Описание устройства проектируемой лампы

1. Описание устройства проектируемой лампы

Рассмотрим устройство проектируемой лампы на примере лампы накаливания общего назначения.

Главной частью любой ЛН является тело накала (1) (рис.1). Нагревание тела накала (ТН) производят пропускание через него электрического тока, что приводит к излучению света. ТН может быть выполнено из нити, спирали, биспирали, триспирали и иметь различные формы и размеры. Для того, чтобы ТН в процессе работы сохраняло исходную форму его фиксируют в пространстве с помощью внутренних звеньев электродов (2) и держателей (3). Необходимо отметить, что при конструировании тела накала важнейшими являются вопросы монтажа на ножке лампы. Выбор конструкции монтажа может повлиять на конструкцию самой спирали, т.е. может потребовать заранее предусмотренных пропусков спирали, называемых «тире». Ниже на рис.2 приведены наиболее распространенные типы монтажа.

В зависимости от типа лампы электроды могут быть одно- двух- и трехзвенными. Внутреннее звено изготовляется из никеля, ферроникеля, меди или платинита. Среднее звено может быть изготовлено из платинита или молибдена. Внешнее звено изготовляется из меди, платинита. Если внешнее звено выполняет роль плавкой вставки, то оно изготавливается из ферроникеля.

Рис.2. Наиболее распространенные типы монтажа.

Электроды и держатели являются частью ножки. Ножка - стеклянный конструктивный узел лампы который кроме электродов включает в себя стеклянный цельной или пустотелый штабик (5) с линзочкой (4), стеклянный пустотелый штенгель (8) и стеклянную трубку тарелку (9) имеющую в нижней части развертку. Эти детали соединены между собой путем сплавления стеклянных элементов в зоне лопатки (6). Ножкой служит опорой для ТН и вместе с колбой обеспечивает герметичность лампы. Для удобства эксплуатации на горловину с помощью мастики укрепляется цоколь (11).

Металлический корпус (1), который служит для установки лампы в патроне, обеспечения электрических контактов между сетью (упругим контактом патрона) и электродами лампы (в большинстве ламп его привариваются или припаивают к корпусу), нанесение маркировки на рант и соединение цоколя с горлом лампы посредством цоколевочной мастики. Металлические контактные пластины (2) служащие для осуществления электрического контакта между сетью (упругими контактами патрона) и другими электродами лампы, которые привариваются или припаиваются к пластине. Стеклянный или керамический изолятор (3), обеспечивающий механическое соединение корпуса с контактными пластинами и электрически изолирующий их друг от друга.

2. Расчет тела накала

При выборе и определении исходных данных необходимо учитывать следующее.

При Рл<25 Вт (U>130В) тело накала – спираль, а лампа вакуумная (В); если Рл>200 Вт (U>130 В), то ЛН, как правило, со спиральным телом накала, а наполнение – технический аргон (Г); в тех случаях, когда 40 Вт < P < 200 Вт, то лампы биспиральные наполненные техническим аргоном (Б) или техническим криптоном (БК).

В нашем случае (Рл = 80 Вт, U = 220 В), тело накала – спираль, лампа вакумная.

Опыт серийного производства показывает, что коэффициент шага (kш) и сердечника (kс) обычно находится в пределах kш = 1,3 - 1,7; kс = 3 – 6 (kш, kс – соответственно, коэффициенты шага и сердечника спирали). Коэффициент шага стремятся сделать меньше, а сердечника - больше, так как при этом тело накала компактнее, а потери через газ - меньше.

Выбираем спиральную вакуумную лампу. При этом потери через газ будут равны kГ = 0.

Ток лампы найдется из выражения:

Коэффициент шага kШ = 1,4. Коэффициент сердечника kС = 4,0.

Коэффициент излучения есть функция коэффициента шага. По табл.1 принимаем d = 0.74

Таблица 1.

KШ	1.00	1.10	1.20	1.30	1.40	1.50	1.60	1.70	1.80	1.90	2.00
d	0.50	0.60	0.66	0.70	0.74	0.77	0.79	0.80	0.82	0.84	0.85

Коэффициент видимого излучения для спирали определяется по формуле dВ.СП = d × h, h = f(kШ). Зависимость представлена на рисунке 3.

Рис.3. Зависимость h от kШ.

Из рисунка 3 видно, что h = 0.934. Тогда

dВ.СП = d × h = 0.74 × 0.934 = 0.69.

Световая отдача лампы найдется из выражения:

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: