Источники искусственного излучения

3.5.1 Тема 5. Тепловые источники оптического излучения:

Рассматриваемые вопросы:

- основные характеристики источников излучения;

- лампы накаливания;

- галогенные лампы накаливания;

- источники инфракрасного излучения.

Рекомендуемая литература:

- Гуторов М.М. Основы светотехники и источники света: Учебное пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

- Епанешников М.М. Электрическое освещение. Учебное пособие для вузов. – М.: Энергия, 1973.

- Козинский В.А. Электрическое освещение и облучение. – М.: Агропромиздат, 1991.

Краткое содержание

Под источником оптического излучения понимают прибор, преобразующий какой либо вид энергии в энергию электромагнитного излучения оптического диапазона спектра (10÷10⁶ нм).

Современные источники излучения подразделяются на три группы:

- источники теплового излучения;

- люминесцентные источники излучения;

- источники смешанного излучения.

К первому классу относятся:

- лампы накаливания различных типов и назначения;

- источники излучение, которых обусловлено свечением анода (простая угольная дуга);

- источники горения, использующие свечение газокалильных сеток;

- керосиновые, масляные и прочие лампы.

Второй класс включает в себя источники, излучение которых, согласно закону Вавилова - Видемана, избыточно над тепловым (для соответствующей абсолютной температуры тела) при длительности , значительно превышающей период оптических колебаний (при ≥ 10¹⁰ с).

К третьему классу относятся источники, в которых присутствуют механизмы излучения первых двух групп. Например, дуга высокой интенсивности, в которой излучение анода является тепловым, а межэлектродное свечение редкоземельных металлов – люминесцентным.

Для оценки источников оптического излучения используется технические и эксплуатационные параметры.

К техническим параметрам относятся:

- показатели, характеризующие излучение и электрические параметры источника (лучистый поток, мощность, напряжение, ток);

- лучистый поток оценивается спектральной плотностью φ(λ), распределением в пространстве и изменением во времени.

 

К эксплуатационным параметрам относятся:

- энергетический КПД источника излучения,

η_эн = ;

- эффективный КПД,

 

η_{эфф .}= ,

 

где k(λ) – относительная спектральная чувствительность приемника;

- эффективная отдача излучения,

 

,

 

где q_max - спектральная чувствительность приемника;

Фе _эфф – эффективный энергетический поток;

- световой поток,

Ф = 683 ;

- световая отдача,

 

Н = ;

 

- сроки службы источников излучения (полный, полезный, гарантийный), надежность (вероятность безотказной работы).

Наиболее распространенными тепловыми источниками излучения являются лампы накаливания.

В развитии ламп накаливания принято выделить несколько периодов [1]:

- первый период (1800÷1880 г), создание ламп с угольным телом накала;

- второй период (1880 ÷1890 г), развитие ламп накаливания с угольным телом накала;

Третий период (1890 ÷1898 г), попытки создания ламп с металлизированной угольной нитью;

- четвертый этап, с 1898 г по настоящее время, развитие ламп с металлическим телом накала.

Лампы накаливания классифицируются в зависимости от областей применения:

- лампы накаливания общего назначения;

- лампы специального назначения.

Они выпускаются на различные напряжения и мощности.

Лампы накаливания отличаются друг от друга электрическими, эксплуатационными, светотехническими и экономическими параметрами.

К светотехническим параметрам относится номинальный световой поток, Ф (отклонение от номинального не более 5 ÷ 10 %).

 

Экономические параметры:

- световая отдача, Н = , [ ];

 

- световая эффективность,

K =

 

Эксплуатационные параметры:

- полный срок службы;

- средний срок службы;

- гарантированный срок службы;

- полезный срок службы.

Конструкцию ламп накаливания предлагается изучить самостоятельно [1, 2], здесь же рассмотрим основные детали и особенности.

Стеклянная колба лампы выполняется из стекла платиновой или молибденовой группы. Тело накала изготавливается из вольфрамовой (со специальными присадками) тянутой проволоки свитой в спираль, биспираль или триспираль, что дает возможность уменьшения тепловых потерь и скорости испарения вольфрама. С целью повышения температуры тела накала и уменьшения распыления вольфрама, колба лампы наполняется инертными газами и их смесями при давлении 0,1 МПа (600 мм рт. ст.)

Чтобы уменьшить тепловые потери на конвекцию, количество азота в смеси, должно быть не более 14÷16 % (соответственно, аргона – 84÷86 %).

Увеличение процентного содержания аргона (в связи с низким уровнем напряжения зажигания) может привести к пробою и выходу из строя спирали.

В настоящее время используются криптоновые и ксеноновые смеси газов. Основным параметром, определяющим световые характеристики ламп накаливания, является температура тела накала (для вакуумных ламп не более 2400 К, для газополных ламп до 2900 К).

Основные характеристики ламп накаливания аналогичны ранее рассмотренным параметрам, это: номинальное напряжение; электрическая мощность; световой поток; световая отдача; цветность излучения; срок службы.

Световая отдача определяет экономичность источника излучения:

 

Н = Ф/Р [лм/Вт].

 

Цветность излучения, зависит от температуры тела накала.

В спектре излучения обычных ламп накаливания (при номинальных параметрах) преобладает видимое излучение в желтой и красной частях спектра (при недостатке в синей и фиолетовых частях), по сравнению с дневным светом, что приводит к искажению цветопередачи.

Известно, что отклонение напряжения от номинального приводит к изменению характеристик лампы, значения которых можно определить (с точностью 1÷2 %) по формуле:

 

 

где х – значение искомой характеристики;

m – показатель степени (табл. 3.5.1).

 

 

Таблица 3.5.1 Значения показателя степени

 

Характеристика	Значение, m
Сила света, световой поток	3,6
Мощность	1,6
Световая отдача	2,0
Срок службы	13 (вакуумные) 14 (газополные)

 

Следует отметить, что световой КПД ламп накаливания не высок и не превышает 3 %. Энергетический баланс лампы накаливания общего назначения приведен в таблице 3.5.2

 

Таблица 3.5.2 Энергетический баланс лампы накаливания мощностью 100 Вт, %

Распределение энергии	Тип лампы
Вакуумная	Газополная, биспиральная	Газополная, криптоновая	Газополная, спиральная
Излучение в видимой части спектра
Излучения в невидимой части спектра
Потери на теплопроводность
Потери на конвекцию	-

 

В маркировке ламп накаливания имеются буквы указывающие её тип (В – вакуумная, Б - биспиральная аргоновая, Г- газополная моноспиральная аргоновая, БК- биспиральная криптоновая), а также цифры, указывающие диапазон напряжений и мощность.

Для ламп в колбе из матированного, молочного и опалового стекла добавляются буквы: МТ; МЛ; ОП.

Из категории специальных ламп можно выделить следующие типы: прожекторные; зеркальные; галогенные.

Прожекторные лампы накаливания (ПЖ), предназначены для установки в прожекторах. Отличаются формой колбы. Нить накала образует вертикальную плоскую площадку, что дает возможность формирования светового пучка с меньшими потерями светового потока.

Зеркальные лампы имеют специальную форму колбы и внутреннюю зеркальную поверхность, т.е. являются лампами-светильниками.

По характеру распределения потока в пространстве могут быть концентрированного (ЗК), среднего (ЗС) и широкого (ЗШ) светораспределения.

Кварцевые галогенные лампы накаливания (КГ), по сравнению с лампами накаливания общего назначения, имеют более высокую световую отдачу (до 20 лм/Вт) и больший срок службы (до 2000 ч.)

Галогенные лампы представляют собой трубку из кварцевого стекла, в которой по длине трубки располагается спираль.

Колба заполняется аргоном, ксеноном или криптоном при давлении до 10 Па.

В состав смеси вводятся галогены (например, йод), что дает возможность регенерации вольфрамовой спирали.

Пары йода (в зоне более низкой температуры) соединяются с вольфрамом, осевшим на стенки колбы, образуя йодистый вольфрам. Частицы этого соединения, диффундируя в зону раскаленной спирали, распадаются на вольфрам и йод. Вольфрам оседает на спираль, а освободившийся галоген повторяет цикл.

Такой процесс способствует восстановлению спирали и увеличению срока службы.

На основе рассмотренных ламп накаливания разработаны источники инфракрасного излучения (за счет уменьшения температуры тела накала происходит смещение излучения в инфракрасную область):

зеркальные инфракрасные, типа ИКЗ;

зеркальные инфракрасные с красной колбой, типа ИКЗК;

кварцевые лампы - термоизлучатели типа КГД и КГТ; предназначенные для инфракрасной сушки, полимеризации, стимулирования химических и биологических процессов.

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: