Beschrijving en werkingsprincipe van de gloeilamp:
Wat is een gloeilamp?
Een gloeilamp, hierna LN genoemd, is een bron van kunstlicht, waarbij de lichtstroom wordt verkregen door een dunne metalen gloeidraad te verhitten tot de temperatuur van de gloed van een roodgloeiend metaal. Voor verwarming wordt een elektrische stroom door de gloeidraad geleid. De eerste lampen hadden een gloeidraad van verkoold organisch materiaal, zoals bamboe, in de vorm van een vezel.
Om te voorkomen dat de draad snel zou opbranden, werd lucht uit de kolf gepompt en afgesloten. Of ze vulden de kolf met een gassamenstelling waarin geen oxidatiemiddel zit - zuurstof. Dergelijke gassen worden inert genoemd - argon, neon, helium, stikstof, enz. Deze gassen worden zo genoemd omdat ze niet reageren met metalen, d.w.z. inert.
Eerste lampen met een koolstoffilament had een werkbron van niet meer dan een dozijn uur. Het werd aanzienlijk verhoogd na de vervanging van koolstoffilament door dunne metaaldraad.
Zo'n licht werd gloeilamp genoemd, d.w.z. hete metalen licht. En de draad werd de gloeidraad genoemd. Zo gloeit staal verwarmd tot 1200°C geelwit, terwijl het bij 1300°C bijna wit gloeit.
Aan het einde van de 19e eeuw werd de koolstofdraad, die snel opbrandde, vervangen door vuurvaste metalen - wolfraam, molybdeen, osmium of metaaloxiden - zirkonium, magnesium, yttrium, enz.
Door de kolf met inerte gassen te vullen, werd de verdampingssnelheid van het metaal uit de hete gloeidraad verminderd, en daarom werd de duur van de werking ervan verlengd.
Bij hoog vermogen worden de filamenten in een "vertakte" vorm gemaakt. Projectielichtbronnen voor het creëren van een gerichte stroom hebben een draad met een complexe configuratie en vormen een platte structuur loodrecht op de stralingsas. In dit geval wordt een lichtreflector in de lamp geplaatst, bijvoorbeeld in de vorm van een dunne laag gespoten metaal - zilver of aluminium.
Om de lamp rechtstreeks van stroom te voorzien via het destijds bestaande lichtnet, dat een constante spanning van 110 V had, was een lange en dunne metalen draad nodig. Dit zorgde voor een verhoogde weerstand, waardoor er minder stroom nodig was voor verwarming.
Voor een dichte "verpakking" in een klein volume van een transparante glazen kolf, werd de draad herhaaldelijk gebogen en op draadhouders geplaatst.
Een dergelijk buigen van de draad bemoeilijkte het ontwerp van de eerste lichtbronnen, die veel langer werkten dan de "kolen" -bronnen. Een doorbraak in de ontwikkeling van het ontwerp van gloeilampen was het voorstel om de draad in een spiraal te draaien. Dit verkleinde zijn omvang meerdere keren.
Een nog kleinere afmeting van het gloeiende lichaam werd verkregen door een dunne spiraal in een tweede spiraal te vouwen, maar met een grotere diameter. De dubbele helix wordt de bi-helix genoemd.
De volgende fase in de ontwikkeling van lichtbronnen was de overgang naar AC-netwerken en het gebruik van een transformator om de voedingsspanning van de lampen te verlagen.
De belangrijkste onderdelen van een gloeilamp
De belangrijkste structurele elementen van een gloeilamp zijn onder meer:
- filament of filamentlichaam;
- hulpstukken voor het bevestigen van de draad;
- een kolf om de draad te beschermen tegen snelle verbranding en externe invloeden;
- sokkel voor inbouw in een patroon en aansluiting op het lichtnet;
- sokkelcontacten - een lichaam met schroefdraad en een centraal contact in de onderkant van de sokkel.
Het anker is ontworpen om de draad te bevestigen en de vereiste configuratie en richting van de lichtstroom te creëren.
De basis is nodig voor bevestiging in de montagepatroon en voor aansluiting op de kolf. In retrofit-lampen, analogen van gloeilampen, wordt een deel van het stroomapparaat in de basis geplaatst.
plint
Op de halogeen gloeilampen, afhankelijk van de voedingsspanning, het vermogen en het ontwerp van de kolf, zijn verschillende soorten sokkels geïnstalleerd - met schroefdraad, pen, bajonet, pen, enz.
Het systeem van contacten op de sokkels is nodig om verbinding te maken met het lichtnet of de voeding.
kolf
Transparante kolf LN wordt gebruikt voor:
- bescherming van de draad tegen de externe atmosfeer die een oxidatiemiddel bevat - zuurstof;
- het creëren en onderhouden van een vacuüm- of gassamenstelling;
- het plaatsen van een fosfor en/of coatings die verschillende soorten elektromagnetische energie omzetten in zichtbare straling, warmte teruggeven aan de gloeidraad, onzichtbare UV- en IR-straling omzetten in licht, de schaduw van de lampgloed corrigeren - rood, groen, blauw.
Gloeiend lichaam
Het gloeiende lichaam is een draad gerold in een spiraal of bi-spiraal of een dun metalen lint.
Gasmedium
Inerte gassen die de bol van een lamp vullen, bijvoorbeeld stikstof, argon, neon, helium. In een mengsel van inerte gassen worden halogeenstoffen toegevoegd.
Hoe LN werkt en hoe het werkt
Het apparaat van de gloeilamp is tijdens zijn ontwikkeling weinig veranderd. Het belangrijkste element dat werkt volgens het principe van de gloed van een gloeiende substantie is een gloeidraad of een gloeiend lichaam. Dit is een dunne wolfraamdraad met een diameter van 30-40, maximaal 50 micron of micrometer (miljoensten van een meter).
Gloeilampen beginnen bij rood en naarmate de temperatuur stijgt, gaan ze door oranje, geel naar wit. Bij een verdere temperatuurstijging smelt het metaal van het gloeilichaam eerst en verbrandt vervolgens in aanwezigheid van zuurstof.
Video-tutorial: hoe moderne gloeilampen werken
Koud wolfraamfilament heeft een lage soortelijke weerstand. Wolfraam heeft, zoals de meeste metalen, een positieve temperatuurcoëfficiënt van weerstand TCR.Dit betekent dat tijdens het verwarmen van de gloeidraad met een elektrische stroom, de weerstand ervan toeneemt.
Voordat de lamp wordt aangezet, is de gloeidraad koud en heeft deze weinig weerstand. Daarom wordt er op het moment van inschakelen 10-15 keer meer stroom geleverd dan de nominale stroom. Deze sprong wordt starten genoemd. En vaak is hij burn-out oorzaak gloeiende lichamen.
Het duurt een fractie van een seconde om de draad op te warmen. Gedurende deze tijd neemt de weerstand toe. Aanvankelijk neemt een grote stroom die door de lamp gaat, terwijl het gas, de lamp en alle structurele elementen opwarmen, af tot de nominale waarde. Dus de lichtbron komt in de gespecificeerde modus en produceert een paspoort-lichtstroom. De tint van de gloed wordt ook nominaal, d.w.z. overeenkomend met een kleurtemperatuur van 2000 tot 3500 K. Het wordt warmwit genoemd en heeft verschillende kleurtemperatuurgradaties met originele namen en afkortingen in het opgegeven bereik. Bijvoorbeeld:
- superwarm wit - 2200-2400 K, aangeduid als S-Warm of S-W, het is ook erg warm wit of Warm 2400;
- warm - 2600-2800 K of Warm 2700;
- warm wit - 2700-3500 K of Warm Wit (WW);
- een andere warme is 2900-3100 K of Warm 3000 (W).
Temperatuur van afzonderlijke lampelementen
Het buitenoppervlak van de LON-lamp is afhankelijk van het vermogen van de lamp en kan worden verwarmd tot 250-300℃ of meer.
De draad wordt verwarmd tot 2000-2800℃, bij het smeltpunt van wolfraam 3410°C.
In sommige ontwerpen is de gloeidraad gemaakt van osmium met een smeltpunt van 3045 ℃ of rhenium - 2174. Het emissiespectrum van de LN wordt dus verschoven naar de rode zone van het zichtbare spectrum.
Welk gas zit er in de lamp?
Bij de eerste lampen werd de lucht uit de kolf gepompt.Nu worden alleen spaarlampen, niet meer dan 25 watt, geëvacueerd (lucht wordt eruit gepompt).
Tijdens de werking van een wolfraamdraad die wordt verwarmd tot 2-3 duizend graden, verdampt metaal intensief van het oppervlak. De dampen bezinken aan de binnenkant van de lamp en verminderen de lichttransmissie.
Uit onderzoek aan het begin van de vorige eeuw blijkt dat als de kolf wordt gevuld met een inert gas, de verdamping zal afnemen en de lichtopbrengst zal toenemen. Daarom werden de kolven gevuld met een van de inerte gassen of hun mengsel. Meestal zijn dit argon, stikstof, xenon, krypton, helium, enz. Helium wordt gebruikt voor effectieve passieve koeling van de interne elementen van een nieuw type LED-retrofitlampen.
Dit experiment wordt ten strengste afgeraden om thuis uit te voeren.
Hun belangrijkste lichtgevende element is een dunne staaf gemaakt van kunstmatige saffier of glas, waarop zich LED-kristallen bevinden. Zo'n emitter wordt een gloeidraad genoemd. Sommige "experts" verwarden de essentie gloeilampen en noemde ze "lampen met saffier lichtstralers". Hoewel kunstmatige saffier in deze lampen alleen wordt gebruikt als montagebasis en passieve koellichaam voor LED-kristallen.
Het falen van de LN wordt in de meeste gevallen niet geassocieerd met de verdamping van het metaal van het oppervlak van het gloeiende lichaam, maar met de versnelling van dit proces in de zones van schending van de filamentdikte. Dit gebeurt in de zone van een scherpe buiging van de draad of zijn breuk. Op deze plaats neemt de weerstand plaatselijk toe, de spanning, de vermogensdissipatie en de metaaltemperatuur stijgen. Verdamping versnelt, wordt een lawine, de draad vermindert snel zijn dikte en brandt uit.
Dit probleem werd eind jaren vijftig en begin jaren zestig opgelost door de massaproductie van halogeengloeilampen op te starten.
Halogenen - chloor, broom, fluor of jodium - werden geïntroduceerd in de samenstelling van een inert gas of mengsel. Als gevolg hiervan stopt het proces van metaalverdamping volledig of vertraagt het aanzienlijk. De atomen van deze additieven binden wolfraamdamp en vormen moleculen van onstabiele verbindingen. Ze vestigen zich op het oppervlak van het gloeiende lichaam. Onder invloed van hoge temperaturen ontleden de moleculen en geven halogeenatomen en puur metaal vrij, dat zich op het hete oppervlak van de draad nestelt en de verdampte laag gedeeltelijk herstelt.
Dit proces wordt geïntensiveerd door de druk te verhogen. Dit verhoogt de gloeidraadtemperatuur, levensduur, lichtopbrengst, efficiëntie en andere eigenschappen. Het emissiespectrum verschuift naar de witte kant. In met gas gevulde lampen vertraagt het donker worden van het oppervlak van de lamp van binnenuit door wolfraamdamp. Dergelijke lichtbronnen worden halogeen genoemd.
elektrische parameters:
De elektrische kenmerken van gloeilampen zijn onder meer:
- elektrisch vermogen, gemeten in watt - W, het bereik van gefabriceerde modellen - van verschillende watts (gloeilamp voor een zaklamp - 1 W) tot 500 en zelfs 1000 W;
- lichtstroom, Lm (lumen), is gerelateerd aan vermogen - van 20 Lm bij 5 W tot 2500 Lm bij 200 W, bij hoger vermogen is de lichtstroom hoger;
- lichtrendement, energie-efficiëntie of efficiëntie, Lm / W - hoeveel lumen licht in de vorm van een lichtstroom geeft elke watt aan stroomverbruik van het netwerk of van een stroombron;
- lichtsterkte of helderheid, cd (candela);
- kleurtemperatuur - de temperatuur van een voorwaardelijk zwart lichaam dat licht uitstraalt met een bepaalde tint.
Het doel van de elektrische lamp:
Elektrische lampen kunnen worden onderverdeeld in verschillende typen, afhankelijk van hun toepassing - voor openbaar, technisch en speciaal gebruik.
Het belangrijkste publieke gebruik is om elke persoon, dieren en vogels 's nachts of op een donkere plaats in een kamer van kunstlicht te voorzien.
Met behulp van licht verlengen mensen hun dagelijkse activiteit met enkele uren. Het kunnen werk- en studieprocessen zijn, huishoudelijke taken. De verkeersveiligheid verbetert, de mogelijkheid om 's avonds en 's nachts medische hulp te verlenen, en vele andere.
Lampen worden actief gebruikt op veehouderijen en pluimveebedrijven, voor de teelt planten in kassencomplexen. Ze worden verlicht met licht van een bepaald spectrum en de grootte van de lichtstroom. Voor het kweken van vissen is ook licht met een speciale spectrale samenstelling nodig.
technisch doel. In de productie worden voor technologische doeleinden apparaten gebruikt die zichtbaar en onzichtbaar licht geven. Voorbeelden:
- voor nauwkeurig en belangrijk werk heeft een persoon een hoog niveau van verlichting van de werkplek nodig;
- IR - infraroodstraling wordt gebruikt in de industrie, bijvoorbeeld voor contactloze verwarming van constructiedelen of in klimaattechnologie voor het verwarmen van een persoon die werkt in open ijzige lucht, in militair materieel en bij de jacht - nachtvizieren voor wapens, nachtkijkers, enz. ;
- UV- straling wordt gebruikt in de tandheelkunde voor het snel uitharden van vullingen, bij de vervaardiging van kunstgebitten, enz., in de geneeskunde en sanitaire voorzieningen - voor desinfectie van gebouwen, gereedschap, kleding, meubeloppervlakken, lucht, water, medicijnen, enz.
Speciale lampen worden gebruikt in lichtreclame voor buiten en binnen, criminalistiek, luchtvaart en ruimtevaart, lichtbegeleiding van showvoorstellingen en vele andere.
Belangrijkste soorten en kenmerken:
De belangrijkste soorten gloeilampen zijn:
- Lampen voor algemeen gebruik. Aangeduid met de afkorting LON. Meestal zijn dit apparaten met een vermogen van 25, 40, 60, 75 en 100 watt. De meest voorkomende - 60 watt. Maar industrieel geproduceerde LON met een vermogen van 150, 200, 500 en zelfs 1000 watt.
- Halogeen gloeilampen. Geproduceerd voor gebruik vanuit een hoogspanningsnet van 220 of 110 V en vanuit een laagspanningsnet. In dit geval worden ze gevoed door een step-down transformator.
Soorten laagspanningshalogeen LN:
- capsule, hebben de vorm van volledig glazen buizen met verschillende sokkels - eindpen GY6.35 of G4;
- reflex, voorzien van een reflecterend element, met een diameter van 35 tot 111 mm, GZ10 voet met opties.
Hoog voltage. Netspanning 220-230 V, 50 Hz. Deze lampen hebben meer opties:
- lineair in de vorm van een glazen buis met R7S-sokkels;
- cilindrisch - sokkels E27, E14 of B15D;
- met een afstandsbediening of extra kolf.
In het nieuwste model is een kleine halogeenlamp-capsule of buis stevig in de lamp gemonteerd. Het is gelast aan de centrale staaf van een conventionele LON-lamp, heeft flexibele draden die zijn aangesloten op een standaard Edison E27- of E14-voet. Met een stroomverbruik van 70-100 W levert hij een lichtstroom van 20-30% meer dan een conventionele gloeilamp.
Deze modellen hebben een hogere energie-efficiëntie en bereiken 12-25 lm/W, terwijl conventionele LON's een lichtopbrengst hebben van 3-4 tot 10-12 lm/W.
De levensduur van halogeenmodellen varieert van 4-5 tot 10-12 duizend uur.
Scheiding van lampen naar doel en ontwerp
decoratieve lampen
De afgelopen jaren zijn er retro lampen verschenen die vintage Edison LN's imiteren.
Daarnaast imiteren ze een “kaars”, “kaars in de wind”, “bult”, “peer”, “bol”, etc. in de vorm van een bol.
Gespiegeld
Bij spiegellampen is een deel van de lamp van binnenuit bedekt met een reflecterende laag. Meestal is dit een coating van metaal - zilver, aluminium, goud, enz. Deze laag kan dun, doorschijnend of dik, ondoorzichtig zijn.
Spiegelstructuren worden in de productie gebruikt voor absoluut schone procesverwarming, bijvoorbeeld in de halfgeleiderproductie met de hoogste zuiverheid van materialen. In dit geval wordt het nadeel van gloeilampen - een grote stroom van infraroodstraling - hun onovertroffen voordeel.
Dergelijke lampen worden gebruikt in lampen met een smalle roterende lichtbundel.
Signaal
Signaallampen zijn knipperlichtbronnen. Meestal in de vorm van zwaailichten, bijvoorbeeld op dienstauto's, op vliegtuigen en helikopters, voor het verzenden van lichtberichten in de vloot, enz. Ze hebben een dunne gloeidraad die zorgt voor een snelle set van helderheid.
Vervoer
Dit type lamp is ontworpen voor gebruik op verschillende soorten transport - auto's, spoorwegen en metro's, rivier- en zeeschepen. De belangrijkste vereiste voor hen is weerstand tegen trillingen en schokken. Hiertoe wordt het filament kort gemaakt en op meerdere steunelementen gemonteerd.De voetstukken van dergelijke lampen zijn bajonet Swan, pin of soffit. Ze laten niet toe dat het apparaat eruit komt en uit de cartridge valt.
Verlichting
Uit de naam blijkt duidelijk dat de lampen voor verlichting worden gebruikt. Daarom zijn hun kolven gemaakt van glas in verschillende kleuren - blauw, groen, geel, rood, enz.
dubbele streng
Het schema van zo'n gloeilamp: in één lamp zitten twee afzonderlijke gloeilampen. In een autokoplamp wordt bijvoorbeeld een lamp met twee filamenten als volgt gebruikt:
- wanneer er spanning op één draad wordt toegepast, wordt de dimlicht ingeschakeld - de lichtstroom wordt op het wegdek "gedrukt" en de straal strekt zich uit over enkele tientallen meters;
- na het overschakelen naar de tweede draad, stijgt het licht en kan het bereik honderden meters bereiken, en de flux zal veel groter zijn.
Dergelijke lampen kunnen in het achterlicht zitten. De eerste draad is voor stadslichten, de tweede is voor een remlicht.
Bij verkeerslichten verhogen dubbelfilamentlampen hun betrouwbaarheid. Met duplicatie kan het apparaat met één draad werken of een tweede inschakelen nadat de eerste is doorgebrand. En bijvoorbeeld op het spoor is de betrouwbaarheid van de signalering een garantie voor de verkeersveiligheid.
Algemeen, lokaal doel
Bovenste rij, van links naar rechts - een lamp met een E14 voet - voor kroonluchters, schansen en kleine lampen; met E27-basis - algemeen gebruik; groen, rood, geel - verhelderend.
Onderste rij: blauw - medisch doel voor procedures; een spiegel met een reflector - voor fotografische werken of speciale verlichting, met violet glas, twee buitenste - decoratief met een "kaars" lamp en E27 en E14 sokkels.
Voors en tegens
Voordelen van gloeilampen:
- lage prijs - eenvoudige en goedkope materialen, ontwerp en technologie zijn al tientallen jaren uitgewerkt, massale geautomatiseerde productie;
- relatief klein formaat;
- spanningspieken in het netwerk veroorzaken geen onmiddellijke storing;
- opstarten, evenals herstarten - onmiddellijk;
- wanneer gevoed door wisselstroom met een frequentie van 50-60 Hz, zijn de helderheidspulsaties nauwelijks waarneembaar;
- de helderheid van de gloed wordt geregeld door dimmers;
- het stralingsspectrum is continu en vertrouwd voor het oog - vergelijkbaar met de zon;
- bijna volledige herhaalbaarheid van lampkenmerken van verschillende fabrikanten;
- kleurweergave-index Ra of CRI - de kwaliteit van de reproductie van kleurtinten van verlichte objecten - is 100, wat volledig in overeenstemming is met de zonindicator;
- de kleine afmetingen van het compacte filament geven duidelijke schaduwen;
- hoge betrouwbaarheid bij strenge vorst en hitte;
- het ontwerp maakt massaproductie mogelijk van modellen met bedrijfsspanningen van fracties tot honderden volt;
- voeding van wissel- of gelijkspanning bij afwezigheid van opstartapparatuur;
- de actieve aard van de weerstand van de gloeidraad zorgt voor een arbeidsfactor (cosinus φ) gelijk aan 1;
- onverschillig voor straling, elektromagnetische impulsen, interferentie;
- er zit praktisch geen UV-component in de straling;
- regulier werk met veelvuldig aan- en uitzetten van licht en vele andere is voorzien.
De nadelen zijn onder meer:
- nominale levensduur van LON - 1000 uur, voor halogeengloeilampen - van 3 tot 5-6 duizend, for lichtgevend - tot 10-50 duizend, voor LED - 30-150 duizend uur of meer;
- het glas van de lamp en de dunne gloeidraad zijn gevoelig voor schokken, trillingen kunnen bij bepaalde frequenties resonanties veroorzaken;
- hoge afhankelijkheid van energie-efficiëntie en levensduur van de voedingsspanning;
- De efficiëntie van het omzetten van elektriciteit in zichtbaar licht is niet hoger dan 3-4%, maar neemt toe met toenemend vermogen;
- de oppervlaktetemperatuur van de kolf is afhankelijk van het vermogen en is: voor 100 W - 290 ° C, voor 200 W - 330 ° C, 25 W - 100 ° C;
- wanneer ingeschakeld, kan de stroomstoot voordat de gloeidraad opwarmt tien keer hoger zijn dan de nominale waarde;
- lamphouders en armaturen van armaturen moeten hittebestendig zijn.
Hoe de levensduur van de lamp te verlengen?
Er zijn veel manieren om de levensduur te verlengen. Meest gebruikt:
- het beperken van de startstroom door een thermistor in serie met de lamp aan te zetten, waarvan de hoge weerstand afneemt naarmate deze wordt verwarmd door de startstroom;
- softstart met handmatige helderheidsregeling door thyristor of triac dimmer;
- lampvermogen via een krachtige gelijkrichtdiode, d.w.z. gelijkgerichte spanningshelften van de sinusoïde;
- serieschakeling van lampen paarsgewijs in armaturen met meerdere lampen, bijvoorbeeld in kroonluchters.
De moderne industrie produceert een groot aantal verschillende soorten gloeilampen met een breed scala aan bedrijfsspanningen en vermogens, met verschillende tinten van gloed, configuraties van lampen en sokkels. Dit bereik maakt het mogelijk Kiezen voor elk gebruik de juiste lamp.