1.3 Історія і перспективи розвитку теплових джерел світла

За принципом дії лампи розжарювання (ЛР) відносяться до класу теплових ДС, у яких випромінювання світла є результатом нагріву тіла розжарювання (ТР) до високих температур електричним струмом. Перша ЛР з'явилася в 1872 році, коли російський інженер Лодигін продемонстрував лампу у циліндричній прямій колбі, з якої було відкачано повітря, а в якості ТР було вмонтовано тонкий вугільний стержень. Ця лампа мала низьку світлову віддачу 2-3 Лм/Вт.

У подальші десятиліття вчені йшли шляхом пошуку нових матеріалів для  ТР і, як наслідок, тоді з'явилися лампи з ТР із танталу, ірідію, осмію, молібдену. Тільки в 1910 р. з'явилась лампа з вольфрамовим ТР, який і досі залишається незмінним матеріалом для цієї мети. Удосконалюється тільки технологія виготовлення ТР та його конструкція.

У 1913 р. для підвищення світлової віддачі ЛР при незмінному терміні служби тіло розжарювання стали виготовляти у формі спіралі, а пізніше –біспіралі.

Відомо, що вольфрам швидко окислюється в атмосфері повітря. Тому перші ЛР були вакуумними. Світлова віддача таких ламп досягає 8-9 Лм/Вт, а строк служби – 1000 годин. Вакуумні лампи і до сьогодні є незамінними у багатьох випадках.

Однак суттєвим недоліком вакуумних ламп є порівняно низька світлова віддача у зв'язку з неможливістю експлуатації ТР при температурах вище 2600-2800 К, при яких випаровування вольфраму сильно збільшується. За умов вакууму вольфрам безперешкодно випаровується і осідає на внутрішні стінки колби, що призводить до різкого спаду світлового потоку.

Один із шляхів протидії цьому процесу є наповнення лампи азотом і інертними газами - аргоном, криптоном та ксеноном. Поява газонаповнених ламп стала наступним великим кроком у напрямку подальшого удосконалення їх ефективності. Це дозволило суттєво підняти температуру ТР і підвищити світлову віддачу ламп до 12-15 Лм/Вт залежно від роду наповнюючого газу. При цьому термін служби залишається незмінним - 1000 год.

Однак газове наповнення в ЛР не суває шкідливої дії термічного випарювання вольфраму, воно лише значно його зменшує. Таким чином, виникає завдання очищення колби від осідаючих часток вольфраму. І рішення було знайдено: почали використовувати так званий галогенний цикл. Завдяки впровадженню усередину лампи певних додатків галогенів до інертного газу, створюються можливості і умови для виникнення і протікання таких фізико-хімічних реакцій, які приводять до повного очищення стінок колби від осідаючого вольфраму і повернення його назад на ТР.

Отже, наступним етапом у розвитку ЛР стало створення у 1959 р. перших кварцевих галогенних ЛР. Галогенні ЛР – є високоінтенсивними тепловими джерелами світла з малими габаритами, які знайшли використання у різних галузях науки, техніки та в побуті. Використання галогенних ЛР дало можливість знайти принципово нові технічні рішення багатьох завдань. Світлова віддача сучасних галогенних ЛР досягає 22-25 Лм/Вт при терміні служби 2000 год.

Сучасний стан в області теплових джерел світла полягає у наступному: ЛР сьогодні є найбільш розповсюдженими ДС у світі. Шість мільярдів мешканців Землі щороку використовують близько 15 мільярдів ЛР: тільки у Германії виробляється 300 млн. ЛР на рік [4].

Які параметри ЛР сьогодні? Для ЛР загального призначення світлова
віддача складає 10-15 Лм/Вт, а середній строк служби – 1000 год.

Зростання світлової віддачі ЛР обмежений температурою плавлення вольфраму (3680 К) і значною часткою інфрачервоного випромінювання у його спектрі.

Дещо кращі параметри мають сучасні галогенні ЛР, особливо низької напруги. Їм притаманні незмінність кольоровості випромінювання і світлового потоку протягом усього строку служби. Перспективним є повернення інфрачервоного випромінювання на спіраль за допомогою спеціальних відбивачів (ІRС-технологія). Це підвищує світлову віддачу до 30 Лм/Вт. Щорічно у світі виробляється близько 1 млн. галогенних ЛР.

Конструкція лампи розжарювання

Найбільш розповсюдженою є освітлювальна ЛР загального використання (рис. 1.2).

Рисунок 1.2  – Лампа розжарювання загального призначення

Лампа складається із таких основних деталей: скляна колба 1 виконується із скла молібденової або платинової груп; наповнення ламп 2 інертним газом обумовлено їх призначенням, напругою живлення і конструкцією ТР; тіло розжарювання 3 виконується із вольфрамового (зі спеціальними присадками) витягнутого дроту, звичайно звитого у спіраль чи біспіраль; молібденові гачки 4 призначені для надання певної форми тілу розжарювання і зменшення його провисання у процесі експлуатації; штабик 5 –  це скляна трубка, яка у верхній частині має утовщення (лінзочку), в яку вставляються гачки; частини 6,8 та 11 - відповідно внутрішні, середні і зовнішні ланцюги електрода. Внутрішній ланцюг виконується з міді та платиніту (вакуумні лампи) або нікелю (газонаповнені лампи). Середній ланцюг електрода, за допомогою якого здійснюється герметичний впай у скло, виконується з платиніту або молібдену. Тарілка 9 з розгорнутою нижньою частиною і опресованою верхньою – лопатка 7 служить для з’єднання штабика, електродів і штенгеля 10. Останній призначений для відкачки та наповнення лампи. Цоколь лампи, що складається з металевого (латуні або оцинкованої сталі) стакана 13, до якого приєднаний один з електродів, за допомогою спеціальної мастики 12 кріпиться до колби лампи. Другий електрод приварюється до контактної шайби цоколя 14, яка ізольована від стакана скломасою 15.

Контрольні запитання

1. Що називається джерелом світла?

2. Класифікація джерел світла.

3. Якими параметрами характеризуються джерела світла і як їх оцінити?

4. Назвіть основні етапи розвитку ламп розжарювання?

5. Які сучасні тенденції удосконалення ламп розжарювання?

6. Охарактеризуйте конструкцію ламп розжарювання.

7. Залежність параметрів ЛР від напруги мережі.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я