Лампы накаливания

2.1.1 Классификация ламп накаливани я. Светотехнические данные прибора определяются его световой частью, т.е. его источником излучения и светораспределяющего устройства. Все источники излучений делятся на три большие группы: лампы накаливания, газоразрядные лампы и квантовые приборы (светодиоды и лазеры). Типы ламп накаливания многообразны. Это лампы общего назначения, галогенные лампы накаливания, специальные, прожекторные, кинопроекционные, сигнальные, транспортные, самолетные и др.

Особенностью ламп накаливания является то, что их светящимися телами являются нити накала в виде вольфрамовых спиралей. Классификация ламп накаливания чаще всего проводится по двум признакам: по назначению и по конструкции. В основе классификации по конструкции лежит принцип группировки ламп, которые можно изготавливать на однотипном технологическом оборудовании.

Лампы накаливания можно классифицировать и по другим признакам, например, по напряжению питания, мощности, характеру среды, окружающей тело накала (вакуумированные, газонаполненные, с криптоновым, ксеноновым, аргоновым наполнением).

Параметры ламп накаливания имеют широкий диапазон номинальных значений. Ряд напряжений питания простирается от единиц вольт до 380 В, ряд мощностей – от долей ватта до 10-20 кВт, световой поток – от долей люмена до сотен тысяч люменов, сила света – от долей канделы до десятков тысяч кандел. Диаметр колбы – от единиц миллиметров до 200 мм.

У ламп с зеркальными колбами и встроенными экранами нормируются кривые силы света (диаграммы направленности), сила света в направлении оптической оси лампы, световой поток, излучаемый в нижнюю полусферу или какую-либо другую зону. Для большинства зеркальных ламп указывается коэффициент усиления , характеризующий усиление силы света в данном направлении к среднесферической силе света. Коэффициент усиления изменяется от 3 (для широкого светораспределения) и до 20 (для концентрированного светораспределения).

Яркость ламп накаливания изменяется в широких пределах. Лампы для кинопроекторов и светосигнальных приборов имеют высокую яркость. Для них применяют прозрачную колбу и компактное тело накала, имеющее максимальную температуру.

Для освещения помещений часто используют лампы с матированной колбой или колбой из молочного стекла.

Лампы накаливания имеют непрерывный спектр излучения, который можно описать как спектр нагретого тела.

Температура тел накала ламп накаливания составляет 2400…2600 К, при этом цветовая температура равна 2500…2700 К.

Кроме светотехнических параметров ламп накаливания для них являются важными геометрические и конструктивные параметры: габаритные размеры, присоединительные размеры (диаметр цоколя и патрона), форма и расположение тела накала, тип цоколя, форма ножки, а также м еханические и климатические параметры: вибростойкость, вибропрочность, ударопрочность, стойкость к внешним давлениям, стойкость к температуре, стойкость против воздействия влаги и агрессивных сред.

Экономичность ламп накаливания характеризуется световой отдачей , равной отношению светового потока, излучаемого лампой к ее электрической мощности.

Достоинства ламп накаливания: удобство эксплуатации, нулевое время разгорания, их можно непосредственно включать в сеть. Они имеют непрерывный спектр излучения и приемлемую цветопередачу, отработанную технологию изготовления, невысокую стоимость и достаточно высокую надежность.

К их недостаткам следует отнести: низкую световую отдачу, низкий КПД, отличие спектрального состава излучения от солнечного.

Нити накаливания современных ламп изготавливают из вольфрама с различными присадками, так как проволока из чистого вольфрама непрочна и плохо сохраняет форму. Для изготовления колб применяют специальные стекла БД-1 и ЗС-5. Для металлических вводов в колбу используют плагинит и молибден.

Выпускаются специальные светоизмерительные и температурные лампы накаливания, предназначенные для воспроизведения световых единиц и градуировки светоизмерительных приборов.

2.1.2 Галогенные лампы накаливания. Они имеют более стабильный в времени световой поток, меньшие размеры, более высокую термостойкость и механическую прочность благодаря использованию колбы из кварцевого стекла. малые размеры и прочная колба позволяют наполнять их до высоких давлений дорогостоящим ксеноном, что позволяет получать более высокую яркость, повышенную световую отдачу и срок службы. Галогенная добавка в виде соединений йода вводится в колбу. Галогенная добавка вызывает замкнутый химический цикл. При 300-1200 ⁰С пары йода на стенках колбы вступают в химическую реакцию с частицами вольфрама, образуя йодистый вольфрам WJ₂, который испаряется при температуре выше 250-300 С⁰, а при температуре 1400-1600 С⁰ молекулы йодистого вольфрама распадаются и атомы вольфрама оседают на теле накала и других деталях, имеющих температуру более 1600 С⁰, как это видно из рисунка 3.

1 – вольфрамовая нить накала; 2 – кварцевая колба.

Рисунок 3 – Схема поперечного сечения колбы галогеновой лампы накаливания

Освободившиеся атомы йода диффундируют к стенкам колбы и вновь соединяются с атомами вольфрама. При этом происходит регенерация вольфрамовой спирали, что увеличивает срок службы лампы или позволяет увеличить яркость лампы путем увеличения температуры нити накала до 3200 К.

Для прохождения йодного цикла необходимо выполнение ряда условий.

1 Температура внутренних стенок кварцевой колбы должна быть не менее 250 С⁰ и не выше 1200 С⁰ (оптимальное значение – 500…600 С⁰.

2 минимальная температура нити накала должна быть более 1600 С⁰.

3 Йод не должен образовывать на стенках других соединений кроме йодистого вольфрама. Поэтому в галогенных лампах недопустимо использование никелевого, молибденового, алюминиевого, фосфорного и циркониевого газовых поглотителей, с которыми йод активно реагирует.

4 Количество йода строго дозировано. Излишек его не допускается, так как пары йода заметно поглощают видимое излучение, особенно в сине-зеленой области (500-520 нм).

сейчас для изготовления галогенных ламп в качестве добавок используют бромистый метил (CH₃Br) и бромистый метилен (CH₂Br₂). Также установлено, что для оптимального протекания йодно-вольфрамового цикла необходимо присутствие в колбе некоторого количества кислорода.

Длинные линейные лампы не могут долго эксплуатироваться в вертикальном или наклонном положении, так как при этом галогенные добавки и инертный газ из-за разных молекулярных весов разделяются друг от друга и регенеративный цикл прекращается.

Галогенные лампы используются для светильников общего применения и прожекторов, в качестве инфракрасных облучателей и осветителей в кинотехнике, фототехнике и телевидении, в автомобильных фарах, для создания аэродромных огней, в качестве источников света в оптических приборах и в качестве источников нагрева в тепловом неразрушающем контроле.

Принятое у нас обозначение галогеновых ламп включает:

1) первая буква обозначает материал колбы (К – кварцевая);

2) вторая буква обозначает вид галогенной добавки (И – йод, Г – другой галоген);

3) третья буква характеризует область применения или конструктивные особенности (например, М – малогабаритная);

4) первая группа цифр определяет номинальное напряжение питания в вольтах;

5) вторая группа цифр в зависимости от принятой для данного типа ламп классификации обозначает или мощность в ваттах, или силу света в канделах, или ток в амперах, или световой поток в люменах;

6) последняя цифра обозначает порядковый номер разработки после первой.