Источники света

Судовое осветительное оборудование и электронагревательные приборы

Основные понятия светотехники и характеристики

Лучистая энергия, излучаемая в виде электромагнитных колеба­ний в пространство, является одной из известных форм энергии.

Одной из основных величин в светотехнике является световой поток Ф, представляющий собой мощность лучистой энергии, оцениваемую по световому ощу­щению. За единицу светового потока принят люмен (лм). Напри­мер, лампа накаливания мощ­ностью 40 Вт и напряжением 220 В излучает световой поток 268 лм, а люминесцентная лампа типа ЛБ мощностью 40 Вт – 2350 лм.

Пространственная плотность светового потока носит название силы света:

I = Ф / Ω,

где Ω - телесный угол.

За единицу силы света принята кандела ( кд).

Сила света определяется конструк­цией осветительного прибора и значением светового потока источника света. Она большая у сигнального прожектора, где угол Ω мал, и имеет небольшое значение у обычного светильника.

Для оценки условий освещения обычно пользуются понятием освещенности. За единицу освещенности принят люкс (лк). Освещен­ностью называется поверхностная площадь светового потока

Е = Ф/ S,

где Ф - световой поток, лм;

S - площадь освещаемой поверхности, м².

Например, в летний полдень освещенность составляет около 100 000 лк, в полнолуние - 0,2 лк, на столе в аудитории - 150 лк.

Освещенность на судах нормируется Правилами Регистра . Так, для помещений ЦПУ и МО освещенность должна быть не менее 75 лк, для проходов и палуб - 50 лк.

 

Источники света

По принципу действия, источники света, применяемые на судах, разделяют на тепловые (лампы накаливания) и газоразрядные (люминесцентные лампы низко­го и высокого давления).

Лампы накаливания.

Эти лампы состоят из стеклянной колбы, внутри которой на стеклянном стержне с помощью молибденовых крючков закреплена нить накала из вольфрамовой проволоки.

Два платинитовых или никелевых электрода соединяют концы нити накала с цоколем, изготовленным из латуни или оцинкованной стали. Лампы малой мощности выполняют вакуумными, а колбы ламп большой мощности заполняют смесью тяжелых инертных газов (аргон, криптон, азот) под давлением около 80 кПа.

Основная цель заполнения ЛН инертным газом - замедлить испарение материала нити (увеличить время горения N ) и уменьшить передачу теплоты к колбе.

Температура нити накала вакуумных ЛН составляет около 2400ºС, а газонаполненных - около 2900°С. С повышением температуры накала увеличивается световая отдача ψ лампы - отношение светово­го потока (лм) лампы к ее электрической мощности (Вт).

Лампы накаливания широко используют благодаря ряду досто­инств:

- простоте конструкции;

- низкой стоимости;

- широкому диапазону шкал мощностей и напряжений;

- разнообразию форм и размеров;

- прос­тоте подключения к сети;

- отсутствию периода разгорания;

- широкому диапазону рабочих температур (±60ºС).

В то же время они имеют существенные недостатки:

- низкий КПД (2-3 %);

- большую зависимость характеристик ламп от колебаний напряжения;

- отличие спектрального состава от естественного света.

Люминесцентные лампы низкого давления.

По сравнению с лампа­ми накаливания ЛЛ являются более совершенными источниками света.

На судах широко применяют трубчатые ЛЛ.

На внутреннюю поверхность ламп нане­сен слой люминофора. На концах трубки впаяны 2 электрода в виде вольфрамовой спирали, покрытой слоем оксида для увеличения эмиссии электродов. После откачивания воздуха в лампу вводится капля ртути и инертный газ под давлением 400 Па.

Принцип горения лампы основан на явлении люминесценции: атомы аргона, а затем смеси атомов аргона и ртути под действием разности потенциалов на электродах начинают излучать ультрафиолетовые лучи (электролюминесценция). Лучи, попадая на люминофор, вызывают его видимое свечение (фотолюминесценция).

Изменяя состав люминофора, полу­чают ЛЛ трех типов: ЛД - лампы дневного света, ЛДЦ - лампы днев­ного света с улучшенной цветопередачей, ЛБ - лампы белого света.

Оптимальная температура работы ЛЛ составляет 20-25ºС. Откло­нение температуры в любую сторону уменьшает светоотдачу. При снижении напряжения на 10 % номинального лампы могут не зажечься или мигать, что является серьезным недостатком этих ламп.

Частота включений ЛЛ влияет на срок их службы, так как в момент включения происходит распыление оксидного покрытия электродов, при полном расходовании которого лампа перестает зажигаться

По сравнению с ЛН люминесцентные лампы:

- имеют КПД и срок службы в 3-4 раза больше;

- они стойки к воздействию вибраций и ударов;

- при колебаниях напряжения сети параметры горения изменя­ются незначительно;

- обладают небольшой яркостью;

- имитируют естест­венное дневное освещение.

К недостаткам ЛЛ следует отнести:

- зависи­мость световых параметров от температуры;

- наличие стробоскопиче­ского эффекта ( неощутимые глазом мигания света могут совпасть с частотами механических колебаний тел, в результате искажается действительное представление о движении тел, т. е. движущаяся деталь может показаться неподвижной);

- необходимость применения достаточно сложных и тяжелых пусковых устройств в связи с тем, что напряжение зажигания ламп превышает рабочее напряжение лампы, а иногда и напряжение сети;

- наличие периода зажигания;

- токсичность паров ртути, которые могут появиться при разрушении лампы.

Люминесцентные лампы тлеющего разряда применяются как сигнализационные. Они состоят из небольшой стеклянной цилиндрической колбы, покрытой люминофором. Внутри впаяны 2 близко распо­ложенных электрода.

Люминесцентные лампы высокого давления.

Наиболее распростра­нены ЛЛ высокого давления типа ДРЛ (дуговая ртутная лампа).

Они состоят из стеклянной колбы , покрытой внутри люминофором, и заключенной в ней кварцевой трубки 3, заполненной аргоном при давлении 400 Па с добавкой ртути .

В торцы кварцевой трубки впаяны активированные рабочие и поджигающие электро­ды, включенные через резисторы .

Привключении лампы в сеть между рабочими и поджигающими электродами возникает тлеющий разряд, ионизирующий аргон. При достаточной ионизации разряд перебрасывается в промежуток между рабочими электродами, после чего начинается процесс испарения ртути и повышения давления внутри трубки до 500-10 000 Па.

Возник­ший дуговой разряд сопровождается интенсивным излучением ультра­фиолетовых лучей. Люминофор преобразует невидимое ультрафиоле­товое излучение в свет.

Схема включения лампы ДРЛ состоит из дросселя L, ограничивающего ток лампы и стабилизирующего режим горения, конденсатора C, подавляющего радиопомехи.

Период разгорания лампы составляет 3-10 мин.

Световой поток и процесс зажигания лампы не зависят от темпера­туры окружающей среды, так как большая колба заполнена углекис­лым газом, являющимся теплоизолирующей оболочкой.

Достоинством ламп ДРЛ является сочетание малых габаритных размеров с большим световым потоком (10-46 клм при мощностях ламп 250-1000 Вт).

К недостаткам ламп ДРЛ следует отнести наличие периода разгорания. После погасания повторное включение возможно только через 5-10 мин после охлаждения лампы.

Двухэлектродные лампы ДРЛ не имеют зажигающих электродов, и их схема включения усложнена трансформатором, разрядником и другими элементами.

Существуют дуговые ксеноновые, криптоновые, натриевые и металлогалогенные лампы, отличающиеся различными цветовыми оттенками.