125630 (Конструкция теплового источника оптического излучения)

Реферат

Пояснительная записка содержит листа, рисунков, 6 чертежей, 5 таблиц, 3 использованных источника.

ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ, УСТРОЙСТВО ЛАМПЫ, ТЕЛО НАКАЛА, НОЖКА, СРЕДНЯЯ ТЕМПЕРАТУРА КОЛБЫ, ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, ДИАМЕТР НИТИ, ЗАВИСИМОСТЬ ПАРАМЕТРОВ.

В данном курсовом проекте производится расчет и конструирование лампы накаливания с вакуумным наполнением, рассчитывается тело накала, диаметр колбы по заданной средней температуре колбе, коэффициенты зависимости температуры, мощности, светового потока и световой отдачи от изменения диаметра нити тела накала. Приведена технология изготовления спроектированной лампы. В графической части приведены сборочный чертеж разработанной лампы накаливания, тела накала, ножки и т.д.

Введение

Число типоразмеров тепловых источников оптического излучения, среди которых основное место занимают лампы накаливания (ЛН), исчисляется несколькими тысячами. Столь большое разнообразие решений тепловых источников излучения обусловлено повсеместным и эффективным их применением в различных областях человеческой деятельности. Широкое распространение ЛН, прежде всего объясняется их сравнительной простотой и надежностью эксплуатации, отработанностью технологии производства и дешевизной. Промышленностью освоены лампы, напряжение которых колеблется от долей до многих сотен вольт, мощность – от сотых долей ватта до десятков киловатт. Применяются лампы, размер которых меньше рисового зерна, и в то же время в специальных оптических системах используются лампы, диаметр колбы которых превышает 0,6 м.

Практическое отсутствие ограничений в части создания ламп на требуемые мощности и напряжения, сравнительная простота реализации ламп с необходимыми габаритами и заданной форма тел накала и колбы, широкие возможности регулирования яркости (в том числе габаритной) тела накала и многие другие преимущества ЛН делают их вполне перспективными в необозримом будущем.

Путем изменения температуры тела накала, материала и толщины стекла, из которого выполняется колба, а также параметров покрытий, наносимых на стекло колбы, можно в весьма широких пределах изменять спектральные характеристики ЛН. ЛН в отличие от все более широко используемых газоразрядных ламп не требует специальной пускорегулирующей аппаратуры, обеспечивающей зажигание и стабилизацию разряда. В отличие от многих типов газоразрядных источников света характеристики ламп накаливания практически не зависят от температуры окружающей среды. Уместно напомнить, что миниатюрные и микроминиатюрные (сверхминиатюрные) источники света, как правило, крайне сложно выполнить с помощью газоразрядной лампы, поскольку при весьма малых расстояниях между электродами (при требуемых малых габаритах области излучения) сложно обеспечить надежное зажигание и поддержание стабильного газового разряда. Поэтому в установках, в которых требуются миниатюрные источники излучения, еще многие годы будут отдаваться предпочтение лампам накаливания.

Указанные достоинства ламп накаливания во многом объясняют непрерывные поиски новых высокотемпературных материалов, совершенствование элементов ламп, создание полностью автоматизированных и высокоскоростных поточных линий, повсеместные теоретические и экспериментальные исследования (особенно применительно к специальным низковольтным и галогенным лампам накаливания).

Лампы накаливания (ЛН) принадлежат к искусственным источникам света теплового излучения. Устройство ЛН основано на использовании тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока по проводнику с высокой температурой плавления. Нагретый током тугоплавкий проводник излучает энергию, которая в форме электромагнитных волн различной длины волны распространяется в окружающем пространстве. Убыль энергии в виде излучения постоянно восполняется проходящим током.

При низких температурах проводник излучает почти только невидимые лучи, а с повышением температуры возрастает энергия излучения и увеличивается доля видимых лучей. Проводник начинает светиться сначала темно-красным, затем красными оранжевым и, наконец, белым светом.

Лампы накаливания принадлежат к электровакуумным приборам, - действие которых связано с использованием электрических явлений в их рабочем пространстве. Они входят в группу так называемых безразрядных или проводниковых приборов, характеризующихся прохождением электрического тока по проводникам и используемых в качестве источника излучения (обычно-видимого света).

Расчет и конструирование новых ЛН принято проводить в несколько этапов. Основными из которых являются следующие:

а) анализ пополнение исходных данных;

б) по исходным данным определяются диаметр и длина нити накала, диаметр спирали и длина спирали с последующим уточнением количества крючков.

в) расчет рабочего режима лампы (тела накала) с помощью построения зависимостей Рл, эффективного энергетического потока (Ф’э) и мощности отводимой через газ (Рг), от температуры тела накала (Т) - при равенстве Рл(Т) и Ф’э(Т)+Рг(Т) находится рабочая температура тела накала (Т) и соответствующая ей Рл и Н.

г) уточнение Рл и Н по формулам пересчета, разработка конструкции и технологии производства предлагаемого варианта 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 Рл130В) 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 = 0.74

Таблица 1.

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

Рис.3. Зависимость от kШ.

Из рисунка 3 видно, что = 0.934. Тогда

В.СП = = 0.74 0.934 = 0.69.

Световая отдача лампы найдется из выражения:

Задаем также коэффициент экранирования светового потока цоколем Ц =1,03; коэффициент охлаждающего действия электродов и крючков Д =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: