Hehkulampun kuvaus ja toimintaperiaate
Mikä on hehkulamppu
Hehkulamppu, jäljempänä LN, on keinovalon lähde, jossa valovirta saadaan lämmittämällä ohut metallilanka kuuman metallin hehkun lämpötilaan. Lämmitystä varten hehkulangan läpi johdetaan sähkövirtaa. Ensimmäisissä lampuissa oli hiiltynyttä orgaanista ainetta, kuten bambua, kuidun muodossa oleva filamentti.
Jotta lanka ei palaisi nopeasti loppuun, pullosta pumpattiin ilmaa ja suljettiin. Tai he täyttivät pullon kaasukoostumuksella, jossa ei ole hapettavaa ainetta - happea. Tällaisia kaasuja kutsutaan inertiksi - argoniksi, neoniksi, heliumiksi, typeksi jne. Nämä kaasut on nimetty siten, koska ne eivät reagoi metallien kanssa, ts. inertti.
Ensimmäiset lamput hiilifilamentilla sen käyttöresurssi oli enintään tusina tuntia. Se kasvoi merkittävästi hiililangan korvaamisen jälkeen ohuella metallilangalla.
Tällaista valoa kutsuttiin hehkuvaloksi, ts. kuuma metallivalo. Ja lankaa kutsuttiin filamentiksi. Esimerkiksi 1200°C:een kuumennettu teräs hehkuu kelta-valkoisena, kun taas 1300°C:ssa lähes valkoisena.
1800-luvun lopulla nopeasti palanut hiililanka korvattiin tulenkestävällä metallilla - volframilla, molybdeenillä, osmiumilla tai metallioksideilla - zirkoniumilla, magnesiumilla, yttriumilla jne.
Täyttämällä pullo inertillä kaasulla metallin haihtumisnopeus kuumasta filamentista väheni, ja siksi sen toiminnan kesto pidennettiin.
Suurella teholla filamentit valmistetaan "haarautuneessa" muodossa. Suuntavirran luomiseen tarkoitetuissa projektiovalonlähteissä on monimutkainen konfiguraatiokierre, joka muodostaa litteän rakenteen, joka on kohtisuorassa säteilyakseliin nähden. Tässä tapauksessa lampun sisään asetetaan valoheijastin, esimerkiksi ohuen kerroksen ruiskutettua metallia - hopeaa tai alumiinia.
Lampun syöttämiseksi suoraan tuolloin olemassa olevasta verkkovirrasta, jonka vakiojännite oli 110 V, tarvittiin pitkä ja ohut metallilanka. Tämä lisäsi vastusta, mikä tarkoittaa, että lämmitykseen tarvittiin vähemmän virtaa.
Tiheää "pakkausta" varten pienessä tilavuudessa läpinäkyvää lasipulloa lanka taivutettiin toistuvasti ja asetettiin langanpitimiin.
Tällainen langan taivutus vaikeutti ensimmäisten valonlähteiden suunnittelua, jotka toimivat paljon kauemmin kuin "hiili". Läpimurto hehkulamppujen suunnittelussa oli ehdotus langan kiertämisestä spiraaliksi. Tämä pienensi sen kokoa useita kertoja.
Vielä pienempi koko hehkulampun rungosta saatiin taittamalla ohut spiraali toiseksi, mutta halkaisijaltaan suuremmiksi spiraaliksi. Kaksoiskierrettä kutsutaan biheliksiksi.
Seuraava vaihe valonlähteiden kehittämisessä oli siirtyminen AC-verkkoihin ja muuntajan käyttö lamppujen syöttöjännitteen alentamiseksi.
Hehkulampun pääosat
Hehkulampun tärkeimmät rakenneosat ovat:
- filamentti tai filamenttirunko;
- liittimet kierteen kiinnittämiseen;
- pullo suojaamaan lankaa nopealta palamiselta ja ulkoisilta vaikutuksilta;
- alusta asennettavaksi patruunaan ja liittämistä varten verkkovirtaan;
- sokkelin koskettimet - kierteinen runko ja keskikosketin sokkelin pohjassa.
Ankkuri on suunniteltu kiinnittämään kierre ja luomaan vaadittu konfiguraatio ja valovirran suunta.
Pohjaa tarvitaan kiinnitystä varten asennuspatruunaan ja pulloon liittämiseen. Jälkiasennettavissa lampuissa, hehkulamppujen analogeissa, osa teholaitteesta sijoitetaan alustaan.
sokkeli
Käytössä halogeenihehkulamputPullon syöttöjännitteestä, tehosta ja rakenteesta riippuen asennetaan useita tyyppejä - kierteitetty, tappi, bajonetti, tappi jne.
Pistojen kosketinjärjestelmä tarvitaan verkkovirtaan tai virtalähteeseen liittämistä varten.
Pullo
Läpinäkyvää pulloa LN käytetään:
- kierteen suojaaminen ulkoilmasta, joka sisältää hapettavaa ainetta - happea;
- tyhjiön tai kaasukoostumuksen luominen ja ylläpitäminen;
- loisteaineen ja/tai pinnoitteiden sijoittaminen, jotka muuttavat erityyppistä sähkömagneettista energiaa näkyväksi säteilyksi, palauttavat lämmön hehkulankaan, muuttavat näkymätöntä UV- ja IR-säteilyä valoksi, korjaavat lampun hehkun varjoa - punainen, vihreä, sininen.
Hehkuva vartalo
Hehkulamppu on lanka, joka on rullattu spiraaliksi tai bispiraaliksi tai ohueksi metallinauhaksi.
Kaasu keskipitkä
Inertit kaasut, jotka täyttävät lampun sipulin, esimerkiksi typpi, argon, neon, helium. Inerttien kaasujen seokseen lisätään halogeeniaineita.
Miten LN toimii ja miten se toimii
Hehkulampun laite on muuttunut vähän sen kehityksen aikana. Hehkuvan aineen hehkun periaatteella toimiva pääelementti on filamentti tai hehkukappale. Tämä on ohut volframilanka, jonka halkaisija on 30-40, enintään 50 mikronia tai mikrometriä (metrin miljoonasosaa).
Hehkuvat värit alkavat punaisesta ja lämpötilan noustessa ne siirtyvät oranssista, keltaisesta valkoiseksi. Lämpötilan edelleen noustessa hehkukappaleen metalli ensin sulaa ja palaa sitten hapen läsnä ollessa.
Opetusvideo: Kuinka modernit hehkulamput toimivat
Kylmällä volframilangalla on alhainen resistanssi. Volframilla, kuten useimmilla metalleilla, on positiivinen resistanssin lämpötilakerroin TCR.Tämä tarkoittaa, että lämmitettäessä hehkulankaa sähkövirralla, sen vastus kasvaa.
Ennen kuin lamppu sytytetään, hehkulanka on kylmä ja sillä on vähän vastusta. Siksi päällekytkentähetkellä virtaa syötetään 10-15 kertaa enemmän kuin nimellinen. Tätä hyppyä kutsutaan käynnistykseksi. Ja usein hän onkin palamisen syy hehkuvat ruumiit.
Langan lämpeneminen kestää sekunnin murto-osan. Tänä aikana sen vastus kasvaa. Aluksi lampun läpi kulkeva suuri virta, kun kaasu, polttimo ja kaikki rakenneosat lämpenevät, pienenee nimellisarvoon. Joten valonlähde siirtyy määritettyyn tilaan ja tuottaa passin valovirran. Myös hehkun sävy muuttuu nimelliseksi, ts. joka vastaa värilämpötilaa 2000-3500 K. Sitä kutsutaan lämpimäksi valkoiseksi ja siinä on useita värilämpötila-asteikkoja alkuperäisillä nimillä ja lyhenteillä määritetyllä alueella. Esimerkiksi:
- erittäin lämmin valkoinen - 2200-2400 K, S-Warm tai S-W, se on myös erittäin lämmin valkoinen tai lämmin 2400;
- lämmin - 2600-2800 K tai lämmin 2700;
- lämmin valkoinen - 2700-3500 K tai lämmin valkoinen (WW);
- toinen lämmin on 2900-3100 K tai lämmin 3000 (W).
Yksittäisten lamppuelementtien lämpötila
LON-polttimon ulkopinta riippuu lampun tehosta ja se voidaan lämmittää 250-300 ℃ tai enemmän.
Lanka kuumennetaan 2000-2800 ℃:seen, volframin sulamispisteessä 3410°C.
Joissakin malleissa filamentti on valmistettu osmiumista, jonka sulamispiste on 3045 ℃ tai reniumista - 2174. Joten LN:n emissiospektri siirtyy näkyvän spektrin punaiselle alueelle.
Mitä kaasua polttimossa on
Ensimmäisissä lampuissa ilma pumpattiin ulos pullosta.Nyt vain pienitehoiset hehkulamput, enintään 25 wattia, evakuoidaan (ilma pumpataan ulos).
2-3 tuhannen asteen lämmitetyn volframilangan käytön aikana metalli haihtuu voimakkaasti sen pinnalta. Sen höyryt laskeutuvat polttimon sisäpuolelle ja vähentävät sen valonläpäisyä.
Viime vuosisadan alussa tehdyt tutkimukset osoittivat, että jos pullo täytetään inertillä kaasulla, haihtuminen vähenee ja valoteho kasvaa. Siksi pullot alettiin täyttää jollakin inertistä kaasusta tai niiden seoksesta. Useimmiten nämä ovat argon, typpi, ksenon, krypton, helium jne. Heliumia käytetään uudentyyppisten LED-jälkiasennuslamppujen sisäosien tehokkaaseen passiiviseen jäähdytykseen.
Tätä koetta ei ehdottomasti suositella suoritettavaksi kotona.
Niiden tärkein valoa säteilevä elementti on ohut keinosafiirista tai lasista valmistettu sauva, jossa LED-kiteet sijaitsevat. Tällaista emitteriä kutsutaan filamentiksi. Jotkut "asiantuntijat" sekoittivat olemuksen hehkulamput ja kutsuivat niitä "lampuiksi, joissa on safiirivalosäteily". Vaikka keinotekoista safiiria näissä lampuissa käytetään vain LED-kiteiden asennusalustana ja passiivisena jäähdytyselementtinä.
LN:n vika useimmissa tapauksissa ei liity metallin haihtumiseen hehkukappaleen pinnalta, vaan tämän prosessin kiihtymiseen alueilla, jotka rikkovat filamentin paksuutta. Tämä tapahtuu langan terävän taivutuksen tai sen murtuman alueella. Tässä paikassa sen vastus kasvaa paikallisesti, jännite, tehohäviö ja metallin lämpötila kasvavat. Haihtuminen kiihtyy, muuttuu lumivyöryksi, lanka pienentää nopeasti paksuutta ja palaa.
Tämä ongelma ratkaistiin 1950-luvun lopulla ja 1960-luvun alussa aloittamalla halogeenihehkulamppujen massatuotanto.
Halogeeneja - klooria, bromia, fluoria tai jodia - alettiin lisätä inertin kaasun tai seoksen koostumukseen. Tämän seurauksena metallin haihtumisprosessi pysähtyy kokonaan tai hidastuu merkittävästi. Näiden lisäaineiden atomit sitovat volframihöyryä muodostaen molekyylejä epästabiileista yhdisteistä. Ne asettuvat hehkukappaleen pinnalle. Korkean lämpötilan vaikutuksesta molekyylit hajoavat ja vapauttavat halogeeniatomeja ja puhdasta metallia, joka laskeutuu langan kuumalle pinnalle ja palauttaa osittain haihtuneen kerroksen.
Tätä prosessia tehostetaan lisäämällä painetta. Tämä lisää hehkulangan lämpötilaa, käyttöikää, valotehoa, tehokkuutta ja muita ominaisuuksia. Emissiospektri siirtyy valkoiselle puolelle. Kaasutäytteisissä lampuissa polttimon pinnan sisäpuolelta tummuminen volframihöyrystä hidastuu. Tällaisia valonlähteitä kutsutaan halogeeneiksi.
Sähköiset parametrit
Hehkulamppujen sähköisiä ominaisuuksia ovat mm.
- sähköteho, mitattuna watteina - W, valmistettujen mallien valikoima - useista wateista (taskulamppujen hehkulamppu - 1 W) 500 ja jopa 1000 W;
- valovirta, Lm (luumen), liittyy tehoon - 20 Lm 5 W:lla - 2500 Lm 200 W:lla, suuremmalla teholla valovirta on suurempi;
- valotehokkuus, energiatehokkuus tai hyötysuhde, Lm / W - kuinka monta lumenia valoa valovirran muodossa antaa kullekin verkosta tai virtalähteestä kulutetun tehon watin;
- valovoima tai kirkkaus, cd (candela);
- värilämpötila - ehdollisen mustan kappaleen lämpötila, joka lähettää valoa tietyllä sävyllä.
Sähkölampun tarkoitus
Sähkölamput voidaan jakaa useisiin tyyppeihin käyttötarkoituksensa mukaan - yleiseen, tekniseen ja erikoiskäyttöön.
Pääasiallinen julkinen käyttö on keinovalon tarjoaminen kenelle tahansa ihmiselle, eläimille ja linnuille yöllä tai pimeässä huoneessa.
Valon avulla ihmiset pidentävät päivittäistä toimintaansa useilla tunteilla. Se voi olla työ- ja opiskeluprosesseja, kotitöitä. Liikenneturvallisuus paranee, lääkintäapu on illalla ja yöllä ja monet muut.
Lamppuja käytetään aktiivisesti karjatiloilla ja siipikarjatiloilla viljelyyn kasvit kasvihuonekomplekseissa. Ne valaistaan tietyn spektrin ja valovirran suuruuden omaavalla valolla. Kalojen kasvattamiseen tarvitaan myös valoa, jolla on erityinen spektrikoostumus.
tekninen tarkoitus. Tuotannossa käytetään teknologisiin tarkoituksiin laitteita, jotka antavat näkyvää ja näkymätöntä valoa. Esimerkkejä:
- tarkkaa ja tärkeää työtä varten henkilö tarvitsee työpaikan korkean valaistuksen;
- IR - infrapunasäteilyä käytetään teollisuudessa esimerkiksi rakenteellisten osien kosketuksettomaan lämmitykseen tai ilmastotekniikassa pakkasella avoimessa ilmassa työskentelevän henkilön lämmittämiseen, sotatarvikkeissa ja metsästyksessä - aseiden yötähtäimet, yönäkölaitteet jne. ;
- UV- säteilyä käytetään hammaslääketieteessä täytteiden nopeaan kovettumiseen, hammasproteesien valmistukseen jne., lääketieteessä ja sanitaatiossa - tilojen desinfiointi, työkalut, vaatteet, huonekalujen pinnat, ilma, vesi, lääkkeet jne.
Erikoislamppuja käytetään valaistussa ulko- ja sisämainonnassa, kriminalistiikassa, ilmailussa ja astronautiikassa, show-esitysten valosäestyksenä ja monissa muissa.
Päätyypit ja ominaisuudet
Hehkulamppujen päätyypit ovat:
- Yleiskäyttöiset lamput. Nimetty lyhenteellä LON. Yleensä nämä ovat laitteita, joiden teho on 25, 40, 60, 75 ja 100 wattia. Yleisin - 60 wattia. Mutta teollisesti valmistettu LON, jonka kapasiteetti on 150, 200, 500 ja jopa 1000 wattia.
- Halogeenihehkulamput. Valmistettu käytettäväksi 220 tai 110 V suurjänniteverkosta ja pienjänniteverkosta. Tässä tapauksessa ne saavat virtaa alaspäin lasketusta muuntajasta.
Pienjännitehalogeenin LN lajikkeet:
- kapseli, ovat muodoltaan täyslasiputkia erilaisilla sokkelilla - päätytappi GY6.35 tai G4;
- refleksi, jossa on heijastava elementti, halkaisija 35-111 mm, GZ10-jalusta lisävarusteilla.
Korkea jännite. Pääjännite 220-230 V, 50 Hz. Näissä lampuissa on enemmän vaihtoehtoja:
- lineaarinen lasiputken muodossa, jossa on R7S-holkit;
- sylinterimäinen - sokkelit E27, E14 tai B15D;
- kauko- tai lisäpullolla.
Uusimmassa mallissa pienikokoinen halogeenilamppu-kapseli tai -putki on asennettu jäykästi lampun sisään. Se on hitsattu perinteisen LON-polttimoiden keskitankoon, ja siinä on joustavat johdot yhdistetty Edison E27- tai E14-standardiin. Tehonkulutuksella 70-100 W se tuottaa 20-30 % enemmän valovirtaa kuin perinteinen hehkulamppu.
Näillä malleilla on korkeampi energiatehokkuus saavuttaen 12-25 lm / W, kun taas perinteisten LON-mallien valoteho on 3-4 - 10-12 lm / W.
Halogeenimallien käyttöikä vaihtelee 4-5 - 10-12 tuhatta tuntia.
Lamppujen erottelu tarkoituksen ja suunnittelun mukaan
koristeelliset lamput
Viime vuosina on ilmestynyt retrolamppuja, jotka jäljittelevät vintage Edison LN:itä.
Lisäksi ne jäljittelevät "kynttilää", "kynttilää tuulessa", "kuhmua", "päärynää", "palloa" jne. sipulin muodossa.
Peilattu
Peililampuissa osa polttimosta on peitetty sisältä heijastavalla kerroksella. Useimmiten tämä on metallipinnoite - hopea, alumiini, kulta jne. Tämä kerros voi olla ohut, läpikuultava tai paksu, läpinäkymätön.
Peilirakenteita käytetään tuotannossa ehdottoman puhtaaseen prosessilämmitykseen, esimerkiksi puolijohdetuotannossa, jossa materiaalit ovat puhtaimpia. Tässä tapauksessa hehkulamppujen haitta - suuri infrapunasäteilyn virta - tulee niiden ylittämättömästä edusta.
Tällaisia lamppuja käytetään lampuissa, joissa on kapea pyörivä valonsäde.
Signaali
Merkkivalot ovat vilkkuvia valonlähteitä. Yleensä vilkkuvien majakoiden muodossa, esimerkiksi virka-autoissa, lentokoneissa ja helikoptereissa, valoviestien välittämiseen laivastossa jne. Niissä on ohut filamentti, joka tarjoaa nopean kirkkauden.
Kuljetus
Tämäntyyppinen lamppu on suunniteltu käytettäväksi erilaisissa kuljetuksissa - autoissa, rautateissä ja metroissa, joki- ja merialuksissa. Niiden tärkein vaatimus on tärinän ja iskujen kestävyys. Tätä varten filamentti tehdään lyhyeksi ja kiinnitetään useisiin tukielementteihin.Tällaisten lamppujen pohjat ovat bajonetti Swan, tappi tai soffit. Ne eivät anna laitteen päästä ulos ja pudota patruunasta.
Valot
Nimestä käy selväksi, että lamppuja käytetään valaistukseen. Siksi niiden pullot on valmistettu erivärisistä lasista - sininen, vihreä, keltainen, punainen jne.
kaksisäikeinen
Tällaisen hehkulampun kaavio: yhdessä polttimossa on kaksi erillistä hehkulankaa. Esimerkiksi auton ajovaloissa käytetään kaksihehkulamppua seuraavasti:
- kun jännite syötetään yhteen kierteeseen, lähivalot kytketään päälle - valovirta "puristetaan" tiepohjaan ja säde ulottuu useiden kymmenien metrien yli;
- toiseen lankaan vaihtamisen jälkeen valo nousee ja sen kantama voi olla satoja metrejä, ja virta on paljon suurempi.
Tällaiset lamput voivat olla takavaloissa. Ensimmäinen lanka on sivuvaloja varten, toinen on jarruvaloa varten.
Liikennevaloissa kaksoishehkulamput lisäävät niiden luotettavuutta. Kopiointi antaa laitteen toimia joko yhdellä säikeellä tai käynnistää toisen, kun ensimmäinen on palanut loppuun. Ja esimerkiksi rautateillä signaloinnin luotettavuus on tae kuljetusturvallisuudesta.
Yleinen, paikallinen käyttötarkoitus
Ylärivi, vasemmalta oikealle - lamppu E14-jalustalla - kattokruunuille, lamppuille ja pienikokoisille lampuille; E27-pohjalla - yleiskäyttöinen; vihreä, punainen, keltainen - valaiseva.
Alarivi: sininen - lääketieteellinen käyttö toimenpiteisiin; heijastimella varustettu peili - valokuvaustöihin tai erikoisvalaistukseen, violetilla lasilla, kaksi ulompaa - koristeellinen "kynttilän" polttimolla ja E27- ja E14-sokoilla.
Hyvät ja huonot puolet
Hehkulamppujen edut:
- alhainen hinta - yksinkertaiset ja edulliset materiaalit, suunnittelu ja tekniikka on kehitetty vuosikymmeniä, automatisoitu massatuotanto;
- suhteellisen pieni koko;
- jännitepiikit verkossa eivät aiheuta välitöntä vikaa;
- käynnistys sekä uudelleenkäynnistys - välitön;
- kun se saa virran vaihtovirralla taajuudella 50-60 Hz, kirkkauspulsaatiot ovat tuskin havaittavissa;
- hehkun kirkkautta säätelevät himmentimet;
- säteilyspektri on jatkuva ja silmälle tuttu - samanlainen kuin aurinko;
- eri valmistajien lamppuominaisuuksien lähes täydellinen toistettavuus;
- värintoistoindeksi Ra tai CRI - valaistujen kohteiden värisävyjen toiston laatu - on 100, mikä on täysin yhdenmukainen auringon ilmaisimen kanssa;
- kompaktin filamentin pienet mitat antavat selkeät varjot;
- korkea luotettavuus ankarissa pakkasen ja lämmön olosuhteissa;
- suunnittelu mahdollistaa mallien massatuotannon, joiden käyttöjännitteet ovat murto-osista satoihin voltteihin;
- virtalähde vaihto- tai tasajännitteestä käynnistyslaitteiden puuttuessa;
- hehkulangan resistanssin aktiivinen luonne tarjoaa tehokertoimen (kosinin φ), joka on yhtä suuri kuin 1;
- välinpitämätön säteilylle, sähkömagneettiselle impulssille, häiriöille;
- säteilyssä ei käytännössä ole UV-komponenttia;
- tarjotaan säännöllistä työtä, jossa valot kytketään päälle/pois ja monet muut.
Haittoja ovat mm.
- LON:n nimellinen käyttöikä - 1000 tuntia, halogeenihehkulampuille - 3 - 5-6 tuhatta, luminesoiva - jopa 10-50 tuhatta, LEDille - 30-150 tuhatta tuntia tai enemmän;
- polttimon lasi ja ohut filamentti ovat herkkiä iskuille, tärinät voivat aiheuttaa resonansseja tietyillä taajuuksilla;
- energiatehokkuuden ja käyttöiän suuri riippuvuus syöttöjännitteestä;
- Sähkön muuntamisen tehokkuus näkyväksi valoksi ei ylitä 3-4%, mutta se kasvaa tehon kasvaessa;
- pullon pintalämpötila riippuu tehosta ja on: 100 W - 290 ° C, 200 W - 330 ° C, 25 W - 100 ° C;
- kun se on kytketty päälle, virtapiikki ennen hehkulangan lämpenemistä voi olla kymmenen kertaa suurempi kuin nimellisarvo;
- lampunpitimien ja valaisimien liitososien on oltava lämmönkestäviä.
Kuinka pidentää lampun käyttöikää
On monia tapoja pidentää käyttöikää. Eniten käytetty:
- käynnistysvirran rajoittaminen kytkemällä päälle lampun kanssa sarjaan kytketty termistori, jonka korkea resistanssi pienenee, kun sitä kuumennetaan käynnistysvirran vaikutuksesta;
- pehmeä käynnistys manuaalisella kirkkauden säädöllä tyristorilla tai triac-himmetimellä;
- lampun teho tehokkaan tasasuuntausdiodin kautta, ts. tasasuunnatut siniaallon jännitepuoliskot;
- lamppujen sarjakytkentä pareittain monilamppuvalaisimissa, esimerkiksi kattokruunuissa.
Nykyaikainen teollisuus tuottaa suuren määrän erilaisia hehkulamppuja, joilla on laaja valikoima käyttöjännitteitä ja tehoja, eri hehkusävyillä, polttimoiden ja sokkeloiden kokoonpanoilla. Tämä alue sallii valita oikea lamppu mihin tahansa käyttöön.