Характеристики ламп накаливания

Основными характеристиками осветительных ламп накаливания являются электрические, светотехнические, и эксплуатационные.

Электрические: номинальная мощность, напряжение.

Светотехнические: световой поток, спектральный состав излучения.

Эксплуатационные: световая отдача, срок службы, геометрические размеры.

Мощность ламп зависит от напряжения и геометрических размеров вольфрамовой спирали

, (2.4)

где – сопротивление спирали при рабочей температуре, Ом;

– удельное сопротивление вольфрама при рабочей температуре;

– площадь сечения вольфрамовой проволоки, мм²;

l – длина вольфрамовой проволоки, м.

Световой поток лампы при заданной мощности зависит только от температуры тела накала. Это следует из закона Стефана-Больцмана, согласно которому

, (2.5)

где Ф – световой поток тела накала лампы, лм;

S – площадь излучающей поверхности тела накала, м²,

С – коэффициент перехода от энергетического к световому потоку, лм Вт^–1.

Из выражения 2.5 следует, что при одной и той же электрической мощности вакуумные лампы создают меньший световой поток, чем газонаполненные, спиральные – меньше чем биспиральные, так как температура накала у них различная.

Спектр излучения ламп накаливания сплошной, лежит в красно-желтой области (360…780 нм). Максимум излучения приходится на инфракрасные длины волн.

Световая отдача показывает, какой световой поток испускает лампа на единицу мощности, потребляемой из электрической сети (лм·Вт^–1). В идеальном случае световая отдача зависит только от температуры тела накала. Например, при увеличении температуры вольфрама от 2400 до 3200 К его световая отдача возрастает с 9,4 до 34,7 лм·Вт^–1. В реальных условиях световая отдача ламп накаливания зависит от геометрических размеров и конструкции тела накала.

Для заданного типа ламп световая отдача определяется выражением

. (2.6)

Световая отдача характеризует экономичность источника света. Для ламп накаливания световая отдача равна 7…20 лм·Вт^–1. Увеличение световой отдачи за счет роста температуры ограничено резким снижением срока службы тела накала.

Срок службы ламп зависит от стойкости тела накала.

Основным фактором, влияющим на характеристики ламп накаливания при их эксплуатации, является напряжение. Отклонение питающего напряжения от номинального значения существенно влияет на характеристики ламп накаливания.

Изменение светового потока Ф, электрической мощности Р, световой отдачи η, тока I и средней продолжительности горения при отклонениях питающего напряжения могут быть приближенно определены из уравнений:

(2.7)

Как видно из уравнений 2.7, с ростом напряжения на лампе резко увеличивается сила тока, мощность, световой поток и световая отдача, но уменьшается средний срок службы. При небольших отклонениях напряжения в сети (до 7,5 %) можно приближенно считать, что отклонение напряжения ±1 % изменяет световой поток лампы на 2,7 %, а среднюю продолжительность горения на ±14 %.

Инфракрасные излучатели

В светотехнике помимо видимого излучения используется также и инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Невидимые инфракрасные лучи являются тепловыми и участвуют в переносе теплоты от одного тела к другому. Они появляются при нагреве какого-либо тела (например, куска металла) до температуры не выше 800 К. На шкале электромагнитных волн они занимают достаточно широкий диапазон между красным концом видимого спектра излучения света и коротковолновым радиоизлучением. Инфракрасное излучение находит широкое применение в дефектоскопии, в приборах ночного видения и ночного фотографирования, в средствах скрытой сигнализации и т. д.

Инфракрасные лучи представляют собой электромагнитные колебания с длиной воны 10^-4–10^-2 см. Они непосредственно примыкают к красному участку видимой части спектра, но не видимы глазом человека. Инфракрасные лучи практически не рассеиваются в пространстве и, проникая в глубь тел, производят их нагрев. Глубина проникновения зависит от свойств нагреваемого материала, его структуры, характера поверхности и может составлять от десятых долей до нескольких миллиметров.

Для каждого вещества имеется определенная длина волн инфракрасного излучения, при которой происходит наиболее эффективный его нагрев. Воздух для инфракрасных лучей практически прозрачен, поэтому передача теплоты от источника инфракрасного излучения к нагреваемому объекту происходит без заметных потерь.

Простейшими источниками инфракрасного излучения являются лампы накаливания, работающие при пониженном напряжении, когда они излучают преимущественно невидимее инфракрасные лучи и незначительную долю составляют видимые световые лучи.

Промышленностью выпускаются излучатели различных типов. Главными признаками, определяющими область наиболее эффективного использования излучателя каждого типа, является рабочая температура, длина волны максимального излучения и зона равномерной плотности излучения.

Основными источниками инфракрасных лучей являются ламповые излучатели с зеркальными отражателями (длина волны максимального излучения 1,05 мкм), кварцевые трубчатые (2…3 мкм), неметаллические стержневые нагреватели с рефлектором (6…8 мкм) и трубчатые электронагреватели (ТЭН).

В сельскохозяйственном производстве для сушки сельскохозяйственной продукции, обогрева молодняка животных и птиц удобно применять источники инфракрасного (ИК) излучения. Специфической особенностью ИК излучения является его тепловое действие и хорошая проникающая способность.

Инфракрасное излучатели можно получить от инфракрасных ламп это «световые» излучатели или лампы термоизлучатели и трубчатых электрических нагревателей или спиралей из материалов и сплавов имеющих высокое удельное сопротивление – «темные» излучатели.

«Светлые» источники имеют конструкцию ламп накаливания, однако их тело накала рассчитано на меньшую, чем в осветительных лампах накаливания температуру в пределах 2270…2770 К для увеличения доли инфракрасного излучения и сокращения доли видимого излучения. Максимум спектральной плотности излучения таких ламп смещен в длинно-волновую часть спектра и приходится на излучение с длиной волны 1000…1400 нм.

Электротехническая промышленность выпускает специальные инфракрасные излучатели в виде ламп накаливания типа ИКЗ 220 мощность 250, 500 Вт – инфракрасный излучатель с зеркальным отражателем, а также ИКЗС и ИКЗК со светлой или красной колбой.

Пониженная температура тела накала инфракрасных ламп способствует увеличению их срока службы до 5000 ч.

Инфракрасные излучатели (лампы) типа КГ 220-1000, которые представляют собой цилиндрическую трубку диаметром около 10 мм и длиной 370 мм. Тело накала лампы выполнено в виде вольфрамовой спирали, смонтированной по оси трубки на вольфрамовых поддержках. Ввод в лампу выполнен посредством молибденовых электродов, впаянных в кварцевые ножки. Концы спирали тела накала навернуты на внутреннюю часть вводов. Цоколи выполнены из никелевой ленты со швом, в который введены наружные молибденовые выводы. Трубка изготавливается из кварцевого стекла и наполняется аргоном с содержанием йода. Добавление внутрь колбы йода позволяет уменьшить распыление вольфрама и тем самым увеличить срок службы ламп до 3000 ч.

«Темные» источники инфракрасного излучения конструктивно состоят из металлической трубки, внутрь которой помещается спиральный нагреватель из нихромовой проволоки и заполняется огнестойкой изоляционной массой. Спектр излучения «темных» излучателей находится в диапазоне длин волн 1400…10000 нм с максимумом спектральной плотности излучения при 4000 нм.

Для применения теплоэлектронагревателей (ТЭН) в качестве инфракрасного обогрева они производятся с различной единичной мощность от 400 до 1500 Вт и более на напряжение 220 В. Срок службы ТЭНов до 10000 ч.

Для защиты источника инфракрасного излучения от механических повреждений, а также от загрязнения, влаги ИК заключаются в специальные кожухи, применяются различные защитные сетки. Для перераспределения потока излучения в пространстве применяют отражатели. Источник ИК совместно с арматурой называется облучатель.

Технические данные некоторых типов облучателей приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Технические данные облучателей

Тип облучателя	Тип ИК излучателя	Мощность, Вт	Масса, кг
ОРИ- ОРИ-2 ОВИ-1 ССП01-250 «ЛАТВИКО» ИКУФ-1 ИКУФ-1М «ЛУЧ» ОКВ-1376А	ИКЗ 220-500 ПС-701Е-375 ИКЗК 220-500-1 ИКЗ 220-250 КГ 220-1000 ИКЗК 220-250, ЛЭ-15 ИКЗК 220-250, ЛЭ-15 ИКЗК 220-250, ЛЭ-15 ТЭН	500 375 500 250 1000 520 520 520 1200	2,0 1,5 1,5 2,4 2,5 5,1 6,5 5,9