Лампа розжарювання: характеристики та особливості.

Лампа розжарювання – найдешевша з представлених на ринку освітлювальних приладів. Незважаючи на активну пропаганду енергозберігаючих приладів, багато людей продовжують користуватися цим надійним електричним джерелом світла.

Пристрій та принцип роботи.

З початку XX століття влаштування лампи практично не змінилося. Вона складається з кількох елементів:

• скляна колба;
• інертний газ;
• вольфрамова нитка розжарювання;
• тримач для нитки розжарювання;
• струмові електроди;
• запобіжник;
• цоколь.

Колба герметизує та захищає нитку напруження від впливу атмосфери. Для виготовлення джерела світла із вольфрамовою спіраллю зазвичай використовують вапняне скло.

Як інертний газ найчастіше застосовують недорогу суміш азоту та аргону, чистий аргон або криптон.

Тіло розжарювання для побутових лампочок виготовляється з вольфрамового дроту, який закручують у спіраль. Це роблять зменшення розміру вироби і збільшення площі випромінювання.

Як тримач для нитки розжарювання застосовують молібденові гачки.

Часто конструкцією передбачений запобіжник. Він складається з феронікелевого сплаву, який вварюється в один з струмівводних електродів. Призначення запобіжника – запобігти вибуху колби при перегоранні нитки розжарювання.

Цоколь складається з металевого корпусу, скляного ізолятора та струмопровідного контакту.

Принцип роботи лампи досить простий. Світлення виникає завдяки проходженню електричного струму через нитку розжарювання. Щоб світлове випромінювання стало видимим для ока, спіраль повинна нагрітися до температури 570°С.А робоча температура нитки розжарення сягає 3000°С. При натисканні на вимикач вольфрамова спіраль починає нагріватися та світитися.

Чому їх називають лампами Ілліча?

За цим побутовим освітлювальним приладом на території нашої країни закріпилася назва лампи Ілліча. Не кожен світильник гідний такого імені. Лише голу лампочку на дроті без плафона можна назвати ім'ям Леніна. Справа в тому, що одним із перших завдань молодої радянської влади була електрифікація країни. 1920 року Володимир Ілліч Ленін приїхав до села Кашино на запуск електростанції. Там він поговорив із селянами, сфотографувався з ними та провів мітинг. Це, здавалося б, пересічна подія, знайшло відображення у радянській літературі та кіно. А простий світильник, що звисає на дроті зі стелі, почали називати лампою Ілліча. Пізніше цей термін набув іронічного відтінку, як приклад проблеми, вирішеної нашвидкуруч.

Види ламп розжарювання, сфера застосування та електричні характеристики.

Класифікація даних освітлювальних приладів.

1. Загальне призначення. Призначені для загального, місцевого та декоративного освітлення у будинках та офісах.
2. Місцевого висвітлення. Подібні до попередньої групи, але з низькою напругою (12, 24, 36 В). Застосовуються для підсвічування робочих місць, у тому числі на спеціальних верстатах.
3. Декоративні моделі. Виготовляються зі спеціальними фігурними колбами (у вигляді свічок, куль та ін.). Застосовуються для прикраси інтер'єру у квартирах та громадських будівлях.
4. Ілюмінаційні. Випускаються із яскраво забарвленими колбами. Мають малу потужність. Застосовуються в установках ілюмінації.
5. Сигнальні. Прилад малої потужності, але тривалий термін служби. Використовуються у світлосигнальних пристроях.
6. Дзеркальні.Виготовляються з колбою спеціальної форми, покритою шаром, що відбиває, з алюмінію. Застосовуються для локалізації місцевого освітлення певну точку.
7. Транспортні. Призначені для різноманітних видів транспорту. Випускаються з високою механічною та вібраційною стійкістю. Мають спеціальний цоколь.
8. Лампи для оптичних приладів (вимірювальних, медичних та ін.).
9. Прожектор лампи. Мають велику потужність (до 10кВт) та світлову віддачу.
10. Спеціальні:

• комутаторні (мініатюрні, малопотужні);
• фотолампи (зараз практично не використовуються);
• проекційні (для кінопроекторів);
• двониткові та лампи-фари для автомобілів, літаків та залізничних світлофорів;
• нагрівальні та лампи спеціального спектру випромінювання для різної техніки (принтери, сушильні камери та ін.).

Номенклатура освітлювальних приладів визначає характеристики.

1. Діапазон потужності становить від 0,1 Вт до 23 квт. Для побутових лампочок інтервал значно вже від 15 до 150 Вт.
2. Колірна температура знаходиться в інтервалі від 2100 до 3000 К, що дуже близько до сонячного природного спектру.
3. Коефіцієнт корисної дії ламп розжарювання досить низький: приблизно 5%. Це пов'язано з тим, що більшість електроенергії витрачається на тепловий нагрівання нитки розжарювання і невидиме оку інфрачервоне випромінювання.
4. Під час роботи освітлювальний прилад не потребує додаткових пристроїв для обмеження струму. Він підключається безпосередньо до електричної мережі. Це з властивостями вольфраму. Він має позитивний коефіцієнт розширення температур. Отже, зі зростанням температури збільшується електричний питомий опір: стабілізація споживаної потужності освітлювального проділу досягається автоматично.
5. Світловий потік або яскравість світла лампи розжарювання залежить від потужності. Для побутових приладів він знаходиться у межах 90-2200 лм. Світлова віддача становить 9-15 лм/Вт.
6. Індекс кольору Rа 100. Отже, кольори предметів не спотворюються.
7. Важливою для споживача характеристикою є розмір та тип цоколя лампи. Найчастіше у побутових освітлювальних приладів трапляється різьбовий цоколь. Крім нього випускають лампи зі штифтовим одно-або двоконтактним цоколем. Залежно від розміру в Європі випускають цоколі Е14, Е27 та Е40. Цифра відповідає діаметру цоколя у міліметрах. У країнах із меншою напругою мережі (110В) лампи менше. Цоколі для них мають розміри Е12, Е17, Е26 та Е39.

Переваги та недоліки.

Переваг у лампи розжарювання більше, ніж недоліків.

• Низька ціна освітлювального приладу. Дешевше поки що не виробляють.
• Невеликий розмір, ергономічна форма.
• Низька чутливість до перепадів напруги.
• Моментальне свічення при включенні до мережі.
• Не шкідливо для очей: мерехтіння людським оком не фіксується.
• Можливість використання димерів – регуляторів яскравості.
• Спектр світла максимально близький до природного сонячного освітлення.
• Світлення не спотворює кольори предметів.
• Постійний спектр випромінювання.
• Надійність при роботі в умовах, відмінних від нормальних: низькі або високі температури, конденсат в атмосфері.
• Широкий діапазон робочих напруг.
• Легка та безпечна утилізація.
• Простота електричної схеми. Лампа підключається безпосередньо до мережі без додаткових регулювальних приладів.
• Стійкість до іонізуючої радіації та електромагнітних імпульсів.
• Не створює перешкод для радіочастот.
• Не гуде під час роботи.
• Може працювати і від змінного, і постійного струму; не залежить від полярності.
• Низький рівень ультрафіолетового випромінювання.

• Невеликий термін служби.
• Невисока світлова віддача, що залежить від напруги.
• Низький коефіцієнт корисної дії: трохи більше 5%.
• Пожежонебезпека через сильне теплове нагрівання колби.
• Крихкість скляної колби.
• Можливість вибуху колби.
• Високе споживання електроенергії, порівняно з іншими типами ламп.

Підсумки.

Лампи розжарювання служили людині вірою та правдою протягом усього ХХ століття. У цьому столітті на зміну приходять світлодіодні та люмінесцентні освітлювальні прилади. У нашій країні в рамках боротьби за енергоефективність прийнято програми, які стимулюють розвиток виробництва більш сучасних джерел світла. Багато росіян уже відмовилися від використання ламп розжарювання у своїх квартирах. Проте деякі їх переваги неповторні. Наприклад, для фото- та кіновиробництва незамінна висока передача кольору. Багато спеціальних освітлювальних приладів поки що працюють тільки за старою технологією. Хтось просто береже свої очі та використовує лампу Ілліча. А для приміщень з короткочасним включенням світла раз на тиждень лампа розжарювання і дуже економічно обґрунтований варіант. Вибір залишається за конкретним споживачем!

Вибір світлодіодних ламп. 3. Спектри джерел світла

В ідеалі з метою оцінки якості спектра випромінювання лампи необхідний спектрофотометр. У крайньому випадку можна використовувати спектрофотометри для профілювання/калібрування моніторів (наприклад, ColorMunki) – якщо такий пристрій у вас є. Купувати ж спектрофотометри додому для оцінки ламп немає сенсу, вони коштують від сотень до десятків тисяч доларів.

Тим не менш, для потреб геологів та ювелірів випускають найпростіші спектроскопи на основі дифракційної решітки. Їх вартість від 1200 до 2500 руб.

Виглядає спектроскоп так:

Окуляр (ліворуч, де конус) потрібно дивитися, при цьому об'єктив (праворуч) повинен бути спрямований на джерело випромінювання.

Дифракційні грати розкладають світло на спектр (як веселка або оптична призма).

Перш ніж вникати в спектри реальних ламп, нагадаю загальну інформацію.

Тут я покажу два спектри СДЛ з виключно високим індексом кольору 97 (джерело тут):

Можна бачити, що колірна температура 5401 К, індекс 97. Головне — можна бачити з яких видимих ​​очима кольорів складається спектр.

Температура 3046, індекс також 97.

Спектрофотометр — на відміну від спектроскопа — показує непросто, які кольори утворюють спектр, а й дає їх інтенсивність. .червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий). Відмінність у колірній температурі досягається за рахунок відносного вкладу холодних (синьо-блакитний) та теплих (жовтий-червоний) компонентів.

Вимушений згадати про те, що даний спектроскоп призначений для мобільного використання за допомогою очей. Необхідно утримувати напрямок на джерело світла, маленькі відхилення від нормалі призводять до спотворення кольорів діапазону.З майже десятка різноманітних камер, що є в мене вдома, найкращим виявився планшет Самсунг. Камера там всього 5 мп, але гарний софт, а розмір та положення об'єктива на корпусі пристрою дозволяють більш-менш зручно прилаштувати спектроскоп. Баланс білого був зафіксований як «денний», ISO 400. Знімки не оброблялися, лише вирівнювалися та обрізалися. Цифри праворуч позначають індекс кольору джерела (100 - денне світло в хмарну погоду, 99 - лампа розжарювання). Якість фотографій мене не дуже влаштовує, але краще я зробити не зміг.

Отже, почнемо згори донизу і на конкретних прикладах спробуємо зрозуміти, на що потрібно звертати увагу в таких спектрах.

• Денне світло та лампа розжарювання: ідеальний спектр, в якому представлені всі вищеперелічені кольори.

• СДЛ з індексами кольору 87 (огляд тут) і 84 (обговорювалася в матеріалі на вибір виробника) також демонструють практично повний спектр. Проблемою зазвичай стає червона частина – якщо жовтого та помаранчевого, як правило, достатньо, то глибокі червоні відтінки найчастіше відсутні. Не видно їх тут. Також можна припустити (наприклад, за кількістю блакитного спектрів), що виробники використовують різні світлодіоди 5736SMD. Тобто. ми маємо справу не з однією лампою, придбаною у різних продавців — а з різними виробниками.

• СДЛ з індексом 78 (її розбір наведено у розділі «Приклад оціночного тестування» у книзі) поряд з урізаною червоною частиною демонструє і малу кількість блакитного. (Може здатися, що в порівнянні зі спектром лампи з індексом 84 це не так. Але тут треба згадати, що 84 - це тепла лампа, Т = 2900. А 78 - холодна, Т = 5750 К, там синього за визначенням набагато більше) .Саме в цьому головні недоліки простих бюджетних СДЛ, які формують нібито біле світло за рахунок синього чи пурпурового випромінювання світлодіода та жовто-жовтогарячого світла люмінофора. Праворуч від синього лежить блакитний, але з описаної комбінації він «не виходить». Тому у спектрі СДЛ там зазвичай провал. За рахунок цього (плюс дефіцит глибокого червоного) і падає індекс кольору.

• Найнижчий спектр - це високоякісна компактна люмінесцентна лампа (КЛЛ, Т=2700 К, ресурс 12000 годин, заявлений індекс передачі кольору не менше 80). І отут добре видно, за рахунок чого досягається ця формально досить висока величина. Сам виробник називає це "система Tricolor". Тобто. він використовує люмінофор із 3 компонентів, кожен з яких випромінює світло у вигляді вузької смуги. (Звичайно, і таку лампу зробити зовсім непросто, тому що потрібно ретельний підбір комбінації люмінофорів.) Саме наявність таких вертикальних смуг (наприклад, фіолетова, зелена, жовта) - ознака низькоякісних джерел світла. Другим наслідком лінійного спектру джерела є фізична відсутність деяких кольорів у принципі (на малюнку, наприклад, практично немає жовтого та дуже мало блакитного). Очевидно, що світло таких ламп для очей малокорисне незважаючи на формально досить високі показники. Використовувати такі лампи потрібно у світильниках із якісними розсіювачами (хоча, звичайно, спектра лампи це не змінить).

Висновок: у спектрах джерел світла з високим індексом кольору повинні бути присутніми всі кольори спектру і відсутні інтенсивні вузькі смуги.

Окремо хочу застерегти від поспішності у аналізі спектрів.За діяльністю я багато спілкувався зі спектроскопістами і помітив залізну закономірність: чим кваліфікованіший і професійніший фахівець — тим більше він обережний і ухилий у своїх висновках. Від найкращого з них, професора, завідувача лабораторії спектроскопії взагалі в принципі було неможливо досягти виразного висновку (що мене спочатку по молодості дико дратувало). Око, безумовно, найкращий оптичний прилад із існуючих. Але аналіз та інтерпретація спектрів – нескінченно складна тема. Там діє безліч різних чинників. Тому наполегливо рекомендую лише найпростішу якісну оцінку спектрів очима, без спроб хитрих умопобудувань та далекосяжних висновків. Найкраще поперемінно дивитися на спектр лампи, що оцінюється, і на ідеальний спектр денного світла або ЛН. Тобто. наочне порівняння між собою.