Конструкция теплового источника оптического излучения (стр. 2 из 5)
Задаем также коэффициент экранирования светового потока цоколем aЦ =1,03; коэффициент охлаждающего действия электродов и крючков aД =1,03; коэффициент охлаждающего действия поддержек при I=const
=1,015;Рассмотрение внутреннего и внешнего баланса энергии ламп накаливания, у которых охлаждающее действие поддержек не перекрывается, позволило установить, что
где
, 
- удельное сопротивление и энергетическая светимость вольфрама при температуре Т; k - относительные потери через газ; Нл, Нпр - световые отдачи лампы и прямой нить (в вакууме); 
, 
- общие коэффициенты излучения и излучения по световому потоку ТН; I, U - ток лампы и напряжение на ней; - коэффициент, учитывающий уменьшение мощности за счет охлаждающего действия поддержек при I=const (для ЛОН =1,01 - 1,02); 
- коэффициент, характеризующий экранирующее действие цоколя ( 
= 1,03 - 1,08); 
- коэффициент, определяющий потери светового потока ТН из-за охлаждающего действия поддержек, 
= 1 + (0,004 - 0,008)nд, где nд - количество поддерживающих ТН электродов и крючков; для ЛОН = 1,03 - 1,05.Рассчитываем световую отдачу прямой нити в вакууме:
Температура ТН однозначно связана с НПР, а rТ = f(T) и MeT = f(T) представлены в табл. 2.
Таблица 2.
| T, K | r*10-6 ,Ом×см | Мет, Вт/см2 | Нпр, Лм/Вт |
| 2200 | 63.48 | 38.2 | 5.6 |
| 2300 | 66.91 | 47.2 | 7.3 |
| 2400 | 70.39 | 57.7 | 9.5 |
| 2500 | 73.91 | 69.8 | 11.8 |
| 2600 | 77.49 | 83.8 | 14.4 |
| 2700 | 81.04 | 99.6 | 17.8 |
| 2800 | 84.7 | 117.6 | 20.7 |
| 2900 | 88.33 | 137.8 | 23.9 |
| 3000 | 92.04 | 160.5 | 27.5 |
| 3100 | 96.04 | 187.5 | 31 |
| 3200 | 99.54 | 214 | 34.6 |
При НПР= 9,949 лм/Вт температура ТН равна 2427,6 К, энергетическая светимость МеТ = 61 Вт/см2, а удельное сопротивление rТ = 71,36×10-6 Ом×см.
Рассчитываем диаметр (d) и длину (l) нити:
Далее найдем геометрические параметры ТН по формулам:
Уточнение параметров ТН рассчитанной лампы производится путем графического определения рабочей температуры ТН (ТР) по пересечению рассчитываемых
РЛ = bU2 / rT = f(T) и Фе = f(T)
Для этого построим зависимости мощности лампы и энергетического потока от температуры тела накала. Расчет кривых проводим с помощью программы предназначенной для расчета ламп накаливания. Значения приведены в табл.3.
Таблица 3.
| Т, К | Фе, Вт | РГ, Вт | РЛ, Вт | Фе+РГ, Вт |
| 2200 | 50,1 | 0 | 89,9 | 50,1 |
| 2300 | 62 | 0 | 85,2 | 62 |
| 2400 | 75,9 | 0 | 80,9 | 75,9 |
| 2500 | 91,9 | 0 | 77 | 91,9 |
| 2600 | 110,4 | 0 | 73,4 | 110,4 |
| 2700 | 131,3 | 0 | 70,1 | 131,3 |
| 2800 | 155,1 | 0 | 67,0 | 155,1 |
| 2900 | 181,9 | 0 | 64,2 | 181,9 |
| 3000 | 212,0 | 0 | 61,6 | 212,0 |
| 3100 | 249,7 | 0 | 58,6 | 249,7 |
| 3200 | 285,4 | 0 | 56,3 | 285,4 |
По данным табл.3 построим кривые зависимостей РЛ=f(T) и Фе=f(T) (рис.4).
Определим точно значение температуры.
ТР = 2425,4 К.
Сопротивление нагретого ТН найдется из выражения:
b - коэффициент, учитывающий охлаждающее действие выбранного после предварительного расчета тело накала количества держателей:
где nД - количество электродов и крючков, Q1 - табулированная функция (Q1=0,00295) , d - диаметр нити, d - коэффициент излучения.
Находим уточненную мощность лампы:
Уточненный световой поток лампы найдется из формулы:
где LT - яркость по нормали к поверхности вольфрама (LT = 184,3 кд/см2, берется из таблицы).
Далее находим уточненную световую отдачу:
Далее проводится уточнение диаметра и длины нити тела накала по следующим формулам:
nr = 1,19, nM = 4,75, nL = 10,91 - берется из таблицы.
 |
Далее пересчитываем геометрические размеры тела накала по формулам:
Ножкой называется цельный неразъемный узел лампы, включающий в себя стеклянный штабик 1, штенгель 2, тарелку 3 с разверткой 4 и трехзвенные электроды 10 cоединены в единую конструкцию посредством расплавления и последующей формовки стекленных элементов в виде лопатки 5. В это время осуществляется продувка штенгеля, в результате чего образуется откачное отверстие 6.
По конструктивному исполнению ножки разделяют на три группы: гребешковые, бусинковые и плоские. Подавляющее большинство ламп накаливания снабжают гребешковыми ножками, которые чаще всего имеют штенгель, штабик, тарелку и электроды.
Ножки для ламп на низкое рабочее напряжение изготавливают без штабика с одной двумя молибденовыми поддержками или без поддержек. Выбираем гребешковую ножку cо штабиком и десятью держателями впаянными в линзочку.
Средние звенья 7 электродов должны создавать со стеклом вакуумно-плотное соединения, которое изолировало бы внутренний объем лампы от окружающей среды. В большинстве ЛН для этих целей используют биметалл платинит. Диаметр платинита ограничивается областью от 0.25 до 0.8 мм. Платинит, диаметром 0.25 мм недостаточно прочен и не дает герметичного спая со стеклом из-за быстрого окисления, а толще 0.8 мм - вызывает опасности напряжения в стекле. Диаметр платинита выбираем из стандартного ряда в зависимости от предельно допустимых токовых нагрузках (dПЛАТ = 0,3 мм при IПРЕД = 2 А).
При изготовлении лампы штенгель 2 ножки служит элементом вакуумной системы, связывающим внутреннее пространство лампы с вакуумным насосом и обычно представляют стеклянные цилиндрические трубки круглого сечения, длина которых (LШ) значительно больше внутреннего диаметра (DШ). Между длиной и диаметром штенгеля обычно соблюдается соотношение LШ / DШ ³ 20.
Длина штенгеля должна обеспечивать удобное вставление лампы в гнезда откачных установок. Выбираем выступающей за край развертки длину штенгеля равной 50 мм. Используя соотношение находим внутренний диаметр штенгеля 58 / 28 » 2 мм
Чертеж смонтированной ножки представлен в приложении.
4. Расчет средней температуры колбы
Колбы большинства ЛН – это стеклянные баллоны разной формы, в которые впаивают смонтированные ножки. На рис.6 приведены части и обозначения основных размеров колбы: 1 – основная часть колбы; 2 – горло колбы; 3 – рант.
Назначение колбы – надежно защищать тело накала от атмосферного воздуха; в максимальной степени пропускать оптическое излучение в течении всего срока службы; выполнять роль конструктивного остова лампы, связывая с собой заданным образом ножку и цоколь; в ряде случаев обеспечивать функции оптической системы; выполнять некоторые эстетические функции.
Определение температуры колбы ТК следует проводить в согласии с принятыми принципами расчета ТК колб разрядных ламп.
Так как
aК×РЛ = q×АК,
где aК – доля мощности лампы (РЛ), идущая на нагрев колбы; q – удельные тепловые потери колбы путем лучеиспускания (qИ) и отвода тепла через газ (qТ), а АК – площадь внешней колбы (АК = zpdК, где dК – диаметр колбы; z – коэффициент, учитывающий реальную форму колбы и зону горловины), то
где Фе – поток излучения ТН; РГ – мощность тепловых потерь ТН через газ; РЦ – мощность, идущая на нагрев цоколя излучением и газом; a¢К – эффективный коэффициент поглощения и излучения стеклом колбы; a¢¢К – коэффициент, показывающий, какая часть РГ, падающая на колбу, поглощается стеклом; e¢К, e¢¢К – доли Фе и РГ, падающие на колбу лампы; e¢¢¢К – доля РЦ, передаваемая цоколем колбе лампы; А – коэффициент, зависящий, в основном, от рода и давления окружающего колбу газа; ТК – средняя температура колбы, К; ТО – температура окружающей среды, К; eК – коэффициент излучения стекла колбы; s0 – постоянная Стефана-Больцмана, равная 5,67×10-12 Вт/см2град.