книги из ГПНТБ / Тиходеев П.М. Световые измерения в светотехнике (фотометрия)

ламп. Рабочими светоизмерительными называют различные лампы, участвующие при выполнении световых измерений обычного назна­ чения в качестве источников света с известными данными (т. е. изве­ стен световой поток, или сила света и т. д.), которые по достаточным основаниям следует считать верными и законными. К ним относятся также лампы сравнения. Эти последние лампы воспроизводят свето­ вые единицы кратковременно. Они не предназначены для хранения единиц и получают числовые значения для воспроизводимых ими световых единиц путем сравнения с другими светоизмерительными лампами.

В качестве источников света разного назначения при световых измерениях в настоящее время применяются преимущественно электрические лампы накаливания того или иного устройства. Их основными преимуществами являются: дешевизна, простота обращения, относительно простое устройство, независимость в весьма широких пределах от температуры, влажности, давления и т. д. среды. Вместе с тем они обладают и известными недостатками: хрупкость, потребность в наличии удовлетворяющего определенным условиям источника электрической энергии, необходимость в ряде электрических измерительных приборов, износ и изменение световых свойств по мере горения, излучение (у мощных ламп) большого количества тепловой энергии и т. д.

Применение люминесцентных электрических ламп в качестве светоизмерительных, в том числе и образцовых, вполне возможно.

должна снабжаться собственным-безындуктивным или особым индук­ тивным сопротивлением. Газосветные лампы в качестве светоизмери­ тельных до сих пор не применялись. Как вспомогательные источники света при световых измерениях люминесцентные лампы применяются. По данным ВНИСИ (Н. В. Чернышева) яркость середины кратера анода простой дуги с графитовыми углями при соблюдении некото­ рых несложных условий имеет постоянное значение 180 Мн/п в пре­ делах ±2% , и такой источник света может применяться как измери­ тельный.

55. Описание светоизмерительных ламп накаливания. Произ­ водство обычных осветительных ламп так хорошо поставлено, что в ряде случаев эти лампы могут применяться в качестве светоизме­ рительных. Существует мнение (в некоторых странах), что даже для образцовых ламп именно и следует брать обычные или близкие к ним лампы, так как при установившемся их производстве представ­ ляется более вероятным получить изделие высокого качества, тогда как при выпуске незначительного количества образцовых ламп труднее оберечь производство от каких-либо случайных или система­ тических ошибок и неисправностей.

Это мнение не разделяется в СССР. Конечно, для образцовых и рабочих светоизмерительных ламп, как и для обычных осветительных,

101

в основном применяются те же вещества и такие же способы производства. Поэтому нет значительной разницы в поведении обоих видов ламп. Однако имеются некоторые различия, на первый взгляд, второстепенного характера, но довольно существенно влияющие на свойства ламп.

В осветительных лампах стремятся делать крючки (поддержки) для нити возможно тоньше. Спиральная нить накаливания свободно лежит на крючках, что делается для уменьшения тепловых потерь и устранения натяжения. Но вследствие этого соприкосновение нити с крючком не является постоянным и легко меняется при сотря­ сениях лампы или даже при остывании и при повторном нагревании нити. Из-за изменений в условиях охлаждения нити у крючков после перестановки лампы или после гашения и нового зажигания или после сотрясения световой поток может меняться. Возможны также колебания и в потребляемой электрической мощности (при заданном напряжении или силе тока). Более заметные изменения имеют место

у ламп газополных, низковольтных (т. е. с более толстыми нитями),

смалым числом крючков, с небольшим расстоянием между крюч­ ками. Кроме того, у осветительных ламп не обращается особенного

внимания на изоляцию (цоколя, ножки и т. д.). Вследствие этого токи, идущие по изоляции, составляют в отдельных случаях замет­ ную долю от тока в нити накаливания. Токи изоляции при этом не отличаются постоянством. У осветительных ламп не придается особо важного значения надежности электрических соединений между внутренними и наружными проводничками и самой нитью. Из-за непостоянства соединений может изменяться потребляемая и излу­ чаемая мощность.

По этим и по другим причинам целесообразно изготовлять свето­ измерительные — образцовые и рабочие — лампы иначе, чем осве­ тительные. В тех случаях когда по каким-либо основаниям для изме­ рительных целей применяют обычные осветительные лампы, при отборе их и при последующем применении следует соблюдать дополнительные предосторожности (п. 56).

Р а с п о л о ж е н и е н и т и. Для светоизмерительных ламп светового потока расположение светящейся нити не имеет существен­ ного значения. Обычно применяется такое же, как и у осветительных ламп. Пустотные лампы имеют расположение нити по поверхности цилиндра (рис. 55. 1). Газополные лампы имеют винтовую нить, также расположенную по поверхности цилиндра, но более короткого (рис. 55. 2). При этом в лампе находятся два ряда крючков — верх­ ний и нижний, между которыми и закреплена нить. В осветительных лампах (при небольшой их мощности) винтовая нить свободно лежит на одном ряде крючков. Такое расположение инти неблагоприятно для светоизмерительных ламп из-за провисания нити и из-за затруд­ нений в осуществлении жесткого закрепления нити на крючках.

. У светоизмерительных ламп освещенности и силы света (последнее название применяется, как это разъяснялось ранее, неточно) пред­ почитают располагать нить в одной плоскости. Такое расположение имеет следующие преимущества. Облегчается точная повторная

102

лампы и передней стенке колбы, перпендикулярна к линии измере­ ний CD), должен быть больше половины угла ANE. Положе­ ние точки N определяется устройством лампы (именно, наименьшим допустимым диаме-

Итром нижней части колбы). Точка А — верхний конец све­ тящейся нити. Положение точ­ ки Е определяется наименьшим расстоянием для измерений между испытательной пластин­ кой и лампой.

Возможно не ограничиваться изложенным решением задачи

иидти дальше. Стенке LM придается такой наклон, чтобы в направ­ лении к испытательной пла­ стинке не было и вторично отраженных лучей. Добиваются того, чтобы лучи, отраженные передней стенкой на заднюю, после отражения от последней вновь не попали на пластинку.

Того же добиваются и для лучей, отражаемых верхнею частью (макушкой) колбы. На рис. 55. 4

и55. 5 показаны очертания

спереди лампы, чтобы преградить путь к испытательной пластинке

№ 6 и 7) или 0,7 м (для типов № 3, 4 и 5) преимущества конической колбы значительнее.

104

Таблиц а 55. 1

Образцовые электрические лампы накаливания

1 I I

10 107 177 1500 ф

106

56. Отбор и подготовка светоизмерительных ламп. Для эле трических образцовых ламп разработана ВНИИМ «Спецификация для образцовых электрических ламп накаливания, предназначенных для светоизмерительных целей». Издан стандарт (ОСТ 8273) «Образ­ цовые светоизмерительные электрические лампы накаливания». Ими и надлежит руководствоваться при отборе пригодных к употреб­ лению светоизмерительных ламп.

Неотожженные лампы и особенно газополные иногда весьма быстро меняют силу тока в первые часы горения. Они поэтому под­ вергаются старению. Опыт показывает, что первые часы, именно 10— 20, лампа довольно быстро меняет свою силу света, увеличивая ее. Далее, в зависимости от температуры накала, сила сЕета или про­ должает увеличиваться — при относительно пониженной темпера­ туре—в течение 50—200 ч, или начинает уменьшаться —при повышен­ ной температуре. В осветительных лампах, рассчитанных на срок службы в 1000 ч, увеличение силы света наблюдается обычно лишь

втечение первых часов горения примерно до 20. У газополных ламп после прироста силы света в течение примерно того же срока,

вдальнейшем она уменьшается, даже если температура накаливания

соответствует примерно сроку-службы, удлиненному до 2000 ч. Имея в виду продлить срок службы образцовых ламп и тем

увеличить продолжительность пользования ими, температуру нака­ ливания для них выбирают более низкую, чем для осветительных с такой же вольфрамовой нитью. Практически поступают так, что образцовая лампа горит при напряжении на 5—10% ниже, чем осветительная лампа с такой же вольфрамовой нитью, рассчитанной на срок службы в 1000 ч.

Вследствие этого продолжительность горения образцовых ламп повышается примерно до 2000—3500 ч.

Удобно применять светоизмерительные лампы на протяжении, примерно, от 10 до 25% продолжительности их горения. В это время сила света их приобрела некоторую устойчивость, притом направле­ ние дальнейшего изменения ее известно — уменьшение; нить лампы достаточно прочна; осадок распыленного вольфрама на колбе — незначителен. Поэтому светоизмерительные лампы перед поверкой следовало бы отжигать с таким расчетом, чтобы они прогорели около 10% полного срока службы. Но обыкновенно ограничиваются тем, что лампам дают гореть около 50 ч при напряжении на 5% выше того рабочего, при котором они будут применяться в качестве образ­ цовых. Повышение напряжения доводят до 10%, если заведомо извест­ но, что рабочее напряжение ламп соответствует сроку службы порядка 3000 ч. Нижеследующая табл. 56. 1 дает грубо приблизительное соотношение между напряжением, при котором горит лампа, и ее сроком службы. Она составлена в предположении, что срок службы (/И) изменяется обратно пропорционально 14-й степени напряжения

((У), т. е.

(56. 1)

107

Таблица 56. 1

падает по мере увеличения отклонения напряжения от 100%. Для пустотных ламп данные более надежны, чем для газополных. <.

Показатель степени, как обнаруживает опыт, лежит в пределах от 12 до 15. Некоторые авторы рекомендуют принимать показатель равным, в среднем, 13. Однако более вероятной и более осторожной является 14-я степень.

На протяжении отжига за лампами ведут наблюдение, чтобы отбросить те, у которых распыление вольфрама (о чем судят по налету на колбе) происходит чрезмерно быстро. По прошествии 50 ч отжига налет на колбе должен быть едва заметен. Лампу — незажженную — для этого рассматривают при сильном освещении, имея позади нее хорошо освещенную белую поверхность (например, белую бумагу). Следует также наблюдать и за состоянием поверхности крючков; темного налета не должно быть или он не должен увеличиться по сравнению с тем, что было перед отжигом.

Внешним признаком отожженной лампы является состояние поверхности нити. Она становится матовой, а не гладкой, как до отжига. Следует привыкнуть к различению изменений поверхности по мере горения. Нить у самых поддержек почти не меняет своей поверхности. Сравнивая состояние поверхности вблизи крючков и более от них удаленной, можно приблизительно судить о достаточ­ ности предварительного старения. Старение делает также матовой и поверхность крючков у конца, держащего нить накаливания; это более заметно у газополных ламп. Конечно, имеется более надеж­ ный способ ведения отжига: измерение силы света или светового потока по мере горения. Но он более сложен и применяется лишь в самых ответственных случаях, например, при отжиге ламп сравне­ ния. Достаточно надежен при большей простоте и другой способ; наблюдение за изменением силы тока лампы. Отжиг ведут до тех пор, пока при рабочем напряжении сила тока или перестанет заметно возрастать, или начнет очень медленно убывать.

108

Вольфрамовые лампы настолько изучены, что нет особой необхо­ димости исследовать каждую лампу в отдельности, насколько быстро меняется ее сила света (или световой поток) по мере горения. Однако, если дело идет о лампах ответственного назначения, то каждая или какая-либо доля из нескольких — изучаются. Именно, после первой поверки лампа горит, притом лучше с перерывами, в течение 10—20 ч при напряжении на 5% выше рабочего (например, 112,5 в вместо 107); после этого вновь измеряют силу света (или световой поток) и силу тока. На основании этого можно судить о скорости изменения световых свойств лампы. Как известно, обыч­ ные осветительные лампы теряют 20—25% своей силы света (свето­ вого потока) за время около 1000 ч. Если у образцовой лампы напря­ жение держится на 5—10% ниже, чем у осветительной (с такой же вольфрамовой проволокой), то та же потеря силы света растянется на 2000—3500 ч. Таким образом, образцовая лампа потеряет 0,5% своей силы света примерно за 40—85 ч общей продолжительности горения. Эти цифры показывают, что требуется давать лампам до­ вольно продолжительный отжиг'— порядка 80—150 ч при напря­ жении на 5% выше рабочего, чтобы уверенно отметить изменение силы света. Вышеуказанное горение в течение 10—20 ч должно лишь показать сохранность силы света в пределах точности световых измерений.

Образцовая лампа обязана обладать устойчивыми световыми свойствами. Это значит, что при каждом новом зажигании она должна иметь ту же силу света (или световой поток), которой она обладала перед предшествующим гашением. Хорошо выполненные пустотные лампы таким свойством обладают. У менее хороших ламп сила света может быть неустойчивой; колебания, наблюдающиеся на практике у неудовлетворительных ламп, доходят даже до 3%. Столь значительные колебания следует считать, конечно, недопу­ стимыми. Пределы, с которыми мирятся, ± 0,2—0,5 и до 1,0% в зави­ симости от назначения лампы. У газополных ламп некоторая неустой­ чивость ■— обычное свойство. Мирятся с пределами ±0,5—1,5%.

Если светоизмерительная лампа предназначается для ответствен­ ного дела, то устойчивость ее изучается, т, е. сила света (или световой поток) 2—3 раза измеряется, причем лампа каждый раз гасится и между измерениями стараются возможно удлинить промежуток выдерживания — от немногих дней до нескольких месяцев. Можно считать, что применение многих образцовых ламп (см. ниже) в слу­ чае даже, если они и не вполне устойчивы, обеспечивает благонадеж­ ные данные. Достаточно себя оправдывает применение на практике несколько большего числа не вполне изученных ламп, чем меньшего количества, но более тщательно изученных ламп.

57. Применение и хранение ламп. Электрическая лампа к измерительный прибор: 1) хрупка, 2) требует тщательного, вни­ мательного и очень осторожного хранения и обращения при употреб­ лении и,«главное, как показывает опыт, 3) иногда может быть под­ вержена внезапным или постепенно и быстро нарастающим изме­ нениям. Обнаружить или установить наличие последних не всегда

109

возможно или не всегда удается, или, наконец, удается лишь каче­ ственно, а не количественно. В силу этого за будущее поведение не только новой, но и продолжительное время хорошо служившей лампы — невозможно поручиться. Поэтому, как общее правило, на показания одной образцовой лампы полагаться не приходится. Даже двух ламп чаще всего мало. Наименьшим числом можно счи­ тать три. Для увеличения точности показаний, которая растет

(во ,ВНИИМ) даже более — 10—15. Газополные лампы, как менее устойчивые, требуется брать в большем числе, чем пустотные, для обеспечения одинаковой точности. Таким образом, образцовая мера,

применяемая для воспроизведения световых единиц, является мно­ жественной. При этом предпочтительно составлять ее из ламп при­

них перемещений ламп с места на место и прикосновения к ним. Перед каждым зажиганием убеждаются, достаточно ли чиста колба. Сухой чистой тканью (или слегка смоченной спиртом, если он не растворяет изоляцию) протирается изоляция между нарезной обо­ лочкой и контактной пластинкой цоколя (или между контактными пластинками в цоколе Свана). Следует иметь в виду, что здесь могут происходить утечки тока, заметные при очень точных измерениях силы тока. Если лампы применяются без припаянных проводников, то контактная пластинка и часть нарезной обоймы цоколя зачищается (очень мелкой наждачной бумагой) для улучшения электрического контакта. Проводники припаиваются у ламп, имеющих более ответ­ ственное назначение; они нужнее у низковольтных ламп (прибли­ зительно до 30 в) и при значительной силе тока (примерно свыше 5 а).

Осторожнее включать лампу в электрическую сеть таким образом, чтобы напряжение у нее поднималось до рабочего плавно и постепен­ но в течение примерно 3—5 мин. Однако опыт показывает, что и непос­ редственное включение на полное рабочее напряжение обыкновенно не является опасным. Быстрая подача напряжения у пустотных' ламп имеет то преимущество, что в этом случае можно обнаружить синеву, тогда как при медленном повышении ее можно не заметить.

Лампа должна гореть возможно короткое время для уменьшения износа. Световые измерения пустотных ламп начинаются спустя 4— 6 мин после их включения; газополных — 5—10 мин, в зависимости от электрической мощности. Электрический ток измеряется спустя 5—10 мин у пустотных и 10—15 мин у газополных ламп, также в зависимости от электрической мощности (т. е. у более мощных ламп — позднее). В особой книге или на отдельной карточке запи­ сывается продолжительность горения лампы при каждом зажигании, а также и найденная сила тока. Последняя должна измеряться при каждом зажигании. Немедленно после выключения смотрят на лампу: нет ли раскаленных крючков (это значило бы, что через них идет утечка тока) и не раскалены ли (красным калением) внутренние стеклянные поддержки. Наконец наблюдают, нет ли следов рас-

110