Баланс энергии лампы накаливания

 

Баланс энергии для ЛН зависит от того, является ли лампа вакуумной или газополной.

Уравнение баланса энергии лампы решается для уточнения параметров ТН в установившемся режиме.

Для вакуумной лампы, подводимая к лампе мощность , расходуется на поток излучения и на нагрев держателей и электродов

 

(2.14)

 

где – поток излучения, ;

– потери на нагрев держателей и электродов, .

Потери на нагрев держателей и электродов достаточно малы и их обычно не учитывают при решении уравнения баланса энергии лампы.

Уточнение параметров ТН рассчитанной лампы производим путем графического определения рабочей температуры ТН () по пересечению рассчитываемых и

 

Для этого построим зависимости мощности лампы и энергетического потока от температуры ТН.

Для построения кривых использовались следующие формулы.

Мощность лампы определим по формуле

 

(2.15)

где – сопротивление ТН,

 

 

Поток излучения определим по формуле

 

 

Расчет кривых проводим с помощью программы, предназначенной для расчета ЛН. Значения приведены в таблице 2.3.

 

Таблица 2.3 – Значения , , в зависимости от температуры

	1453,1	228,2
	1375,7	282,6
	1305,4	346,0
	1241,1	419,3
	1182,0	504,2
	1128,7	600,0
	1078,7	709,3

Продолжение таблицы 2.3

	1033,2	832,0
	990,6	970,1
	941,3	1142,9
	904,8	1307,0

 

По данным таблицы 2.3 построим кривые зависимостей и , которые представлены на рисунке 2.2.

 

Рисунок 2.2 – Графики зависимостей и

 

По пересечениям графиков зависимости и определим максимальную рабочую температуру и соответствующий ей рабочую мощность лампы .

Из рисунка 2.2,

Рабочий световой поток найдём по формуле

(2.16)

 

где – габаритная яркость, зависящая от температуры.

Зависимость габаритной яркости от температуры представлена в таблице 2.4

 

Таблица 2.4 – Зависимость габаритной яркости от температуры

	20,00
	35,60
	61,30
	100,5
	157,2
	237,5
	347,0
	498,0
	694,4
	949,0
	1257,0
	1647,0
	2110,0
	2685,0
	3370,0

 

Для ,

Рассчитаем рабочий световой поток

 

 

Определим рабочую световую отдачу по формуле

 

(2.17)

 

 

Полученная рабочая световая отдача должна отличаться от заданной световой отдачи лампы не более чем на

Вновь рассчитываем диаметр и длину нити по рабочим параметрам лампы по формулам

 

(2.18)

 

(2.19)

 

где и – показатели степени температуры для изменения соответственно удельного сопротивления, энергетической светимости и габаритной яркости.

Эти степени обычно берутся такими

 

 

Вычислим

 

 

Далее рассчитываем параметры ТН по формулам 2.7 – 2.13

 

 

 

 

Конструирование ножки

 

По конструктивному исполнению ножки разделяются на три группы: гребешковые, бусинковые и плоские.

Подавляющее большинство ЛН снабжают гребешковыми ножками, которые чаще всего имеют штенгель, штабик, тарелку и электроды. Иногда вместо раздельных штабика и штенгеля применяют длинный (сквозной) штенгель, часть которого выполняет роль штабика. Ножки с коротким ТН изготовляют без штабика.

Лампы на низкое напряжение имеют ножки с одним – двумя держателями, вставленными в торец лопатки, или без держателей. Ножки для двухсветных ламп изготовляют с тремя электродами, для софитных – с одним.

Гребешковые ножки без штабика применяются также для ламп, в которых держатели вставляются в мостики, располагаемые между вводами, например, в прожекторных и проекционных лампах.

В ЛН типа ПЖ 110 – 1000 – 3 используется гребешковая ножка.

Основными стеклянными элементами, из которых собирается ножка, является штабик.

Штабик представляет собой стеклянный дрот или трубку, на свободном конце которых отформована линза. В линзу, в процессе формовки или после неё, вставляют держатели (крючки), поддержки ТН.

При изготовлении лампы штенгель ножки служит элементом вакуумной системы, связующим внутреннее пространство лампы с вакуумным насосом и обычно представляют стеклянные цилиндрические трубки круглого сечения.

Тарелкой называется короткая стеклянная трубка с конусообразным расширением развёрткой с одной стороны. Благодаря тарелке, развёртка которой сплавляется с горлом колбы, ножка приобретает определённое фиксированное положение.

При конструировании ножки, изображенной на рисунке 3.1, и выборе ее элементов, нужно обеспечить ряд требований. Прежде всего, спай электродов со стеклом в ножке должен быть не только механически прочным, но и вакуумно-плотным. Между поверхностью ввода (впаиваемой частью) и прилегающим к нему стеклом не должно быть каналов, пропускающим их стеклом не должно быть каналов, пропускающих газы, ни в холодном состоянии, ни в рабочем режиме.

 

 

Рисунок 3.1 – Ножка лампы накаливания

 

Каждый из электродов работает одновременно в трех средах, существенно отличающихся друг от друга (в лампе, вне лампы, в стекле). Это предопределило конструкцию трехзвенную конструкцию токовых вводов. Для вакуумных ламп внутренние звенья изготавливаются из меди. Внешние звенья работают в условиях атмосферного воздуха при не высоких температурах. Наиболее подходящей является медная проволока. Средние звенья располагаются в стекле. Они должны создавать со стеклом вакуумно-плотное соединение, которое бы надежно изолировало внутренний объем лампы внутренний объем лампы от окружающей среды. В данном случае выбирается конструкция с платинитовым средним звеном.

Стекло для ножек необходимо выбирать с теми же физическими параметрами, что и для колб. Это необходимо для создания качественного вакуумного спая. По температурному коэффициенту линейного расширения стекло ножки должно соответствовать материалу внутреннего звена токового ввода.

При оценки размеров линзы следует исходить из того, что держатели должны впаиваться в неё на глубину . Расстояние между смежными держателями в линзе должно быть . Между противоположными – .

Диаметр штабика должен быть минимальным, но вместе с тем таким, чтобы обеспечивалась его прочность и возможность получение линзы необходимых размеров.

Длина штабика в ножке должна определять вместе с тарелкой и цоколем, заданную для лампы, высоту светового центра.

Высота светового центра – это точка, совпадающая с центром тяжести ТН, относительно которой даётся КСС лампы.

Высота светового центра измеряется параллельно оси лампы и отсчитывается от той детали цоколя, которая определяет его положение в патроне. Эта деталь называется фиксирующим элементом.

Для штенгеля обычно выполняется следующее соотношение, отношение длины штенгеля к его диаметру должно быть больше или равно

Внутренний диаметр и длина штенгеля должны быть такими, чтобы получить наилучшее условие для откачки и наполнение лампы, которая характеризуется пропускной способностью.

Диаметр развёртки тарелки устанавливается в зависимости от диаметра горла колбы. Разница между диаметром развёртки тарелки и колбой должна составлять около диаметра колбы.

При определении длины вводов, необходимо исходить из заданных длины лампы, высоты светового центра и развёртки тарелки.

Из молибдена изготавливают держатели (крючки).

Из никеля изготавливают внутренние звенья для вводов газополных ламп. Для вакуумных ламп внутренние звенья изготавливаются из меди, поскольку вводы в вакуумных лампах не реагируют с потоками нагретого воздуха.

Диаметр вводов обычно больше или равно

Средние звенья изготавливаются из платинита потому, что

- платинит хорошо смачивается стеклом;

- даёт прочное соединение с медью и никелем;

- имеет маленькое удельное сопротивление;

- имеет ТКЛР такой же, как у стекла.

Выбор диаметра платинита ограничивается областью .

Платинит диаметром < не достаточно прочен и не даёт герметичного спая со стеклом из-за быстрого окисления.

Диаметром > даёт напряжение на стекле.

Выбор диаметра платинита зависит также от предельных токовых нагрузок (таблица 3.1).

 

Таблица 3.1 – Предельные токовые нагрузки платинита

Диаметр платинита,	Предельная токовая нагрузка,
0,30	2,00
0,35	4,00
0,40	5,80
0,45	7,30
0,50	8,80
0,60	11,6
0,70	14,0
0,80	16,3

По предельной токовой нагрузки, которая равна , из таблицы 3.1, выбираем диаметр платинита, равный .

Диаметр держателей существенно меньше, чем у электродов, т.к. по ним не протекает электрический ток.

Число держателей выбирается так, чтобы они располагались через ТН.

Если лампа работает в обычных условиях, то расстояние между держателями выбирается больше.

Если лампа подвергается вибро- и ударным нагрузкам, то держатели располагаются чаще.