Дослідження характеристик лампи розжарювання - студопедія
Програма та методика дослідження.
1. За вдачею і літературних джерел [1, 2, 4] скласти ескіз лампи і вивчити її конструкцію.
2. Вивчити конструкцію і електричну схему вимірювальної панелі (рис.1.1).
Рис 1.1 Принципова електрична схема стенду для зняття характеристик ламп розжарювання. QF - автоматичний вимикач; HL - сигнальна лампа; BL - фотоелемент, V - тиристорний регулятор; EL - досліджувана лампа, РА1 - мікроамперметр; SA1 - вимикач; РА2- люксметр; А-підсилювач (Схема тиристорного регулятора наведена на рис.4.2.)
Електрична схема установки переноситься до звіту. У звіті також
викреслюється схема взаємного розташування лампи, фотоелементи та актинометрії із зазначенням відстані між ними. Див рис. 1.2
розташування лампи 2,
фотоелемента 3, актинометрії 1, кожуха 4, тубуса 5
3. З таблиці П.1 додатку виписати в таблицю 02. технічні дані досліджуваної лампи, в тому числі температуру спіралі - Тсп і номінальну напругу.
4. Провести попередні експерименти, для чого:
а) виміряти напруга живлення, вимкнувши SA і тиристорний регулятор (+);
б) включити SA і за допомогою тиристорного регулятора (-) зменшити
напруга, що подається на лампу, до мінімуму. Заміряти U і I і
користуючись законом Ома визначити R0 - опір спіралі в холодному
стані.
в) встановити номінальне значення потужності лампи по ватметр і
з'ясувати номінальне значення напруги.
Мал. 1.3. Принципова електрична схема вимірювання температури
Т2 - трансформатор, R1. R7 - резистори. VD13, VD14 - стабілітрони, А -
підсилювач К140УД1A, VD1 ... VD8 -діоди, ВК терморадиационной прилад,
РА1 - мікроамперметр.
г) одне з довільних положенні лампи прийняти як основне, заміряна при цьому освітленість - Е0 Не змінюючи відстані між лампою і фотоелементом, повертаючи лампу навколо осі, зробити виміри освітленості Е і встановити поправку на несиметричність сили світла (формула 1.1)
де: ΣЕ - сума заміряних освітленостей;
n - число вимірів освітленості.
Істинне значення середньої освітленості визначається множенням показань приладу на коефіцієнти Кт. Кн.
Температура нитки лампи вимірюється за допомогою термоелектрорадіоактінометра (ТЕРА), включеного в спеціальну схему (рис. 1.3.). Змиритися ток пропорційний термо ЕРС ТЕРА, яка в свою чергу пропорційна 4-ої ступеня температури нитки. На рис. 1.4. дан фрагмент цієї залежності.
Налаштування приладу проводиться за допомогою резистора R6 (рис.1.3.). за
графіку (рис.1.4.) визначають струм. відповідний номінальній температурі
нитки і резистором R6 встановлюють цей струм.
Мал. 1.4. Тарировочная крива термоелектрорадіоактінометра
При зміні температури нитки струм буде змінюватися, і значення температури визначається за тим же рис. 1.4. Для виконання вимірювань оптика приладу ТЕРА повинна бути спрямована на нитку, для цього його слід переміщати по вертикалі до тих пір поки в червоному вікні візира НЕ буде лампи при зміні напруги. Межі вимірювання напруги беруться видно проекція нитки.
5. Дослідити вимір світлотехнічних та електротехнічних параметрів лампи при зміні напруги. Межі вимірювання напруги беруться відповідно до можливих коливаннями напруги в сільських мережах ± 10% від номінальної напруги. Вимірювання проводяться для 5-ти рівнів
напруги, включаючи номінальне і крайнє, тобто 1.1 Uн; 0.9 UH. зміна
параметрів підпорядковується емпіричному закону:
де: X. Хн - шуканий і номінальний параметр;
U, U н -поточна і номінальне значення напруги;
К - показник ступеня, таблиця п.2.
Графічно ці залежності представлені на рис. 1.5. і 1.6. в відносних одиницях. Їх копії переносяться в звіт.
В роботі вимірюється освітленість Е. ток I, напруга U, температура нитки Т. Інші параметри визначаються за формулами:
Світловий потік: ФСВ ≈ 3,7 π Еср # 8467; 2 (1 3)
де 3.7 π - середній реальний тілесний кут лампи (4 π - повний тілесний кут сфери; Еср = Е # 8729; Кт # 8729; Кн - середня освітленість фотоелемента, лк; Е - свідчення люксметра установки; Кт. Кн - поправки, які визначаються за формулами (0.1) і (1.1.); Кт = 1.
# 8467; - відстань між віссю лампи і фотоелементом, м.
Опір нитки лампи: (1.4)
Активна потужність: Р = U # 8729; I (1.5)
Потужність вищих гармонік G = (Uс -Uл) # 8729; I (1.6)
світловий віддачі # 968 ;, температури нитки
пампи Т від напруги живлення, отн.ед.
Таблиця 1.2. Експлуатаційні характеристики лампи _______.
6. За даними експериментів робляться висновки про ступінь збігу досвідчених і розрахункових параметрів і про особливості ламп розжарювання в порівнянні з іншими джерелами світла. Якщо розбіжності паспортних даних перевищує 10%. то потрібно виявити причини помилок. а при необхідності повторити досвід.
Світлова віддача: (1.6)
В роботі також необхідно виявити перерозподіл складових частин випромінювання і ККД їх перетворення
Інтегральний потік випромінювання визначається за формулою Стефана-Больцмана:
Де: Ау - умовна площа нитки, табл. П.1. (М 2)
# 963; - постійна Больцмана, табл. П.3.
# 949; s - інтегральний коефіцієнт ступеня чорноти вольфраму, рис. П.4.
Променистий ККД (ККД інтегрального випромінювання) - за формулою:
Активний потік: (1.9)
де # 949; св - середній коефіцієнт теплового випромінювання вольфраму в видимому
зоні (рис п.4.)
-площа графіка пропорційна потоку а.ч.т. в зоні 0 ... 380 нм.
- то ж, для потоку а.ч.т. в зоні 0..760 нм.
- то ж, для інтегрального потоку.
Всі значення взяті для однієї і тієї ж температури і знаходяться за малюнком п.5. Площі S'a1 і S'a2 визначаються по функції планка (рис. 1.8). Методика розрахунку викладена в поясненні до роботи.
ККД лампи в активній зоні:
Світловий (ефективний) потік лампи, Вт
Світловий ККД лампи (1.15)
Заміряні і обчислені величини записуються в табл 1.2 в стовпці "абс". У стовпці "отн" вносять відносні значення тих же величин, при цьому
знаменник дробу обчислення відносної величини дорівнює абсолютному
значенням цієї величини при Uн. Відносні значення параметрів кожен зі своїм позначенням (•, V, *, i ○), наносяться на графіки (рис 1.5-1.6).
Зміна ККД представляється графіком # 951; = f # 8729; (U%).
Пояснення до роботи.
Причиною випромінювання нагрітого тіла спіралі є електронні переходи в молекулярній структурі металу, що супроводжуються виділенням потоку фотонів. Розподіл фотонів по спектру описано рівнянням Планка (1.11) і представлено на рис. 1.7. Інтегральний потік випромінювання пропорційний площі, обмеженою відповідної кривої (рис. 1.7) і визначається за законом Стефана-Больцмана по (рис. 1.7) Активний (видимий) потік є частиною інтегрального потоку, обмеженого # 955; # 951; = 380 нм і # 955; к = 760нм.
Цей потік може бути знайдений з використанням формули (1.9).
Спектральний розподіл фотонів для а.ч.т. описується функцією Планка
де: # 955; - координата довжини хвилі випромінювання, м;
Т - температура, К;
А - площа випромінювання, м 2;
К1 = 3,74 # 8729; 10 -16 Вт # 8729; м -2; К2 = 1,4 # 8729; 10 -2 мк.
При температурі Т максимальне значення функції Планка має вигляд
а довжини хвиль при цьому: # 955; max = 2 896 / T, мкм (1.13)
Якщо (1.11) розділити на (1.12), довжину хвилі на (1.13), то функція Планка
стає незалежною від температури і зображується в відносних
координатах
Інтегрування цієї функції до будь-якого дає можливість отримати в
цій зоні в відносних одиницях: Sa1 ', Sa2', Ss ', причому кожне з цих значень пропорційно відповідної площі графіка (заштрихована частина). Значення S '(# 955;') обчислені і наведені на рис. 2.5.
Ріс.1.7. Розподіл випромінювання а.ч.т. (1) і вольфраму (2).
Рис.1.8. Закон планка для нагрітого тіла, в отн.ед.
Лабораторна робота № 4