Lambipirni kirjeldus ja põhimõte
Mis on hõõglamp
Hõõglamp on tehisvalguse allikas, milles valgusvoogu tekitatakse õhukese metallniidi kuumutamisel hõõguva metalli hõõgumistemperatuurini. Hõõgniidi soojendamiseks juhitakse läbi elektrivool. Esimestel lampidel oli kiudude kujul söestunud orgaanilisest materjalist, näiteks bambusest, hõõgniit.
Vältimaks hõõgniidi kiiret põlemist, pumbati pirnist õhk välja ja suleti. Või oli kolb täidetud gaasikompositsiooniga, millel polnud oksüdeerijat - hapnikku. Neid gaase nimetatakse inertgaasideks – argoon, neoon, heelium, lämmastik jne. Neid gaase nimetatakse nii, kuna nad ei reageeri metallidega, st on inertsed.
Esimesed süsiniku hõõglambid süsinikhõõglampide tööiga oli alla tosina tunni. See suurenes oluliselt pärast süsinikhõõgniidi asendamist õhukese metalltraadiga.
Sellist valgust nimetati hõõguks, s.t hõõguva metalli valguseks. Ja hõõgniiti nimetati hõõglampiks.Näiteks 1200°C-ni kuumutatud teras hõõgus kollakasvalgeks ja 1300°C juures oli see peaaegu valge.
19. sajandi lõpus asendati kiiresti läbi põlenud süsinikfilament tulekindlate metallidega, nagu volfram, molübdeen, osmium, või metallioksiididega, nagu tsirkoonium, magneesium, ütrium jne.
Kolvi täitmine inertgaasidega vähendas hõõguvast hõõgniidist metalli aurustumise kiirust ja pikendas seetõttu selle tööaega.
Suure võimsuse korral valmistati filamendid "hargnenud" kujul. Suunatud valgusvoo loomiseks mõeldud projektsioonvalgusallikatel on keerulise konfiguratsiooniga hõõgniit, mis moodustab kiirgusteljega risti oleva lameda struktuuri. Pirni sees on valguse reflektor, näiteks õhuke pihustatud metallikiht, nagu hõbe või alumiinium.
Lambi toiteks otse tolleaegsest elektrivõrgust, mille pidev pinge oli 110 V, oli vaja pikka ja peenikest metallist hõõgniiti. See suurendas takistust ja seetõttu oli lambi soojendamiseks vaja vähem voolu.
Tiheda "pakendamise" jaoks väikeses mahus läbipaistvasse klaaskolbi asetati hõõgniit korduvalt painutades traadihoidikutele.
See hõõgniidi painutamine raskendas esimeste valgusallikate disaini, mis töötasid palju kauem kui "söed". Läbimurdeks hõõglampide disainis oli ettepanek keerata hõõgniit spiraaliks. See vähendas selle suurust mitu korda.
Veelgi väiksem hõõguv keha saadi õhukese spiraali kerimisel teiseks suurema läbimõõduga spiraaliks. Topeltheeliksit nimetati biheeliksiks.
Valgusallikate arendamise järgmiseks etapiks oli üleminek vahelduvvooluvõrkudele ja trafo kasutamine lampide toitepinge vähendamiseks.
Hõõglambi põhiosad
Hõõglambi konstruktsiooni põhiosad on järgmised:
- hõõgniit või hõõgniidi korpus;
- liitmik hõõgniidi kinnitamiseks;
- Pirn hõõgniidi kaitsmiseks kiire põlemise ja välismõjude eest;
- pistikupesa pistikupessa paigaldamiseks ja vooluvõrku ühendamiseks
- pistikupesa kontaktid - kruvi korpus ja pistikupesa põhjas olev keskne kontakt.
Liitmik on mõeldud hõõgniidi fikseerimiseks ning soovitud konfiguratsiooni ja valgusvoo suuna loomiseks.
Pistikupesa on vajalik selle kinnitamiseks kinnituspesasse ja ühendamiseks pirniga. Uuesti paigaldatavatel lampidel, hõõglampide analoogidel, on pistikupesas osa toiteseadmest.
Baas
Peal halogeenlambidHalogeenpirnidel on olenevalt toitepingest, võimsusest ja pirni konstruktsioonist mitut tüüpi aluseid, nagu keermestatud alused, tihvtialused, bajonettalused, tihvtialused jne.
Aluste kontaktide süsteem on vajalik vooluvõrku või toiteallikaga ühendamiseks.
Pirn
Läbipaistvat LN-pirni kasutatakse:
- Hõõgniidi kaitsmine väliskeskkonna eest, mis sisaldab oksüdeerijat, hapnikku;
- Vaakumi või gaasi koostise loomine ja säilitamine;
- erinevat tüüpi elektromagnetilist energiat nähtavaks kiirguseks muundavate fosfori ja/või katete paigutamine, soojuse tagastamine hõõgniidile, nähtamatu UV- ja IR-kiirguse muundamine valguseks, lambivarju korrigeerimine - punane, roheline, sinine.
Hõõguv keha
Hõõgniidi korpus on hõõgniit, mis on keritud spiraaliks või biheeliksiks või õhukeseks metallribaks.
Gaas keskmine
Inertgaasid, mis täidavad lambikolbi, näiteks lämmastik, argoon, neoon, heelium.Väärisgaasi segudele lisatakse halogeenaineid.
Kuidas hõõglamp on ehitatud ja kuidas see töötab?
Hõõglambi struktuur on selle arendamise käigus vähe muutunud. Põhielement, mis töötab hõõguva aine hõõgumise põhimõttel, on hõõglambi hõõgniit või korpus. See on õhuke volframtraat läbimõõduga 30-40, maksimaalselt 50 mikronit või mikromeetrit (miljonik meetrit).
Hõõglambi värvid algavad punasega ja muutuvad temperatuuri tõustes oranžiks, kollasest valgeks. Temperatuuri edasisel tõustes hõõguva keha metall esmalt sulab ja seejärel hapniku juuresolekul põleb.
Videotund: kuidas kaasaegsed lambipirnid töötavad
Külmal volframniidil on madal takistus. Volframil, nagu enamikul metallidel, on TCS-i takistuse positiivne temperatuuritegur. See tähendab, et kui hõõgniit elektrivooluga soojeneb, suureneb selle takistus.
Enne lambi sisselülitamist on hõõgniit külm ja sellel on vähe takistust. Seetõttu rakendatakse sisselülitamise hetkel nimivoolust 10-15 korda suuremat voolu. Seda tõusu nimetatakse käivituspingeks. Ja see on sageli põhjus sageli läbipõlemise põhjuseks hõõgniidist.
Hõõgniidi soojenemiseks kulub sekundi murdosa. Selle aja jooksul suureneb selle vastupidavus. Esialgu lampi läbiv suur vool, kui gaas, pirn ja kõik konstruktsioonielemendid soojenevad, väheneb see nimivooluni. Seega jõuab valgusallikas määratud režiimi ja annab nimivalgusvoo. Luminestsentsi varjund muutub ka nominaalseks, st vastab värvitemperatuurile 2000–3500 K. Seda nimetatakse soojaks valgeks ja sellel on selles vahemikus mitu värvitemperatuuri gradatsiooni koos originaalnimetuste ja lühenditega. Näiteks:
- ülisoe valge – 2200–2400 K, edaspidi S-Warm või S-W ehk väga soe valge või soe 2400;
- Soe - 2600-2800 K või Soe 2700;
- soe valge – 2700–3500 K või soe valge (WW);
- Teine soe 2900–3100 K või soe 3000 (W).
Üksikute lambielementide temperatuur
LON-pirni välispind sõltub lambi võimsusest ja seda saab kuumutada 250-300 ℃ või rohkem.
Hõõgniit soojeneb temperatuurini 2000-2800 ℃, volframi sulamistemperatuuriga 3410 ℃.
Mõne konstruktsiooni puhul on hõõgniit valmistatud osmiumist sulamistemperatuuriga 3045 ℃ või reeniumist sulamistemperatuuriga 2174. See nihutab LN valgusspektri nähtava spektri punasesse tsooni.
Mis gaas on pirnis
Esimestel lampidel pumbati pirnist õhk välja. Nüüd evakueerige (pumbake õhk välja) ainult väikese võimsusega, mitte rohkem kui 25 vatti, lambipirnid.
Kui volframtraat kuumeneb 2-3 tuhande kraadini, aurustub metall selle pinnalt intensiivselt. Selle aur settib pirni siseküljele ja vähendab selle valguse läbilaskvust.
Eelmise sajandi alguses tehtud uuringud näitasid, et kui täita kolb inertgaasiga, siis aurustumine väheneb ja valguse saagis suureneb. Seetõttu hakati kolbe täitma ühe inertgaasi või nende seguga. Enamasti on selleks argoon, lämmastik, ksenoon, krüptoon, heelium jne. Heeliumi kasutatakse uut tüüpi LED-tulede sisemiste elementide tõhusaks passiivseks jahutamiseks.
Seda katset ei soovitata kategooriliselt koduseks kasutamiseks
Nende peamine valgust kiirgav element on õhuke tehisafiirist või klaasist varras, millel asuvad LED-ide kristallid. Sellist emitterit nimetatakse hõõgniidiks. Mõned "eksperdid" on olemuse segamini ajanud hõõglambid ja nimetas neid "safiirvalguskiirgusega lampideks". Kuigi tehissafiiri kasutatakse neis lampides vaid LED-kristallide kinnitusalusena ja passiivse jahutusradiaatorina.
LN-de rike ei ole enamikul juhtudel tingitud metalli aurustumisest hõõgniidi korpuse pinnalt, vaid selle protsessi kiirenemisest hõõgniidi paksuse häirimise piirkondades. See ilmneb traadi järsu painde või selle murdumise piirkonnas. Sel hetkel suureneb selle takistus lokaalselt, pinge, võimsuse hajumine ja metalli temperatuur tõuseb. Aurustumine kiireneb, muutub laviinilaadseks, hõõgniidi paksus väheneb kiiresti ja põleb läbi.
See probleem lahendati 1950. aastate lõpus ja 1960. aastate alguses halogeenlampide masstootmisega.
Inertgaasile või segule lisati halogeene, nagu kloor, broom, fluor või jood. Selle tulemusena metalli aurustumisprotsess peatub üldse või aeglustub oluliselt. Nende lisandite aatomid seovad volframi aurud, moodustades ebastabiilsete ühendite molekulid. Need ladestuvad hõõguva keha pinnale. Kõrge temperatuuri mõjul molekulid lagunevad ja eraldavad halogeeniaatomeid ja puhast metalli, mis sadestub hõõgniidi kuumale pinnale ja regenereerib osaliselt aurustunud kihi.
Seda protsessi intensiivistab suurenev surve. See suurendab hõõgniidi temperatuuri, eluiga, valgusvõimsust, tõhusust ja muid omadusi. Emissioonispekter on nihutatud valgele küljele. Gaasiga täidetud lampides aeglustub pirni pinna tumenemine seestpoolt volframi auru toimel. Selliseid valgusallikaid nimetatakse halogeenvalgusallikateks.
Elektrilised spetsifikatsioonid
Hõõglampide elektrilised omadused hõlmavad järgmist:
- elektrivõimsus, mõõdetuna vattides - W, saadaolevate mudelite valik - mõnest vatist (taskulambi pirn - 1 W) kuni 500 ja isegi 1000 vatti;
- valgusvoog, Lm (luumen), on seotud võimsusega: 20 Lm 5 W juures 2500 Lm 200 W juures, suurema võimsuse korral on valgusvoog suurem;
- Valgusefektiivsus, energiatõhusus või tõhusustegur, Lm/W – mitu luumenit valgusvoo kujul annab iga võrgust või toiteallikast tarbitava vati energiat
- Valguse intensiivsus või heledus, cd (kandela);
- värvitemperatuur - tavapärase musta keha temperatuur, mis kiirgab teatud varjundiga valgust.
Elektrilambi otstarve
Elektrilampe saab rakenduse järgi jagada mitmeks tüübiks – avalikuks, tehniliseks ja erikasutuseks.
Peamine avalik kasutus on iga inimese, loomade ja lindude kunstliku valguse tagamine öösel või ruumis pimedas kohas.
Valgust kasutades pikendavad inimesed oma igapäevast tegevust mitme tunni võrra. See võib olla töö- ja õppeprotsessid, majapidamistööd. Paraneb ohutus teedel, arstiabi osutamise võimalus õhtul ja öösel jne.
Lampe kasutatakse aktiivselt looma- ja linnufarmides kasvatamiseks taimed kasvuhoonekompleksides. Neid valgustatakse teatud spektri ja valgusvoo suurusega valgusega. Kalakasvatus nõuab ka spetsiifilise spektraalse koostisega valgust.
Tehniline eesmärk. Tootmises kasutatakse tehnoloogilistel eesmärkidel seadmeid, mis annavad nähtavat ja nähtamatut valgust. Näited:
- Inimene vajab täpseks ja oluliseks tööks töökohal kõrget valgustust;
- IR - Infrapunakiirgust kasutatakse tööstuses näiteks ehitusdetailide kontaktivabaks soojendamiseks või kliimatehnikas vabas pakases töötava inimese soojendamiseks, militaar- ja jahitehnikas - relvade öösihikud, öövaatlusseadmed jne. ;
- UV-kiirgust kasutatakse hambaravis täidiste kiireks kõvenemiseks, hambaproteeside valmistamiseks jne, meditsiinis ja kanalisatsioonis - meditsiinis ja kanalisatsioonis ruumide, instrumentide, riiete ja pindade desinfitseerimiseks.Meditsiinis ja kanalisatsioonis ruumide, tööriistade, riiete, mööblipindade, õhu, vee, ravimite jne desinfitseerimine.
Eriotstarbelisi lampe kasutatakse välis- ja sisevalgusreklaamis, kriminalistikas, lennunduses ja astronautikas, etenduste valguses saatel jne.
Peamised tüübid ja omadused
Peamised hõõglampide tüübid on järgmised:
- Üldotstarbelised lambid. Nimetatakse lühendiga LON. Tavaliselt on need seadmed võimsusega 25, 40, 60, 75 ja 100 vatti. Kõige tavalisem on 60 W. Kuid tööstuslikult toodetud LON-id on hinnatud 150, 200, 500 ja isegi 1000 vatti.
- Halogeenhõõglambid. Need on loodud töötama 220 või 110 V kõrgepingel ja madalpingel. Sel juhul toidab neid astmeline trafo.
Madalpinge halogeenlampide sordid:
- kapsel, on erineva alusega täisklaasist torude kujul - otsatihvtid GY6.35 või G4;
- helkur, helkurelemendiga, läbimõõduga 35 kuni 111 mm, GZ10 pesa koos lisavarustusega.
Kõrgepinge. Põhipinge on 220-230 V, 50 Hz. Nendel lampidel on rohkem versioone:
- lineaarne klaasist toru kujul, millel on R7S alused;
- silindriline - E27, E14 või B15D pistikupesa;
- eemaldatava või lisapirniga.
Viimasel mudelil on kompaktne halogeenpirn või toru, mis on jäigalt lambi sisse kinnitatud. See on keevitatud tavalise LON-pirni kesksüdamiku külge ja sellel on painduvad juhtmed, mis on ühendatud standardse Edisoni E27 või E14 alusega. 70–100 W energiatarbimisega annab see 20–30% rohkem valgusvoogu kui tavaline hõõglamp.
Nendel mudelitel on kõrgem energiatõhusus, ulatudes 12-25 Lm/W, samas kui tavalistel LON valgusallikatel on 3-4 kuni 10-12 Lm/W.
Halogeenmudelite kasutusiga on 4-5 kuni 10-12 tuhat tundi.
Lampide klassifikatsioon funktsiooni ja disaini järgi
Dekoratiivsed sibulad
Viimastel aastatel on ilmunud retrolambid, mis imiteerivad vintage Edisoni lambipirne.
Lisaks jäljendavad nad pirni kuju järgi "küünalt", "küünalt tuules", "koonust", "pirni", "palli" jne.
Peegeldatud
Peegellampidel on pirni osa seest kaetud peegeldava kihiga. Kõige sagedamini on see metallist kate - hõbe, alumiinium, kuld jne See kiht võib olla õhuke ja poolläbipaistev või paks ja läbipaistmatu.
Peegeldisaini kasutatakse tootmises absoluutselt puhta protsessi kuumutamiseks, näiteks kõrgeima puhtusastmega materjalidega pooljuhtide tootmiseks. Sel juhul muutub hõõglampide puuduseks - infrapunakiirguse suur voog - nende ületamatuks eeliseks.
Selliseid lampe kasutatakse kitsa pöörleva valgusvihuga valgustites.
Signaal
Signaallambid on vilkuvad valgusallikad. Tavaliselt vilkuvate majakatena, nt. ametiautodel, lennukitel ja helikopteritel, valgusteadete edastamiseks mereväes jne. Neil on õhuke hõõgniit, mis tagab kiire heleduse suurendamise.
Transport
Seda tüüpi lambid on mõeldud kasutamiseks erinevat tüüpi transpordis - autod, raudteed ja metrood, jõe- ja merelaevad. Peamine nõue neile on vastupidavus vibratsioonile ja põrutustele. Sel eesmärgil tehakse hõõgniit lühikeseks ja paigaldatakse paljudele tugielementidele. Selliste lampide alused on bajonett Swan, pin või soffit. Need ei lase seadmel lahti keerata ja pesast välja kukkuda.
Valgustus
Nimest selgub, et valgustamiseks kasutatakse lampe. Seetõttu on nende pirnid valmistatud erinevat värvi klaasist - sinine, roheline, kollane, punane jne.
Kaheahelaline
Sellise hõõglambi skeem: ühes pirnis on kaks eraldi hõõgniiti. Näiteks auto esituledes kasutatakse kahe hõõgniidiga pirni järgmiselt:
- ühele hõõgniidile pinge andmisel süttib lähituli - valgusvoog "pressitakse" vastu sõiduteed ja kiir levib mitmekümne meetri kaugusele;
- pärast teisele hõõgniidile üleminekut tõuseb valgus ja selle ulatus võib ulatuda sadade meetriteni ning voog on palju suurem.
Sellised lambid võivad olla ka tagumises laternas. Esimene hõõgniit on seisutulede jaoks, teine piduritulede jaoks.
Valgusfoorides suurendavad kahe hõõglambi töökindlust. Dubleerimine võimaldab seadmel töötada kas ühe hõõgniidiga või lülitada teine sisse pärast esimese läbipõlemist. Ja näiteks raudteedel on signalisatsiooni usaldusväärsus transpordiohutuse tagatis.
Üldine, kohalik otstarve
Ülemine rida, vasakult paremale - E14 pesaga lamp - lühtritele, seinavalgustitele ja väikelampidele, E27 pesaga - üldotstarbeline, roheline, punane, kollane - valgustus.
Alumine rida: sinine - meditsiiniliseks otstarbeks protseduuride jaoks, peegel helkuriga - fototööde või erivalgustusega, violetse klaasiga, kaks välimist - dekoratiivsed pirniga "küünal" ja pistikupesa E27 ja E14.
Plussid ja miinused
Hõõglampide eelised:
- madal hind - lihtsad ja odavad materjalid, aastakümneid välja töötatud disain ja tehnoloogia, mass-automaatne tootmine;
- Suhteliselt väikesed mõõtmed;
- Pinge tõus vooluvõrgus ei põhjusta kohest riket;
- käivitamine ja taaskäivitamine - hetkeline;
- kui toiteallikaks on vahelduvvool sagedusega 50–60 Hz, on heleduse pulsatsioonid vaevumärgatavad;
- luminestsentsi heledus on reguleeritav dimmeritega;
- emissioonispekter on kindel ja silmale tuttav – sarnane päikesespektriga;
- Erinevate tootjate lampide omaduste peaaegu täielik kordamine;
- Värviedastusindeks Ra või CRI - valgustatud objektide värvivarjundite reprodutseerimise kvaliteet - on võrdne 100-ga, mis vastab täielikult päikese indikaatorile;
- Kompaktse hõõgniidi väike suurus annab selged varjud;
- kõrge töökindlus tugeva külma ja kuumuse tingimustes;
- disain võimaldab massiliselt toota mudeleid, mille tööpinge on fraktsioonidest kuni sadade voltideni;
- Vahelduv- või alalisvoolutoide käivitusseadmete puudumisel
- hõõgniidi takistuse aktiivne olemus annab võimsusteguri (koosinus φ), mis on võrdne 1-ga;
- ükskõikne kiirguse, elektromagnetilise impulsi, häirete suhtes;
- kiirguses praktiliselt puudub UV-komponent;
- tagas normaalse töö koos tulede sagedase sisse/välja lülitamisega ja paljude teistega.
Puuduste hulka kuuluvad:
- LON-i nominaalne eluiga - 1000 tundi, halogeenhõõglampides - 3 kuni 5-6 tuhat, in fluorestseeruv - kuni 10-50 tuhat tundi, LED-lambid - 30-150 tuhat tundi ja rohkem;
- Klaaspirn ja õhuke hõõgniit on löökide suhtes tundlikud, vibratsioon võib teatud sagedustel põhjustada resonantse;
- Energiatõhususe ja eluea suur sõltuvus toitepingest;
- Võimsuse muundamise efektiivsus nähtavaks valguseks ei ületa 3-4%, kuid suureneb võimsuse suurenemisega;
- pirni pinnatemperatuur sõltub võimsusest ja on: 100W puhul - 290°C, 200W puhul - 330°C, 25W - 100°C;
- sisselülitamisel võib voolu hüpe enne hõõgniidi soojenemist olla nimivoolust kümme korda suurem;
- Valgusti pesad ja liitmikud peavad olema kuumakindlad.
Kuidas lambi eluiga pikendada
Lambi eluea pikendamiseks on palju võimalusi. Enim kasutatud on:
- käivitusvoolu piiramine, lülitades lambiga jadamisi termistori, mille suur takistus väheneb, kui seda kuumutatakse käivitusvooluga;
- pehme käivitamine käsitsi hämardamisega türistori või triac-dimmeriga;
- Lambi toide läbi võimsa alaldidioodi, s.o.poolsiinuslaine alaldatud pinge;
- lampide jadaühendus paarikaupa mitmelambilistes valgustites, nt. lühtrites.
Kaasaegne tööstus toodab suurel hulgal erinevat tüüpi hõõglampe, millel on lai valik tööpingeid ja võimsusi, erineva luminestsentsi varjundiga, pirnide ja aluste konfiguratsiooniga. Selline sortiment võimaldab vali mis tahes kasutuseks vajalik lamp.