Hehkulampun kuvaus ja periaate
Mikä on hehkulamppu
Hehkulamppu, joka tunnetaan myös nimellä hehkulamppu, on keinovalonlähde, jossa valo tuotetaan kuumentamalla ohutta hehkulamppua hehkuvan metallin hehkulämpötilaan. Sähkövirta johdetaan hehkulangan läpi sen lämmittämiseksi. Ensimmäisten lamppujen hehkulanka oli valmistettu hiilletystä orgaanisesta materiaalista, kuten bambusta, kuidun muodossa.
Jotta hehkulanka ei palaisi nopeasti, ilma poistettiin polttimosta ja suljettiin. Tai sitten pullo oli täytetty kaasukoostumuksella, jossa ei ollut hapetinta - happea. Näitä kaasuja kutsutaan inertiksi kaasuksi - argon, neon, helium, typpi jne. Niitä kutsutaan siksi, että ne eivät reagoi metallien kanssa, eli ne ovat inerttejä.
Ensimmäiset hiilihehkulamput Hiililamppujen käyttöikä oli alle kymmenkunta tuntia. Tätä voitiin lisätä merkittävästi korvaamalla hiilikuitu ohuella metallilangalla.
Tätä valoa kutsuttiin hehkuvaksi valoksi eli hehkuvan metallin valoksi. Ja hehkulamppua kutsuttiin hehkulampuksi. Esimerkiksi 1200 °C:ssa lämmitetty teräs hehkuu kellanvalkoisena ja 1300 °C:ssa lähes valkoisena.
1800-luvun lopulla nopeasti loppuun palanut hiililanka korvattiin tulenkestävillä metalleilla - volframilla, molybdeenillä, osmiumilla tai metallioksideilla - zirkoniumilla, magnesiumilla, yttriumilla ja muilla.
Pullon täyttäminen inertillä kaasulla vähensi metallin haihtumisnopeutta hehkulangasta ja lisäsi siten sen käyttöaikaa.
Suuren tehon saavuttamiseksi filamentit valmistetaan "haarautuneessa" muodossa. Projektiovalonlähteissä on monimutkaisesti konfiguroitu hehkulanka, joka luo suuntautuneen valovirran ja muodostaa litteän rakenteen kohtisuoraan säteilyakseliin nähden. Lampun sisällä on valonheijastin, esimerkiksi ohut kerros ruiskutettua metallia, kuten hopeaa tai alumiinia.
Tarvittiin pitkä ja ohut metallinen hehkulanka, jotta lamppuun saatiin virta suoraan silloisesta 110 voltin tasavirtalähteestä. Tämä lisäsi vastusta, joten lämmitykseen tarvittiin vähemmän virtaa.
Jotta hehkulanka saatiin "pakattua" tiiviisti pieneen tilavuuteen kirkasta lasia sisältävään pulloon, sitä taivutettiin toistuvasti ja asetettiin lankapidikkeisiin.
Tämä hehkulangan taipuminen vaikeutti ensimmäisten valonlähteiden suunnittelua, sillä ne kestivät huomattavasti kauemmin kuin hiililamput. Läpimurto hehkulamppujen suunnittelussa oli ehdotus hehkulangan kiertämisestä spiraaliksi. Tämä pienensi sen kokoa moninkertaisesti.
Vielä pienempi hehkulamppu saatiin käämimällä ohut kela toiseen, mutta halkaisijaltaan suurempaan kelaan. Kaksoiskierteestä käytetään nimitystä bi-kierre.
Seuraava vaihe valonlähteiden kehityksessä oli siirtyminen vaihtovirtaverkkoon ja muuntajan käyttö lamppujen syöttöjännitteen alentamiseksi.
Hehkulampun tärkeimmät osat
Hehkulampun perusrakenneosat ovat:
- hehkulanka tai hehkulangan runko;
- sovite hehkulangan kiinnittämistä varten;
- hehkulamppu suojaa hehkulankaa nopealta palamiselta ja ulkoisilta vaikutuksilta.
- pistorasiaan asennettava ja virtalähteeseen liitettävä pistorasiaa varten
- pistorasian koskettimet - ruuvityyppinen kotelo ja keskikoskettimet pistorasian pohjassa.
Asennus on suunniteltu kiinnittämään hehkulanka ja luomaan vaadittu kokoonpano ja valotehon suuntaavuus.
Jalusta tarvitaan, jotta se voidaan kiinnittää kiinnityspesään ja liittää lamppuun. Hehkulamppuja vastaavissa retrophyte-lampuissa pistorasiaan sijoitetaan osa virtalähteestä.
Pohja
Osoitteessa HalogeenilamputHalogeenilampuilla on syöttöjännitteestä, tehosta ja lampun rakenteesta riippuen useita erilaisia kantoja - ruuvikantaisia, uros-, bajonetti- tai tappikantaisia jne.
Pohjalevyssä oleva kosketusjärjestelmä tarvitaan liitäntää varten virtalähdeverkkoon tai virtalähdeyksikköön.
Lamppu
Läpinäkyviä LN-lamppuja käytetään:
- Suojaa hehkulankaa hapettimen - hapen - sisältävältä ulkoilmalta;
- Tyhjiön tai kaasun koostumuksen tuottaminen ja säilyttäminen;
- fosforin ja/tai pinnoitteiden sijoittaminen, jotka muuttavat erityyppistä sähkömagneettista energiaa näkyväksi säteilyksi, lämmön palauttaminen hehkulamppuun, näkymättömän UV- ja IR-säteilyn muuttaminen valoksi, lampun sävyn korjaus - punainen, vihreä, sininen.
Filamentti
Hehkulanka on käämiksi tai kaksoiskäämiksi kierretty hehkulanka tai ohut metallinauha.
Kaasun väliaine
Inertit kaasut, joilla lampun lamppu on täytetty, esim. typpi, argon, neon, helium. Jalokaasuseoksiin lisätään halogeeniaineita.
Miten hehkulamppu valmistetaan ja miten se toimii?
Hehkulampun rakenne ei juuri muuttunut sen kehittämisen aikana. Peruselementti, joka toimii hehkuvan aineen hehkutusperiaatteella, on hehkulanka tai hehkulangan runko. Se on ohutta volframilankaa, jonka halkaisija on 30-40, enintään 50 mikronia tai mikrometriä (metrin miljoonasosia).
Hehkulampun värit alkavat punaisesta ja vaihtelevat oranssin, keltaisen ja valkoisen kautta lämpötilan noustessa. Lämpötilan noustessa edelleen hehkumetalli ensin sulaa ja sitten hapen läsnä ollessa palaa.
Videotunti: Miten nykyaikaiset hehkulamput toimivat
Kylmällä volframihehkulangalla on alhainen resistiivisyys. Volframilla, kuten useimmilla metalleilla, on positiivinen lämpötilakerroin TKS. Tämä tarkoittaa sitä, että kun hehkulankaa lämmitetään sähkövirralla, sen vastus kasvaa.
Ennen kuin lamppu kytketään päälle, hehkulanka on kylmä ja sen vastus on pieni. Tämän vuoksi virtaa käytetään 10-15 kertaa nimellisvirtaa suuremmalla virralla, kun laite kytketään päälle. Tätä virtapiikkiä kutsutaan käynnistysvirraksi. Ja se on usein syy... usein syynä loppuun palamiseen hehkulangasta.
Hehkulangan lämpeneminen kestää sekunnin murto-osan. Tänä aikana sen kestävyys kasvaa. Lampun läpi aluksi kulkeva suuri virta pienenee nimellisvirtaan, kun kaasu, lamppu ja kaikki komponentit lämpenevät. Valonlähde saavuttaa siis nimelliskäyttötilan ja tuottaa nimellisvalovirran. Myös valoväristä tulee nimellinen eli se vastaa värilämpötilaa 2000-3500 K. Sitä kutsutaan lämpimän valkoiseksi, ja sillä on useita värilämpötilaluokkia määritellyllä alueella, joilla on omat nimensä ja lyhenteensä. Esimerkiksi:
- erittäin lämmin valkoinen - 2200-2400 K, nimitys S-Warm tai S-W, eli erittäin lämmin valkoinen tai Warm 2400;
- Lämmin - 2600-2800 K tai lämmin 2700;
- lämmin valkoinen - 2700-3500 K tai lämmin valkoinen (WW);
- toinen lämmin valkoinen - 2900-3100 K tai lämmin 3000 (W).
Yksittäisten lamppuelementtien lämpötilat
LON-lampun ulkopinta riippuu lampun tehosta, ja se voi lämmetä 250-300 ℃ tai enemmän.
Hehkulanka kuumenee 2000-2800 ℃:n lämpötilaan, kun volframin sulamispiste on 3410 °C.
Joissakin malleissa hehkulanka on valmistettu osmiumista, jonka sulamispiste on 3045 ℃, tai reniumista, jonka sulamispiste on 2174. Tämä siirtää LN:n valospektriä näkyvän spektrin punaiselle alueelle.
Mitä kaasua polttimossa on
Ensimmäisissä lampuissa lampusta pumpattiin ilmaa ulos. Nyt imuroidaan (evakuoidaan) vain pienitehoiset lamput (enintään 25 W).
Kun 2-3 tuhanteen celsiusasteeseen kuumennettu volframilanka on toiminnassa, metalli höyrystyy voimakkaasti sen pinnalta. Tämä höyry kerrostuu lampun sisäpuolelle ja heikentää sen valonläpäisevyyttä.
Viime vuosisadan alussa tehdyt tutkimukset osoittivat, että jos pullo täytetään inertillä kaasulla, haihtuminen vähenee ja valontuotto kasvaa. Siksi pullot täytettiin jollakin inertillä kaasulla tai niiden seoksilla. Yleisimmät kaasut ovat argon, typpi, ksenon, krypton, helium jne. Heliumia käytetään uudentyyppisten jälkiasennettavien LED-valaisimien sisäosien tehokkaaseen passiiviseen jäähdytykseen.
Tätä kokeilua ei ehdottomasti suositella kotikäyttöön.
Niiden tärkein valoa säteilevä elementti on ohut sauva keinotekoisesta safiirista tai lasista, jonka päällä LED-kiteet sijaitsevat. Tällaista säteilijää kutsutaan hehkulangaksi. Jotkut "asiantuntijat" ovat sekoittaneet hehkulamput ja kutsuivat niitä "safiirivalodiodilampuiksi". Vaikka näissä valaisimissa keinotekoista safiiria käytetäänkin vain kiinnitysalustana ja passiivisena jäähdytyselementtinä LED-kiteille.
LN:ien vikaantuminen ei useimmissa tapauksissa johdu metallin haihtumisesta hehkulangan pinnalta vaan tämän prosessin kiihtymisestä alueilla, joilla hehkulangan paksuus on rikkoutunut. Tämä tapahtuu langan jyrkän mutkan tai murtuman kohdalla. Tässä vaiheessa sen resistanssi kasvaa paikallisesti, jännite, häviöteho ja metallin lämpötila nousevat. Haihtuminen kiihtyy, muuttuu lumivyörymäiseksi, hehkulangan paksuus vähenee nopeasti ja se palaa loppuun.
Tämä ongelma ratkaistiin 1950-luvun lopulla ja 1960-luvun alussa, kun halogeenilamppuja alettiin valmistaa massatuotantona.
Halogeenit - kloori, bromi, fluori tai jodi - lisättiin inerttiin kaasuun tai seokseen. Tämän seurauksena metallin haihtumisprosessi pysähtyy kokonaan tai hidastuu merkittävästi. Näiden lisäaineiden atomit sitovat volframihöyryjä muodostaen epävakaiden yhdisteiden molekyylejä. Nämä laskeutuvat hehkun pinnalle. Korkean lämpötilan vaikutuksesta molekyylit hajoavat ja vapauttavat halogeeniatomeja ja puhdasta metallia, jotka laskeutuvat hehkulangan kuumalle pinnalle ja elvyttävät osittain höyrystyneen kerroksen.
Tätä prosessia tehostetaan lisäämällä painetta. Tämä lisää hehkulampun lämpötilaa, käyttöikää, valotehoa, tehokkuutta ja muita ominaisuuksia. Emissiospektri on siirtynyt valkoiselle puolelle. Kaasulla täytetyissä lampuissa lampun pinnan tummuminen sisältäpäin volframihöyryn vaikutuksesta viivästyy. Näitä valonlähteitä kutsutaan halogeenivalonlähteiksi.
Sähköiset parametrit
Hehkulamppujen sähköiset ominaisuudet ovat:
- sähköteho, joka mitataan watteina - W, saatavilla olevien mallien valikoima on muutamasta watista (taskulampun lamppu on 1 W) 500 ja jopa 1000 W:iin;
- valovirta, lm (lumen), liittyy tehoon - 20 lm 5W:n teholla ja 2500 lm 200W:n teholla, suuremmalla teholla valovirta on suurempi;
- Valotehokkuus, energiatehokkuus tai hyötysuhdekerroin, Lm/W - kuinka monta lumenia valovirran valovirtaa vastaa yhtä wattia sähköverkosta tai virtalähteestä kulutettua tehoa;
- valon voimakkuus tai luminanssi, cd (kandela);
- värilämpötila - tavanomaisen mustan kappaleen lämpötila, joka säteilee valoa tietyllä sävyllä.
Sähkölampun tarkoitus
Sähkölamput voidaan jakaa useisiin eri tyyppeihin niiden käyttötarkoituksen mukaan - julkiseen, tekniseen ja erityiskäyttöön.
Tärkein julkinen käyttötarkoitus on antaa ihmiselle, eläimelle tai linnulle keinovaloa yöllä tai pimeässä huoneessa.
Valoa käyttämällä ihmiset pidentävät päivittäistä toiminta-aikaansa useilla tunneilla. Tämä voi olla työ- ja opiskeluprosesseja tai kotitöitä. Liikenneturvallisuus paranee, sairaanhoitoa voidaan tarjota iltaisin ja öisin ja paljon muuta.
Lamput ovat aktiivisessa käytössä kotieläin- ja siipikarjatiloilla, kasvattamiseen ja kasvatukseen. kasvit kasvihuonekomplekseissa. Niitä valaistaan valolla, jonka spektri ja valovirran suuruus on tietty. Kalankasvatuksessa tarvitaan myös valoa, jolla on tietty spektrinen koostumus.
Tekniset sovellukset. Näkyvää ja näkymätöntä valoa tuottavia laitteita käytetään teollisuudessa teknisiin tarkoituksiin. Esimerkkejä:
- Tarkkaan ja tärkeään työhön tarvitaan paljon valoa työpaikalla;
- IR - Infrapunasäteilyä käytetään teollisuudessa esimerkiksi rakennusosien kosketuksettomaan lämmittämiseen tai ilmastointitekniikassa ulkoilmassa työskentelevien ihmisten lämmittämiseen, sotilas- ja metsästystekniikassa aseiden yötähtäimiin, pimeänäkölaitteisiin jne;
- UV-UV-säteilyä käytetään hammaslääketieteessä täytteiden, hammasproteesien jne. nopeaan kovettumiseen, lääketieteessä ja sanitaatiossa - desinfiointiin. huoneiden desinfiointiLääketieteessä ja sanitaatiossa huoneiden, työvälineiden, vaatteiden, huonekalujen pintojen, ilman, veden, lääkkeiden jne. desinfiointi.
Erikoisvalaisimia käytetään mm. ulko- ja sisävalomainonnassa, rikostekniikassa, ilmailussa ja astronautiikassa sekä näyttelyvalaistuksessa.
Päätyypit ja ominaisuudet
Tärkeimmät hehkulampputyypit ovat:
- Yleiskäyttöiset lamput. Ne merkitään lyhenteellä LON. Yleensä nämä ovat laitteita, joiden teho on 25, 40, 60, 75 ja 100 wattia. Yleisin on 60 W. Mutta kaupallisesti saatavilla LLH 150, 200, 500 ja jopa 1000 wattia.
- Halogeenihehkulamput. Saatavana 220 V:n tai 110 V:n suurjännite- ja pienjännitesovelluksiin. Tässä tapauksessa ne saavat virtansa tasausmuuntajasta.
Erilaisia pienjännitehalogeenilamppuja:
- kapseli, jossa on kokonaan lasiputkia, joissa on eri pohjat - joko GY6.35- tai G4-tappikapselit;
- heijastinvalaisimet, joissa on heijastinelementti, halkaisija 35-111 mm, GZ10-pistorasia, lisävarusteilla.
Korkea jännite. Perusjännite on 220-230 V, 50 Hz. Näistä valaisimista on useampia versioita:
- lineaarinen - lasiputkena, jossa on R7S-pohjat;
- lieriömäinen - E27-, E14- tai B15D-pistorasia;
- kaukosäätimellä tai lisälampulla.
Jälkimmäisissä on halogeenilamppu tai -putki, joka on asennettu kiinteästi polttimon sisään. Se on hitsattu tavallisen LON-lampun keskisydämeen, ja siinä on joustavat johdot, jotka on liitetty tavalliseen Edison E27- tai E14-kantaan. 70-100 W:n teholla se tuottaa 20-30 % enemmän valovirtaa kuin tavallinen hehkulamppu.
Näiden mallien energiatehokkuus on jopa 12-25 Lm/W, kun taas perinteisten LON-valonlähteiden valoteho on 3-4-10-12 Lm/W.
Halogeenimallien käyttöikä on 4-5-10-12 tuhatta tuntia.
Valaisimien luokittelu käyttötarkoituksen ja rakenteen mukaan
Koristelamput
Viime vuosina on ilmestynyt retrolamppuja, jotka jäljittelevät vanhoja Edisonin hehkulamppuja.
Lisäksi ne ovat muodoltaan kuin "kynttilä", "kynttilä tuulessa", "kartio", "päärynä", "pallo" jne.
Peilattu
Heijastinlampuissa on heijastava pinnoite lampun sisäpuolella. Se on yleensä metallipinnoite, kuten hopea, alumiini tai kulta. Tämä kerros voi olla ohut ja läpikuultava tai paksu ja läpinäkymätön.
Heijastavia rakenteita käytetään valmistuksessa täysin puhtaaseen prosessilämmitykseen, esimerkiksi puolijohteiden valmistuksessa, jossa käytetään erittäin puhtaita materiaaleja. Tällöin hehkulamppujen haittapuoli - suuri infrapunasäteilyvirta - muuttuu lyömättömäksi eduksi.
Tällaisia lamppuja käytetään valaisimissa, joissa on kapea kääntyvä valonsäde.
Signaali
Merkkivalot ovat vilkkuvia valonlähteitä. Yleensä vilkkuvina majakoina, esim. huoltoajoneuvoissa, lentokoneissa ja helikoptereissa, merivoimien valoviestien lähettämiseen jne. Niissä on ohut hehkulanka, joka mahdollistaa kirkkauden nopean kasvun.
Kuljetus .
Tämäntyyppiset valaisimet on tarkoitettu käytettäväksi erilaisissa liikennevälineissä, kuten autoissa, rautateillä sekä maanalaisissa, joki- ja merialuksissa. Tärkein vaatimus niille on tärinän- ja iskunkestävyys. Tätä varten hehkulanka tehdään lyhyeksi ja kiinnitetään useisiin tukielementteihin. Tällaisten lamppujen kanta on bajonetti, tappi tai soffit. Ne estävät laitteen irtoamisen ja putoamisen pistorasiasta.
Valaistusvalaisimet .
Nimi viittaa siihen, että näitä lamppuja käytetään valaistukseen. Siksi niiden lamput on valmistettu erivärisestä lasista - sinisestä, vihreästä, keltaisesta, punaisesta jne.
Kaksoissäikeinen .
Tällaisen valaisimen kaavio: Kaksi erillistä hehkulankaa yhdessä polttimossa. Esimerkiksi auton ajovalaisimessa käytetään kaksoishehkulamppua seuraavasti:
- kun yhteen hehkulamppuun kytketään jännite, lähivalo kytkeytyy päälle - valonsäde "painuu" tien pintaa vasten ja säde ulottuu useiden kymmenien metrien päähän;
- Toiseen hehkulamppuun siirtymisen jälkeen valo nousee, ja sen kantama voi olla jopa satoja metrejä, ja valokeila on huomattavasti suurempi.
Tällaisia valaisimia voi olla myös takavalaisimessa. Ensimmäinen hehkulanka on pysäköintivaloja varten, toinen jarruvaloja varten.
Liikennevaloissa kaksoishehkulamput lisäävät niiden luotettavuutta. Kaksoiskytkennän ansiosta laite voi toimia joko yhdellä hehkulangalla tai kytkeä toisen hehkulangan päälle ensimmäisen hehkulangan puhjettua. Esimerkiksi rautateillä luotettava merkinanto on liikenneturvallisuuden tae.
Yleinen, paikallinen
Ylärivi vasemmalta oikealle: E14-pistorasia kattokruunuille, seinävalaisimille ja pienille valaisimille; E27-pistorasia yleisvalaisimille; vihreä, punainen, keltainen - valaisimet.
Alin rivi: sininen - lääketieteellisiin tarkoituksiin menettelyjä varten; peili heijastimella - valotöitä tai erityisvalaistusta varten, violetti lasi, kaksi ulompaa - koristeellinen lamppu "kynttilä" ja pistorasia E27 ja E14.
Hyödyt ja haitat
Hehkulamppujen edut:
- Alhainen hinta - yksinkertaiset ja edulliset materiaalit, vuosikymmenien aikana kehitetty suunnittelu ja tekniikka, automatisoitu massatuotanto;
- suhteellisen pienet mitat;
- verkkojännitepiikit eivät aiheuta välitöntä vikaa;
- käynnistys ja uudelleenkäynnistys on välitöntä;
- 50-60 Hz:n vaihtovirtalähteellä, kirkkauden pulssi on huomaamaton;
- kirkkaus on himmennettävissä;
- emissiospektri on tasainen ja silmälle tuttu - samanlainen kuin auringon spektri;
- Eri valmistajien lamppujen ominaisuudet ovat lähes täysin samat;
- Värintoistoindeksi Ra tai CRI - valaistujen kohteiden värintoiston laatu - on 100, mikä vastaa täysin auringon indeksiä;
- kompaktin hehkulangan pienet mitat antavat selkeät varjot;
- korkea luotettavuus äärimmäisessä kylmässä ja kuumuudessa;
- suunnittelu mahdollistaa sellaisten mallien massatuotannon, joiden käyttöjännite vaihtelee murto-osista satoihin voltteihin;
- AC- tai DC-virransyöttö ilman käynnistimiä
- hehkulangan vastuksen aktiivinen luonne takaa tehokertoimen (kosinus φ) 1;
- välinpitämätön säteilylle, sähkömagneettiselle pulssille ja häiriöille;
- säteilyssä ei käytännössä ole UV-komponenttia;
- Vakiotoiminta, jossa valot kytkeytyvät usein päälle/pois, on varmistettu jne.
Haittoja ovat muun muassa:
- LON:n nimellinen käyttöikä on 1000 tuntia, kun taas halogeenihehkulampuilla - 3 - 5-6 tuhatta, kun taas fluoresoiva - jopa 10-50 tuhatta tuntia, LED-lamput - 30-150 tuhatta tuntia tai enemmän;
- Lasikupu ja ohut hehkulanka ovat herkkiä iskuille; tärinä voi aiheuttaa resonanssia tietyillä taajuuksilla;
- Energiatehokkuus ja käyttöikä riippuvat suuresti syöttöjännitteestä;
- Sähkön muuntamisen hyötysuhde näkyväksi valoksi on enintään 3-4 %, mutta se kasvaa tehon kasvaessa;
- Lampun pintalämpötila riippuu tehosta ja on seuraava: 100W - 290°C, 200W - 330°C, 25W - 100°C;
- Kun hehkulamppu kytketään päälle, virtapiikki ennen sen lämpenemistä voi olla kymmenen kertaa suurempi kuin nimellisvirta;
- Valaisimien pistorasioiden ja liitososien on oltava lämmönkestäviä.
Kuinka pidentää lampun käyttöikää
Lampun käyttöikää voidaan lisätä monin tavoin. Yleisimmin käytettyjä ovat:
- Sysäysvirran rajoittaminen sisällyttämällä lampun kanssa sarjaan termistori, jonka suuri vastus pienenee, kun sysäysvirta lämmittää sitä;
- Pehmeä käynnistys manuaalisella himmennyksellä tyristori- tai triac-himmentimellä;
- Valaisimen virransyöttö tehokkaan tasasuuntausdiodin kautta, eli tasasuuntausjännite on puolet siniaallosta;
- Valaisimien kytkeminen pareittain monilamppuvalaisimiin, esim. kattokruunuihin.
Nykyaikainen teollisuus valmistaa lukuisia erilaisia hehkulamppuja, joiden käyttöjännitteet ja tehot vaihtelevat suuresti ja joissa on erilaisia loistehon sävyjä, lamppukokoonpanoja ja -kantauksia. Tämän valikoiman avulla voit valita valitse tarvittava lamppu jokaiseen sovellukseen.