 |
5.3.1. Понятие об оптическом излучении
|
|
|
|
Оптическим называют электромагнитное излучение в диапазоне длин волн с условными границами от 10 нм до 1 мм.
Ультрафиолетовое излучение не взывает зрительного ощущения. Его спектр делится на три части. Ближнее (длинноволновое) УФ-излучение имеет длины волн от 316 до 380 нм. Оно способно воздействовать на кожу, вызывая пигментацию (загар). Биологическая активность этого излучения небольшая. Среднее (средневолновое) УФ-излучение имеет длины волн от 280 до 316 нм. В
организме животных под воздействием этого излучения образуются витамины группы D, улучшаются иммунобиологические свойства. Дальнее (коротковол- новое) УФ-излучение имеет длины волн от 10 до 280 нм. Оно оказывает силь- ное бактерицидное действие. УФ-излучение с длинами волн короче 200 нм на- зывается вакуумным. Это название обусловлено тем, что излучение данного ди- апазона сильно поглощается воздухом и его исследование возможно только в вакууме.
Видимое излучение (X = 380... 760 нм) непосредственно воспринимается человеческим глазом и оказывает воздействие на животных и растения.
Инфракрасному излучению соответствует наиболее значительная часть оптического спектрального диапазона. ИК-область спектра условно разделяют на ближнюю - 0, 76... 2, 5 мкм, среднюю - 2, 5... 50 мкм и дальнюю - 50 мкм... 1 мм. Ультрафиолетовое излучение оказывает существенное влияние на обмен веществ у животных и птицы и их физическое состояние. В летний период жи- вотные, находящиеся на выгулах и выпасах, получают достаточную дозу ульт- рафиолетового излучения вместе с солнечной радиацией. Зимой количество ультрафиолетового излучения уменьшается в десятки раз. В это время живот- ные даже при ежедневных прогулках под открытым небом не получают тре- буемой дозы излучения. При стойловом же содержании они полностью лишены
|
|
|
его.
Ультрафиолетовая недостаточность нарушает обмен веществ у животных, особенно у молодняка, снижает их продуктивность и может привести к различ- ным заболеваниям. Чтобы компенсировать недостаток естественного облучения поздней осенью, зимой и ранней весной применяют искусственное облучение животных и птицы.
Принято считать, что общее благоприятное воздействие ульт- рафиолетового излучения на организм животных пропорционально его эритем- ному действию, которое определяется способностью излучения вызывать на коже временное покраснение - эритему. Исходной величиной в системе эри- темных величин служит эритемный поток. За единицу измерения эритемного потока принято воздействие лучистого потока с длиной волны 297 нм мощно- стью 1 Вт. Этой единице присвоено название «эр» (ее тысячная доля - миллиэр, или, сокращенно, мэр). Эритемная облученность - плотность эритемного пото- ка, равная отношению потока излучения к площади облучаемой поверхности, на которую он падает, измеряется в миллиэрах на 1 м2.
Ультрафиолетовое излучение разрушает клетки бактерий, вызывая их ги- бель. Его бактерицидное действие широко используют для обеззараживания воды и воздуха, дезинфекции и стерилизации инвентаря. Различные виды бак- терий имеют неодинаковую чувствительность к этому излучению. Его эффек- тивный поток, определяемый по среднему избирательному действию на различ- ные виды бактерий, носит название бактерицидного. Наибольшим бактерицид- ным действием обладает излучение с длиной волны 254 нм. Поэтому за едини- цу бактерицидного потока (бакт) принято разрушающие действие на бактерии
излучения с длиной волны 254 нм мощностью 1 Вт (тысячная доля этой едини- цы - миллибакт, или, сокращенно, мб).
Система эффективных величин, в которой за основу принята спектральная чувствительность «среднего» глаза человека, называется системой световых ве- личин.
|
|
|
Световой поток - это мощность излучения, оцененная по его действию на
«средний» глаз человека. За единицу светового потока принят люмен (лм) - световой поток, излучаемый абсолютно черным телом площадью 0, 5305 мм2 при температуре затвердевания платины (2042 К).
Освещенность поверхности представляет собой меру плотности распреде- ления светового потока по освещаемой поверхности. За единицу освещенности принят люкс (лк): 1 лк равен освещенности поверхности площадью 1 м2, на ко- торой равномерно распределен световой поток, составляющий 1 лм.
Яркость источника света - это пространственная плотность светового по- тока, отнесенная к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную заданному направлению. Единицей яркости служит кандела на квадратный метр (кд/м2).
Инфракрасное излучение используют для обогрева молодняка животных и птицы, который в начальный период развития особенно чувствителен к перепа- дам температурного режима. Животных можно обогревать инфракрасным из- лучением как наиболее экономичным при сравнительно низкой температуре воздуха в животноводческом помещении. Эффективное тепловое действие ин- фракрасных лучей оценивают в единицах измерения, принятых в системе энер- гетических фотометрических величин: поток инфракрасного излучения - в ват- тах (Вт), облученность - в ваттах на квадратный метр (Вт/м2).
Для оценки воздействия оптического излучения на приемники используют электрические средства непосредственного измерения, приемная часть которых преобразует измеряемый параметр излучения в электрическое напряжение или ток, поступающие в соответствующий электроизмерительный прибор.
Для измерения параметров видимого излучения применяют люксметры, ультрафиолетового - уфиметры, фотоинтенсиметры и фотоэкспозиметры, а ин- фракрасного - различные типы пиранометров и актинометров.
Люксметр представляет собой фотоэлектрический многопредельный пере- носной прибор с фотоэлементом в качестве приемника излучения, предназна- ченный для измерения освещенности, создаваемой источниками видимого све- та в помещениях и на открытых площадках.
|
|
|
Люксметр имеет три основных предела измерения - 25, 100 и 500 лк, а также три дополнительных - 2, 5; 10 и 50 клк (при использовании поглотителя с коэффициентом ослабления 100).
5. 3. 2. Источники света
Наиболее часто в качестве источников света используют лампы накалива- ния. В них излучение возникает в результате нагрева ния электрическим током вольфрамовой нити до температуры 2200... 2800 °С, поэтому их называют также тепловыми источниками излучения. Данные источники имеют сравнительно
просты в устройстве, не требуют специальных пускорегулирующих устройств, надежны в работе и могут применяться при любых внешних условиях. Несмот- ря на многообразие типоразмеров ламп накаливания, отличающихся друг от друга номинальным напряжением, мощностью и родом тока, они объединены сходством при меняемых во всех конструкциях основных составляющих эле- ментов и одним и тем же принципом действия.
Лампы накаливания в осветительных и облучательных установках исполь- зуют как источники видимого и инфракрасного излучения. В осветительных установках наиболее широко применяют лампы накаливания общего назначе- ния, световая отдача которых составляет 7... 20 лм/Вт, а средняя продолжитель- ность горения (определяемая для группы ламп) - 1... 2 тыс. ч. Промышленность выпускает лампы накаливания, рассчитанные на номинальное напряжение пи- тания 220... 235, 127... 135, 36, 24 В и ниже.
Газоразрядные лампы - это источники света, в которых оптическое излу- чение возникает в результате электрического разряда в среде инертных газов, паров металлов или их смесей.
К газоразрядным лампам относятся люминесцентные, которые благодаря высокой световой отдаче, улучшенному спектральному составу излучения и значительному сроку службы нашли широкое применение для общего освеще- ния. Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку с нане- сенным на внутреннюю поверхность слоем люминофора. В лампу вводят каплю ртути и некоторое количество инертного газа (аргона), который способствует увеличению срока ее службы и улучшает условия для возбуждения атомов рту- ти. При подключении люминесцентной лампы к источнику переменного тока между ее электродами проходит электрический ток, возбуждающий свечение атомов ртути. Давление ртутных паров в лампе зависит от температуры ее сте- нок и при нормальной рабочей температуре 40°С составляет 0, 13... 1, 3 Па. Столь низкое давление обеспечивает разряд, сопровождающийся появлением интен- сивного потока ультрафиолетового излучения, которое и возбуждает свечение люминофорного слоя ламп.
|
|
|
Лампы - источники ультрафиолетового излучения аналогичны по конст- рукции люминесцентным, но отличаются от них видом материала корпуса. В соответствии со спектральным составом ультрафиолетового излучения разли- чают источники общего ультрафиолетового, эритемного и бактерицидного из- лучения.
Источником непрерывного монохроматического когерентного поля- ризованного излучения мощностью 2, 5 мВт служит портативный лазер ЛГН-
109. Данное устройство является основой установки «Лактация», предназна- ченной для облучения биологически активных точек вымени лактирующих ко- ров с целью стимуляции рефлекса молокоотдачи.
5. 3. 3. Схемы включения газоразрядных источников в сеть
Особенностью электрического разряда в атмосфере большинства инертных газов и паров металлов является его падающая вольт-амперная характеристика. Поэтому для стабилизации силы тока электрического разряда газоразрядных
источников оптического излучения нужно последовательно с ними включать балластное сопротивление. В качестве такого сопротивления в цепях перемен- ного тока можно применять резистор, катушку индуктивности и конденсатор или их сочетание.
Пускорегулирующий аппарат газоразрядных источников оптического из- лучения должен обеспечивать их зажигание, нормальный режим работы и по- давление возникающих при зажигании и работе лампы радиопомех.
Основными элементами схемы включения люминесцентной лампы в сеть являются конденсаторы, дроссели в качестве балластного сопротивления и стартер. Стартер представляет собой миниатюрную газоразрядную лампу с би- металлическими электродами. Стеклянная колба лампы стартера помещена в металлический корпус. Присоединение стартера к схеме осуществляется кон- тактными электродами.
При подаче напряжения на схему ток через лампу не течет, поскольку га- зовый промежуток является изолятором и для его пробоя нужно напряжение, превышающее напряжение электрической цепи, тогда как в стартере возникает тлеющий разряд, сопровождающийся протеканием тока в электрической цепи (дроссель - нить накала электродов люминесцентной лампы — стартер). Биме- таллические электроды стартера разогреваются и замыкаются, подключая цепь накала электродов люминесцентной лампы через дроссель к сети. Проходящий при этом ток в 1, 4-1, 5 раза превышает номинальный рабочий ток люминес- центной лампы. За несколько секунд электроды лампы разогреваются до 700... 900 оС, вследствие чего усиливается электронная эмиссия и облегчается пробой газового промежутка. После прекращения тлеющего разряда в стартере его электроды охлаждаются и размыкаются, разорвав цепь накала электродов люминесцентной лампы.
|
|
|
В момент разрыва цепи в дросселе возникает ЭДС самоиндукции, величи- на которой пропорциональна индуктивности дросселя и скорости изменения тока в момент разрыва цепи. Образовавшееся за счет ЭДС самоиндукции зна- чительное напряжение (700... 1000 В) приложено к электродам лампы, подго- товленным к зажиганию. Происходит пробой, и лампа начинает светиться.
5. 3. 4. Виды и системы электрического освещения
Строительными нормами и правилами предусмотрены отличающиеся друг от друга системы общего и комбинированного освещения.
Общее освещение предназначено для помещения или его части - рабочих мест и других участков. Система комбинированного освещения характеризует- ся наличием местных светильников, установленных непосредственно на рабо- чем месте, которые дополняют светильники общего освещения. Применение одного местного освещения внутри зданий не допускается.
Систему комбинированного освещения создают тогда, когда на рабочей поверхности необходимо обеспечить освещенность более 200 лк. При этом ос- вещенность рабочей поверхности, создаваемая светильниками общего освеще- ния, должна составлять 10 % нормативного значения для комбинированного
освещения, но не менее 150 лк при использовании газоразрядных ламп и 50 лк - ламп накаливания.
Независимо от принятой системы освещения общее освещение может быть выполнено с равномерным или локализованным размещением светильников.
Различают следующие виды искусственного освещения: рабочее; аварий- ное; ремонтное; освещение безопасности; охранное освещение территорий.
Общее, местное и комбинированное освещение относятся к категории ра- бочего освещения, которое должно обеспечить нормальные условия для произ- водственной деятельности в пределах установленных норм освещенности рабо- чих поверхностей для выполнения тех или иных работ. В животноводческих помещениях из рабочего освещения обычно выделяют дежурное (до 10... 15 % светильников), предназначенное для периодического контроля в нерабочее время за состоянием животных и безопасного передвижения дежурного персо- нала в проходах и коридорах. К дежурному освещению можно отнести и на- ружное охранное освещение входов.
5. 3. 5. Устройство и правила эксплуатации осветительных установок
Осветительная установка - это совокупность светотехнических устройств, предназначенных для освещения. Понятие осветительной установки относится преимущественно к установкам искусственного электрического освещения и в этом случае охватывает осветительные приборы с источниками света, пускоре- гулирующую аппаратуру, подводящие провода, распределительные щиты и прочие электрические устройства, предназначенные для распределения элек- трической энергии между осветительными приборами. Кроме того, в состав ос- ветительной установки обычно входят все специальные приспособления для повышения качества освещения (например, искусственный фон), а также по- верхности, участвующие в пространственном перераспределении светового по- тока, в том числе стены и потолки помещений. Устройство и эксплуатация ос- ветительной установки регламентируются нормами и правилами, согласно ко- торым она должна обеспечивать выполнение всех требований к освещенности и качеству освещения, обусловленных особенностями освещаемого объекта, и быть при этом экономичной и надежной в работе, электро- и пожаробезо- пасной, простой для монтажа и обслуживания.
Осветительные приборы - это совокупность источника света и арматуры, предназначенной для целесообразного перераспределения светового потока ис- точника, защиты глаз от его слепящего действия, крепления и предохранения источника от механических повреждений и загрязнения. Арматура содержит также приспособления для защиты точек крепления источника света от разру- шительного действия окружающей среды.
Осветительные приборы принято делить на две группы: ближнего дейст- вия - светильники; дальнего действия - прожекторы.
Светильник состоит из корпуса, оптической системы, ламподержателя (па- трона), пускорегулирующей аппаратуры (для газоразрядных источников) и дру- гих вспомогательных приспособлений. Оптическая система светильника, вклю- чающая в себя отражатели, рассеиватели, защитные стекла, экранирующие ре-
шетки и кольца, предназначена в основном для перераспределения в необходи- мом направлении световых потоков источников света и защиты от их слепяще- го действия. Светильники отличаются друг от друга характером светораспреде- ления, формой кривой силы света, типом источника излучения, способом уста- новки, исполнением и целевым назначением.
5. 3. 6. Установки для облучения животных и птицы
При ультрафиолетовом облучении необходимо его точное дозирование. Недостаточное облучение не дает эффекта, тогда как избыточное может при- вести к отрицательным результатам. Доза облучения зависит от конкретных ус- ловий. При недостатке в организме витамина D дозу облучения следует повы- сить в 1, 5…2 раза до улучшения состояния животных. Дозы носят рекоменда- тельный характер. Продолжительность ультрафиолетового облучения при за- данной дозе составляет не менее 5 мин и не более светового периода в помеще- нии с учетом времени, в течение которого включено искусственное освещение.
Равномерность облучения животных и птицы оценивают по экспозиции в течение суток для каждого организма, а не по распределению освещенности по площади помещения. На начальной; стадии облучения необходима адаптация организма к световому воздействию. При облучении препараты, содержащие витамин D, как правило, не включают в рацион животных. Облучать отдельные группы животных необходимо в одно и то же время суток. При использовании передвижных облучательных установок облучение целесообразно проводить при отсутствии в помещении обслуживающего персонала. Во время облучения может образовываться большое количество озона, поэтому в помещении долж- на работать приточно-вытяжная вентиляция.
Установки ультрафиолетового облучения могут быть стационарными, пе- редвижными и подвижными. В стационарных установках используют в основ- ном лампы низкого давления мощностью не более 40 Вт. Принцип расположе- ния облучателей в них такой же, как и в осветительных установках с люминес- центными лампами. В подвижных и передвижных установках применяют га- зоразрядные лампы высокого давления.
Создание локальных зон обогрева молодняка в животноводческих поме- щениях - один из способов экономии энергии в системах обогрева. В некоторых случаях локализованный обогрев необходим по технологическим условиям со- держания животных. Инфракрасное облучение в отличие от других видов обог- рева не только предохраняет молодняк от переохлаждения, но и стимулирует жизненно важные биологические процессы, повышает естественную сопротив- ляемость организма заболеваниям.
Ультрафиолетовое облучение животных наиболее эффективно в сочетании с инфракрасным обогревом. Их совместное действие обеспечивает лучшую со- хранность молодняка и повышает его продуктивность.
Контрольные вопросы
1. Назовите диапазоны длин волн видимого, ультрафиолетового и инфра- красного излучения.
2. Перечислите основные энергетические фотометрические величины, на- зовите единицы их измерения.
3. Расскажите об устройстве и принципе действия ламп накаливания.
4. Опишите устройство и принцип действия люминесцентных ламп.
5. Расскажите об особенностях устройства источников ультрафиолетового излучения (лампы типов ДРТ, ЛЭ, ДРВЭД и др. ).
6. Расскажите о принципе действия стартерной схемы включения люми- несцентной лампы.
7. Назовите основные конструктивные элементы светильника.
8. Какие установки и облучатели используют для воздействия на животных и птицу ультрафиолетовым излучением?
ЗАНЯТИЕ 36
Тема 5. 4. Элементы автоматики
|
|
|
