче и светоотдача тем больше, чем выше температура накала нити. Широко распространенные лампы накаливания имеют ряд существенных недостатков:

1) низкий кпд – 3-5%; 2) небольшая светоотдача – 13-17 лм/Вт; 3) короткий срок службы – 1000ч; 4) снижение светового потока из-за потемнения колбы на 15-20% в конце срока службы.

Повышение температуры накала нити приводит к значительному росту скорости испарения вольфрама и резкому сокращению срока службы лампы. Так повышение номинального напряжения питания на 5% повышает световой поток на 25% и сокращает срок службы в 2 раза.

Снизить скорость испарения вольфрама, можно было бы повысив давление газов в колбе лампы, но это не возможно, т.к. тонкостенная колба обычных ламп накаливания не обладает необходимой механической прочностью. Яркость галогенных ламп можно регулировать, что позволяет адаптировать интенсивность света к индивидуальным вкусам потребителя. Преимущества галогенных ламп низкого напряжения – компактная конструкция, возможность прецизионного регулирования светового излучения – обеспечивают большую свободу при проектировании новых светильников для этих ламп.

 

3) Инфракрасные лучи и их биологическое действие на живые организ­мы.

 

ИК-А-780-1400нм облучение проникает в глубь организма до 2,5см, достигая подкожного жирового слоя, а также органов, лежащих под ним. Лучистая энергия, поглощаемая тканями, преобразуется в них в тепло, создавая тепловой барьер, предохраняющий глубоко лежащие органы от переохлаждения. ИК-А облучения стимулируют химические реакции в организме, благотворно влияя на обменные процессы между тканями и кровью. При этом повышается активность тканевых клеток, ускоряется их размножение, а в крови появляются активные фрагменты расщепления белков, которые благотворно влияют на все системы организма. Следствием этих процессов являются улучшение общего состояния организма, повышение продуктивности, рост привесов и сохранности животных и молодняка.

ИК-В-1400-3000нм воздействует только на поверхностные слои кожи, вызывая эритему вследствие расширения кровеносных сосудов и улучшения кровоснабжения кожи, что улучшает самочувствие животных и птиц.

 

4) Единицы измерения и измерительные приборы для определения освещенности и величины потоков излучения.

За единицу светового потока принят 1 люмен, то есть световой поток, излучаемый абсолютно черным телом с площадки 0,5305 мм, при температуре затвердевания платины - 1772ºС. Экспериментально установлено, что однородное излучение мощностью 1Вт при длине волны λ=555нм составляет 680лм. Эту величину светового потока называют световым эквивалентом мощности излучения. Пространственный поток света в один люмен в данном направлении, распространяющийся в пределах телесного угла в один стерадиан, называется канделой. Плотность светового потока в один люмен, приходящаяся на один м2 площади, называется освещенностью в один люкс.

Приборы для измерения освещенности видимым светом: люксметры Ю-16; Ю-8; Ю-16М.

Основные единицы измерения ультрафиолетового излучения: УФ – С и УФ – В измеряются бактами, эрами, милибактами или милиэрами, поток излучения – бакты, милибакты, эры, мэры, виты и миливиты. Облученность - бк/м2; мбк/м2; эр/м2; мэр/м2; вит/м2; мвит/м2. Сила ультрафиолетового излучения - бк/ср; мбк/ср; эр/ср; мэр/ср; мвит/ср.

Приборы для измерения ультрафиолетового излучения: уфиметры УФБ; уфидозиметры УФД; эрметры УФМ-71; УФИ-73; радиометр ВНИИОФИ “Аргус-06”.

Приборы для измерения фитооблученности, фитопотока, силы фитопотока: фитометры – ФИТОН 70; ФИТОН 71.

ИК – излучение измеряется только в ваттах, для чего используются термостолбики ТФА-2 700…3000нм фотощуп 1380…760, 2500…7600нм.

5) Фотобиологическое действие оптического излучений на живые орга­низмы и растения. Их характеристики

Оптическое излучение оказывает фотобиологическое действие на человека, животных, птиц и микроорганизмы.

Основные способы воздействия: световое, фотосинтезное, фотопериодическое, терапевтическое, бактерицидное и мутагенное.

Световое действие воспринимается зрением любых животных и птиц; глаз человека способен воспринять освещенность от 0,1 до 100000лк, лучше всего он воспринимает излучение длинной волны-555нм.

Фотосинтезное действие оптического излучения состоит в том, что видимое и длинноволновые ультрафиолетовые излучения способствуют синтезу органических соединений в листьях растений из неорганических веществ.

Фотопериодическое действие видимого света состоит в том, что после определенного числа чередований различной длительности света и темноты наступают такие важные для развития организмов животных и птиц моменты, как наступление линьки, течки, половой зрелости и способности размножаться.

Терапевтическое действие ОИ (ультрофиолетового и ИК – диапазонов) состоит в антирахитном действии и улучшении обмена веществ, повышении содержания в крови гемоглобина и витамина D, укреплении общего тонуса организма его сопротивляемости заболеваниям, а также в повышении половой функции и продуктивности.

Бактерицидное действие – уничтожение ультрафиолетовыми и инфракрасными лучами бактерий, микроорганизмов, насекомых и др.

Мутагенное действие приводит к изменению наследственности животных, птиц и растений, что достигается в результате длительных и мощных доз ультрафиолетовых облучений.

6) Источники люминесцентного оптического излучения низкого давле­ния. Основные их характеристики. Марки источников.

Люминесцентная лампа общего назначения представляет герметично закрытую цилиндрическую трубку с приваренными в торцах стеклянными ножками, через которые пропущены никелевые подводы к вольфрамовым спиралям-электродам. Вольфрамовые биспирали покрыты слоем оксидов щелочноземельных металлов, обеспечивающим хорошую эмиссию электронов. Внутренняя поверхность трубки лампы покрыта тонким слоем люмино​фора. Газовая среда лампы в межэлектродном пространстве состоит из 86% аргона + 14% азота или смеси аргона с криптоном и с добавкой 30...80 мг ртути. На​значение газа уменьшить распыление покрытия электродов и облегчить за​жигание разряда. Назначение ртути при газовом разряде в парах ртути – обеспечить поток ультрофиолетового излучения.

Электротехническая промышленность выпускает серию энергоэкономичных ламп ЛЛ, предназначенных для общего и местного освещения промышленных, общественных и административных помещений (ЛБ18–1, ЛБ36, ЛДЦ18, ЛБ58). Для жилых помещений применяют лампы ЛЕЦ18, ЛЕЦ36, ЛЕЦ58, которые по сравнению со стандартными ЛЛ мощностью 20, 40, и 65 Вт имеют повышенный КПД, уменьшенное на 7–8% потребление электроэнергии, меньшую материалоемкость, повышенную надежность при хранении и транспортировании. Для административных помещений выпускают ЛЛ с улучшенной цветопередачей (ЛЭЦ и ЛТБЦЦ) мощностью 8–40 Вт. Лампы имеют линейную и фигурную форму (U и W-образную, кольцевую). Все лампы, кроме кольцевых, имеют на концах двухштыревые цоколи.

По спектру излучаемого света ЛЛ разделяют на типы: ЛБ – белая, ЛХБ – холодно-белая, ЛТБ – тепло-белая, ЛД–дневная и ЛДЦ – дневная правильной цветопередачи.

Основными характеристиками лампы являются номинальные значения напряжения, мощности светового потока (иногда – силы света), срок службы, а также габариты (полная длина L, диаметр, высота светового центра от центрального контакта резьбового или штифтового цоколя до центра нити).

Наиболее часто используемые типы цоколей: Е – резьбовой; Вs – штифтовой одноконтактный, Вd – штифтовой двухконтактный (последующие буквы обозначают диаметр резьбы или цоколя).

7) Ультрафиолетовое облучение в животноводстве, его функции и спо­собы реализации.

Весь спектр ультрафиолетового облучения занимает диапозон с длинами волн от 1 до 380 нм и по биологическому дей­ствию условно подразделяется на три области: А - 380-315 нм, В - 315-280 нм, С - менее 280 нм.

В качестве искусственных источников ультрафиолетового излучения наибольшее практическое значение в животноводстве имеют ртутные лампы высокого и низкого давления, эритемные люминесцентные лампы, а инфракрасного - светлые, темные и газовые излучатели.

Для ультрафиолетового облучения животных промышленность выпускает облучатели и установки, в которых в качестве источников ультрафиолетового излучения используются ртутно-кварцевые и эритемные лампы. Механизированная подвесная установка типа УО-4М предназначена для облучения поросят и телят, но может быть использована для облучения коров и быков при привязном содержании; светильник-облучатель типа ОЭСПО2-2Х40 П5 Х-01 предназначен для одновременного освещения и облучения животных; облучатель ЛРК-2 - для профилактического и лечебного воздействия ультрафиолетовых лучей на организм животных; эритемный облучатель типа ЭО-1-30М целесообразно применять для облучения телят и поросят в групповых клетках; установку для ультрафиолетового облучения и инфракрасного обогрева животных типа ИКУФ-1М следует использовать при безвыгульном содержании сельскохозяйственных животных.

 

8) Газоразрядные лампы высокого и сверхвысокого давления, их харак­теристики, типы, основные сферы применения. Способы подключения и зажигания.

 

Ртутные лампы высокого и сверхвысокого давления являются самой распространенной и многочисленной группой источников оптического излу­чения среди разрядных ламп высокого и сверхвысокого давления. Дуговой разряд в парах ртути при давлении 0,3 МПа позволяет получит эффективные и мощные потоки излучения в ультрафиолетовой, видимой и ближней ин­фракрасной части спектра. Источники эти компактны, надежно зажигаются и работают в сетях напряжением 380/220 В, а номинальная их мощность может быть от нескольких десятков Вт до нескольких десятков кВт.

Классификацияразрядных ламп высокого исверхвысокого давления:

1) разрядные лампы высокого давления ДРТ - дуговая ртутная трубчатая лампа;

2) разрядные лампы высокого давления ДРЛ - дуговая ртутная люминесцентная;

3) трубчатые разрядные лампы сверхвысокого давления с естест­венным охлаждением;

4) капиллярные РЛСВД с принудительным (воздушным или водя­ным охлаждением);

5) шаровые РЛСВД с естественным охлаждением.

Лампа ДРТ включается в сеть на 220В последовательно с дросселем, предназначенным для ограничения тока и стабилизации разряда в лампе. Кнопка КП и конденсатор С1, подключенные параллельно лампе, служат для получения импульса высокого напряжения за счет взаимодействия дросселя и конденсатора.

Рис.Устройство и схема включения лампы ДРТ: 1- кварцевая трубчатая колба; 2- электрод; 3- держатели лампы; 4- лента из фольги.

 

Лампы ДРТ, как многоцелевые источники оптического излучения, используются в с.-х. производстве, как правило, в подвижных облучательных установках для восполнения ультрафиолетовой недостаточности у животных и птицы при безвыгульном содержании, а также для предпосевной обработки семенного материала в полеводстве.

Основа лампы ДРЛ горелка в виде трубки из кварцевого стекла с основ­ными и зажигающими электродами из вольфрама.

Зажигание лампы ДРЛ. При подаче напряжения на электроды между близко расположенны­ми основным и вспомогательными электродами возникает тлеющий разряд, ионизирующий газ горелки лампы и повышающий концентрацию паров рту­ти. При достижении достаточной концентрации паров ртути и электронов для снижения U₃ до U_c, т.е. при достижении U₃=U_c, происходит пробой горелки и зажигание дугового разряда. Балластное сопротивление в виде Др - дросселя ограничивает ток разряда и стабилизирует его при отклонениях напряжения сети U_c.

Принцип действия лампы ДРИ состоит в свечении дугового разряда в среде, содержащей ионы редкоземельных металлов, обеспечивающих спектр излучения лампы. Область применения этих ламп определяется широким диапазоном варь­ирования, спектральным составом оптического излучения, от практически однородного до непрерывного, при высоком кпд и высокой удельной мощ­ности. Главные трудности при эксплуатации ламп МГЛ - трудности с зажи­ганием и нестабильность параметров, а также высокая цена.

Зажигание лампы ДРИ. Схема содержит трансформатор ТР2, вторичная обмотка которого вы­полняет роль балластного сопротивления, после зажигания лампы стабилизирующего разряд между электродами. Первичная обмотка ТР2 является частью зажигающего устрой­ства ЗУ, содержащего, трансформатор ТР1, конденсатор С и раз­рядник Р. Ввиду того, что лампа ДРИ зажигающих электродов не имеет, поэтому для зажигания разряда требуется значительно больший импульс на­пряжения, который и обеспечивается ЗУ. При включении кнопкой КП транс­форматора ТР1 конденсатор С на протяжении части полупериода сети заря­жается от вторичной обмотки ТР1 до напряжения пробоя разрядника Р. В момент пробоя разрядника по первичной обмотке ТР2 протекает импульс разряда конденсатора, а во вторичной обмотке ТР2 возникает импульс на­пряжения с амплитудой 2-3 кВ, обеспечивающий пробивание газового промежутка лампы ДРИ и зажигание дугового разряда. Если зажигание не произошло, в следующий полупери­од сети процесс повторяется.

Зажигающее устройство обеспечивает надежное зажигание лампы при температуре окружающей среды до ±40 ºС. Светотехнические и электрические параметры лампы во время разогрева меняются как и у ламп ДРЛ. Время разгорания и стабилизации ламп ДРИ – 2…4 мин, повторное зажигание после ее погашения возможно лишь через 5…10 мин в зависимости от условий ох­лаждения.

Дуговые натриевые лампы низкого и сверхвысокого давления, представ­ляют группу наиболее эффективных газоразрядных источников видимого из­лучения, так как они обладают наивысшей светоотдачей и незначительным снижением светового потока в процессе длительной службы. До недавних пор серьез­ным их недостатком было низкое качество цветопередачи.

Лампы ДНаТ конструктивно идентичны с лампой ДРЛ за исключени­ем отдельных особенностей: в качестве материала для трубки горелки ис­пользуют, кристаллический оксид алюминия (поликор или миналунд).

Схема включения лампы ДНаТ в сеть показана на рис.5.4. Она включает балластное сопротивление ДР, стабилизирующее ток разряда, зажигающее устройство, представляющее генератор импульсов напряжения с частотой 500Гц, образующихся в результате периодического разряда конденсатора на первичную обмотку импульсного трансформатора. При этом во вторичной обмотке трансформатора, включенной параллельно лампе, индуцируется им­пульс напряжения с амплитудой до 4-5кВ, которое пробивает газовый про­межуток и зажигает дуговой разряд, после чего работа зажигающего устрой­ства прекращается.

Время разгорания и стабилизации дугового разряда (5…10 мин) определя­ется скоростью нагрева лампы и испарения натрия и ртути, поэтому по мере разгорания лампы спектр меняется от монохромотичного до нормально-умеренного, соответствующего установившим параметрам тока и напряже­ния.