лабы / лаб8 / 8

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ЭПУ

отчет

по лабораторно-практической работе №8

по дисциплине «Светотехника»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ДУГОВОЙ НАТРИЕВОЙ ЛАМПЫ СВЕРХВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Студент гр. 2202		Михеев Д. А.	.
		Николаев А. В.
Преподаватель		Киселев А. С.

Санкт-Петербург

2024 г.

Цель работы – исследование временных, электрических и световых характеристик высокоинтенсивной дуговой ртутной шаровой лампы (ДРШ) сверхвысокого давления (СВД).

Основные положения

Ртутно-кварцевые шаровые лампы сверхвысокого давления являются мощными источниками излучения в видимой и ультрафиолетовой частях оптического спектра. При сверхвысоких давлениях и больших плотностях разрядного тока за счет заметного вклада тормозного излучения электронов, рекомбинационных процессов в объеме, повышения температуры газа дополнительно к уширенным линиям излучения многих газов может формироваться достаточно мощное излучение со сплошным характером спектра. В ряде газов, например, в ксеноне, сплошная составляющая является превалирующей. Спектр же ртутного разряда СВД, даже при давлениях 40…50 атм, сохраняет ярко выраженные мощные широкие линии излучения ртути наряду с незначительным сплошным фоном. В итоге ртутный разряд СВД является источником мощных ультрафиолетового и видимого излучений с характерным сине-зеленым оттенком.

На практике наибольшее распространение получили шаровые ртутные СВД-лампы с малым межэлектродным промежутком, использующие излучение положительного столба (ПС) дугового разряда. Эти высокоинтенсивные источники оптического излучения предназначены для использования в технологии, фотохимии, светолучевых регистраторах, полиграфии и т. п. Ртутные шаровые лампы сверхвысокого давления, как и ксеноновые лампы, обладают высокой мощностью излучения при малых размерах светящегося тела. Ртутные шаровые лампы СВД также характеризуют яркостью [кд/м²] и светоотдачей [лм/Вт]:

L = I_v / S, K = F_v / P_эл,

где I_v – сила света, кд; S – площадь поперечного сечения светящегося тела источника, м²; F_v – световая мощность, лм (1 световой Вт = 683 лм); P_эл – электрическая мощность, потребляемая источником, Вт.

Световой поток ламп ДРШ приближенно рассчитывают, измерив предварительно освещенность (Е), создаваемую в плоскости светочувствительного элемента люксметра на расстоянии l от лампы:

F_v = 4πI_v = 4πЕl². Описание лабораторной установки

Питание лампы ДРШ осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В через специальный блок (рис. 6.1). Блок питания выполняет две функции: возбуждение разряда в лампе и ограничение разрядного тока. Первоначально включается тумблер «Сеть», затем – тумблер «Вкл ДРШ». Далее при кратковременном, на 1…2 с, нажатии кнопки «Пуск» к дополнительному электроду лампы прикладывается напряжение 500 В от повышающей вторичной обмотки поджигающего трансформатора. Это напряжение пробивает газовый промежуток между вспомогательным и основными электродами. Через доли секунды после возникновения вспомогательного разряда концентрация заряженных частиц в объеме лампы становится достаточной для перехода разряда на основные электроды.

Разрядный ток через лампу ДРШ ограничивается дросселем и составляет в рабочем режиме 3.5…4 А. Ток измеряется с помощью низкоомного шунта R_ш = 1 Ом, включенного последовательно с лампой. Измеренное с помощью цифрового вольтметра падение напряжения на шунте U_R = IR_ш несет информацию о токе разряда. При R_ш = 1 Ом ток через шунт и падение напряжения на шунте численно равны. При нажатии кнопки K на блоке питания цифровой прибор измеряет падение напряжения U на лампе. Спектр излучения лампы ДРШ контролируется с помощью малогабаритного спектрометра, оптический сигнал на вход которого подается через световод. Управление спектрометром осуществляется с помощью компьютерной программы Aspect.

Рис. 1. Схема включения лампы ДРШ

Обработка результатов:

Таблица 1. Параметры лампы от времени

E,лк	I, А	U, В	t, мин
1100	5.06	53	1
1500	4.97	60	2
1850	4.89	64	3
2210	4.74	72.5	5
2280	4.72	73.7	7
2300	4.7	73.5	10
2320	4.7	73.8	15

Рис. 2. График напряжения от времени

Рис. 3. График освещенности от времени

Рис. 4. График силы тока от времени

Рис. 5. График интенсивности от длины волны

Рис. 6. График интенсивности от длины волны 5 мин.

Рис. 7. График интенсивности от длины волны 7 мин.

Рис. 8. График интенсивности от длины волны 10 мин.

Рис. 9. График интенсивности от длины волны 15 мин.

Рис. 10. Cравнение 5 мин. и 15 мин. нагрева лампы (пунктиром отмечено 15 мин.)

Таблица 2. Параметры лампы с различным временем смены напряжения

Быстрое переключение
E,лк	I, А	U, В	Uс, В
2340	4.72	74.2	200
2240	4.54	74.6	190
2050	4.21	74.2	180
1820	3.88	73.4	170
1650	3.56	72	160
Переключение с выжиданием
E,лк	I, А	U, В	Uс, В
2390	4.72	75.4	200
2120	4.52	72.4	190
1880	4.19	68	180
1570	4	65.4	170
1283	3.67	62.6	160

Рис. 11. Ток от поданного напряжения

Рис. 12. Освещенность от поданного напряжения

Рис. 13. Падение напряжения от поданного напряжения

Расчёт силы света I, светового потока , яркости L и светоотдачи K для номинального режима:

Расчёт продольного градиента потенциала в положительном столбе :

Таблица 3 Расчёт продольного градиента потенциала в ПС

U, В	Ez, В/м
53	598.75
60	686.25
64	736.25
72.5	842.5
73.7	857.5
73.5	855
73.8	858.75

Выводы:

C течением времени напряжение U, освещенность E лампы стабилизируется и уходит в насыщение, при этом ток уменьшается со временем. Вероятно, это связано с разогревом натриевого наполнителя и изменением давление в лампе.

С течением времени спектр натриевой лампы не изменятся по длинам волн, изменение идет только по интенсивности – оно незначительно.

Переключение сетевого напряжения в быстром режиме почти не изменяет напряжение на самой лампе при этом освещённость чуть больше, чем в переключение с выжиданием.