Beschrijving en principe van de gloeilamp
Wat is een gloeilamp
Een gloeilamp, ook wel gloeilamp genoemd, is een bron van kunstlicht waarin licht wordt geproduceerd door een dunne gloeidraad van metaal te verhitten tot de gloeitemperatuur van een gloeiend metaal. Een elektrische stroom wordt door de gloeidraad geleid om hem te verhitten. De eerste lampen hadden een gloeidraad van verkoold organisch materiaal, zoals bamboe, in de vorm van een vezel.
Om te voorkomen dat de gloeidraad snel zou verbranden, werd de lucht uit de bol geëvacueerd en verzegeld. Of de kolf was gevuld met een gassamenstelling die geen oxidator - zuurstof - had. Deze gassen worden inerte gassen genoemd - argon, neon, helium, stikstof, enz. Zij worden zo genoemd omdat zij niet met metalen reageren, d.w.z. dat zij inert zijn.
De eerste kooldraadlampen Gloeilampen met kooldraad hadden een levensduur van minder dan een dozijn uur. Dit werd aanzienlijk verhoogd door de koolstofdraad te vervangen door een dunne metaaldraad.
Dit licht werd gloeiend licht genoemd, d.w.z. het licht van gloeiend metaal. En de gloeidraad werd gloeilamp genoemd. Zo gloeit staal, verhit tot 1200°C, geelwit en bij 1300°C is het bijna wit.
Aan het einde van de 19e eeuw werd de kooldraad, die snel opbrandde, vervangen door vuurvaste metalen - wolfraam, molybdeen, osmium of metaaloxiden - zirkonium, magnesium, yttrium en andere.
Het vullen van een kolf met inerte gassen verminderde de snelheid van de metaalverdamping uit een gloeiende gloeidraad en verlengde daardoor de gebruiksduur.
Voor een hoog vermogen worden filamenten gemaakt in een "vertakte" vorm. Projectielichtbronnen hebben een gloeidraad met een complexe configuratie om een gerichte flux te creëren, die een vlakke structuur vormt loodrecht op de stralingsas. Binnenin de gloeilamp bevindt zich een lichtreflector, b.v. een dunne laag gespoten metaal zoals zilver of aluminium.
Er was een lange en dunne metalen gloeidraad nodig om de lamp rechtstreeks van stroom te voorzien uit de toen bestaande 110 V gelijkstroomvoeding. Hierdoor werd de weerstand verhoogd en was er dus minder stroom nodig voor de verwarming.
Om het filament strak te "verpakken" in een klein volume van een heldere glazen kolf, werd het herhaaldelijk gebogen en op draadhouders geplaatst.
Deze buiging van de gloeidraad bemoeilijkte het ontwerp van de eerste lichtbronnen, die aanzienlijk langer meegingen dan de "koolstofbronnen". Een doorbraak in het gloeilampontwerp was het voorstel om de gloeidraad in een spiraal te draaien. Hierdoor werd hij vele malen kleiner.
Een nog kleiner gloeikousje werd verkregen door een dunne spoel in een tweede, maar grotere diameter spoel te wikkelen. De dubbele helix wordt een bi-helix genoemd.
De volgende fase in de ontwikkeling van lichtbronnen was de overschakeling op het wisselstroomnet en het gebruik van een transformator om de voedingsspanning van de lampen te verlagen.
De belangrijkste onderdelen van een gloeilamp
De basisbouwstenen van een gloeilamp zijn:
- de gloeidraad of het gloeidraadlichaam;
- een fitting om de gloeidraad vast te zetten;
- lamp om de gloeidraad te beschermen tegen snelle verbranding en invloeden van buitenaf
- contactdoos om in het stopcontact te steken en aan te sluiten op de stroomvoorziening
- contactdooscontacten - behuizing van het schroeftype en een centraal contact in de voet van de contactdoos.
De fitting is ontworpen om de gloeidraad te fixeren en de vereiste configuratie en richtingsgevoeligheid van de lichtuitstraling te creëren.
De voet is nodig om hem in de fitting te bevestigen en om hem met de gloeilamp te verbinden. Bij retrofyte lampen, het equivalent van gloeilampen, bevat de fitting een deel van de voedingseenheid.
De basis
Op Halogeen gloeilampenHalogeenlampen hebben, afhankelijk van de voedingsspanning, het vermogen en het ontwerp van de lamp, een aantal verschillende lampvoeten - schroefdraad, mannetje, bajonet, pen enz.
Het contactsysteem op de contactdoos is nodig voor de aansluiting op het voedingsnet of de voedingseenheid.
De bol
Transparante LN lampen worden gebruikt voor:
- Beschermt de gloeidraad tegen de buitenste atmosfeer die de oxidant - zuurstof - bevat;
- Opwekken en vasthouden van vacuüm of gassamenstelling;
- plaatsing van fosfor en/of coatings die verschillende soorten elektromagnetische energie omzetten in zichtbare straling, terugvoer van warmte naar de gloeidraad, omzetting van onzichtbare UV- en IR-straling in licht, correctie van de tint van de lamp - rood, groen, blauw.
Filament
De gloeidraad is een gloeidraad die tot een spoel of bi-spoel is opgerold, of een dunne strook metaal.
Gas medium
De inerte gassen waarmee de lampbol is gevuld, b.v. stikstof, argon, neon, helium. Aan de edelgasmengsels worden halogeenverbindingen toegevoegd.
Hoe een gloeilamp wordt gemaakt en hoe hij werkt
De constructie van een gloeilamp veranderde niet veel gedurende de tijd van zijn ontwikkeling. Het basiselement dat werkt volgens het gloeiprincipe van een gloeiende stof is de gloeidraad of het gloeidraadlichaam. Het is een dunne wolfraamdraad met een diameter van 30-40, maximaal 50 micron of micrometer (miljoenste van een meter).
De kleuren van de gloeilamp beginnen bij rood en gaan via oranje, geel naar wit naarmate de temperatuur stijgt. Naarmate de temperatuur verder stijgt, smelt het gloeimetaal eerst en verbrandt het vervolgens, in aanwezigheid van zuurstof.
Videoles: Hoe moderne gloeilampen werken
Een koud wolfraam gloeidraad heeft een lage weerstand. Wolfraam heeft, zoals de meeste metalen, een positieve temperatuurscoëfficiënt van de weerstand TKS. Dit betekent dat wanneer de gloeidraad door een elektrische stroom wordt verwarmd, zijn weerstand toeneemt.
Voordat de lamp wordt ingeschakeld, is de gloeidraad koud en heeft hij weinig weerstand. Daarom wordt een stroom van 10 tot 15 maal de nominale stroom aangelegd op het moment dat hij wordt ingeschakeld. Deze stroomstoot wordt de inschakelstroom genoemd. En het is vaak de oorzaak... vaak de oorzaak van doorbranden van de gloeidraad.
Het duurt een fractie van een seconde voordat de gloeidraad is opgewarmd. Gedurende deze tijd, neemt zijn weerstand toe. De aanvankelijk hoge stroom die door de lamp loopt, wordt gereduceerd tot de nominale stroom naarmate het gas, de lamp en alle onderdelen opwarmen. De lichtbron bereikt dus de nominale bedrijfsmodus en produceert de nominale lichtstroom. Ook de lichtkleur wordt nominaal, d.w.z. overeenkomend met een kleurtemperatuur van 2000 tot 3500 K. Het wordt warm wit genoemd en kent verschillende kleurtemperatuurgradaties binnen het gespecificeerde bereik met originele namen en afkortingen. Bijvoorbeeld:
- super-warm wit - 2200-2400 K, aangeduid als S-Warm of S-W, ook bekend als zeer warm wit of Warm 2400;
- Warm - 2600-2800 K of Warm 2700;
- warm wit - 2700-3500 K of warm wit (WW);
- een ander warm wit - 2900-3100 K of Warm 3000 (W).
De temperatuur van de afzonderlijke lampelementen
Het buitenoppervlak van een LON-lamp hangt af van het wattage van de lamp en kan worden verwarmd tot 250-300℃ of meer.
De gloeidraad warmt op tot 2000-2800℃, bij een smeltpunt van wolfraam van 3410°C.
In sommige ontwerpen is de gloeidraad gemaakt van osmium met een smeltpunt van 3045℃ of rhenium met een smeltpunt van 2174. Hierdoor verschuift het lichtspectrum van de LN naar de rode zone van het zichtbare spectrum.
Welk gas zit er in de bol?
In de eerste lampen, werd lucht uit de bol gepompt. Nu worden alleen lampen met een laag vermogen (max. 25 W) vacuüm gezogen (geëvacueerd).
Wanneer een wolfraamdraad verwarmd tot 2-3 duizend graden Celsius in werking is, wordt metaal intensief verdampt van het oppervlak. Deze damp zet zich af op de binnenkant van de lamp en vermindert de lichtdoorlatendheid.
Onderzoek aan het begin van de vorige eeuw heeft uitgewezen dat, indien de kolf met een inert gas wordt gevuld, de verdamping wordt verminderd en de lichtopbrengst toeneemt. Daarom werden de kolven gevuld met één van de inerte gassen of mengsels daarvan. De meest voorkomende gassen zijn argon, stikstof, xenon, krypton, helium, enz. Helium wordt gebruikt voor een doeltreffende passieve koeling van de interne elementen van nieuwe soorten LED-retrofitlampen.
Dit experiment wordt categorisch niet aanbevolen voor thuisgebruik
Het belangrijkste lichtuitstralende element is een dun staafje kunstmatig saffier of glas waarop de LED-kristallen zijn aangebracht. Dit soort straler wordt een gloeidraad genoemd. Sommige "experts" hebben de essentie verward van gloeilampen en noemde ze "saffieren lichtgevende diodelampen". Hoewel kunstmatig saffier in deze lampen alleen wordt gebruikt als bevestigingsbasis en als passief koellichaam voor de LED-kristallen.
Het falen van LN's is in de meeste gevallen niet te wijten aan de verdamping van metaal aan het oppervlak van de gloeidraad, maar aan de versnelling van dit proces in gebieden waar de dikte van de gloeidraad is verstoord. Dit gebeurt in het gebied van een scherpe bocht in de draad of de breuk ervan. Op dit punt neemt de weerstand plaatselijk toe, de spanning, de vermogensdissipatie en de metaaltemperatuur stijgen. De verdamping versnelt, wordt lawine-achtig, de gloeidraad neemt snel in dikte af en brandt uit.
Dit probleem werd eind jaren vijftig, begin jaren zestig opgelost met de massaproductie van halogeenlampen.
Halogenen - chloor, broom, fluor of jodium - werden toegevoegd aan een inert gas of mengsel. Als gevolg daarvan stopt het proces van metaalverdamping volledig of wordt het aanzienlijk vertraagd. De atomen van deze additieven binden de wolfraamdampen tot moleculen van onstabiele verbindingen. Deze worden afgezet op het oppervlak van het gloeilichaam. Onder invloed van de hoge temperatuur vallen de moleculen uiteen en komen halogeenatomen en zuiver metaal vrij, die op het hete oppervlak van de gloeidraad worden afgezet en de verdampte laag gedeeltelijk regenereren.
Dit proces wordt geïntensiveerd door de druk op te voeren. Dit verhoogt de temperatuur van de gloeidraad, de levensduur, de lichtopbrengst, de efficiëntie en andere kenmerken. Het emissiespectrum is naar de witte kant verschoven. Bij met gas gevulde lampen wordt de verduistering van het lampoppervlak van binnenuit door wolfraamdamp vertraagd. Deze lichtbronnen worden halogeenlichtbronnen genoemd.
Elektrische parameters
De elektrische kenmerken van gloeilampen zijn:
- elektrisch vermogen, gemeten in watt - W, de reeks beschikbare modellen loopt van enkele watts (een zaklantaarnlamp is 1 W) tot 500 en zelfs 1000 W;
- de lichtstroom, lm (lumen), is gerelateerd aan het wattage - van 20 lm bij 5W tot 2500 lm bij 200W, bij hogere wattage is de lichtstroom hoger;
- Lichtefficiëntie, energie-efficiëntie of efficiëntiefactor, Lm/W - hoeveel lumen lichtstroom geven elke watt verbruikt vermogen uit het elektriciteitsnet of de stroomvoorziening;
- lichtintensiteit of luminantie, cd (candela);
- Kleurtemperatuur - de temperatuur van een conventioneel zwart lichaam dat licht met een bepaalde tint uitstraalt.
Doel van een elektrische lamp
Elektrische lampen kunnen worden onderverdeeld in verschillende types, afhankelijk van hun toepassing - voor openbaar, technisch en speciaal gebruik.
Het belangrijkste openbare gebruik is om mensen, dieren of vogels 's nachts of in een donkere ruimte van kunstlicht te voorzien.
Door licht te gebruiken, verlengen mensen hun dagelijkse activiteit met enkele uren. Dit kunnen werk- en studieprocessen zijn, huishoudelijke taken. De verkeersveiligheid, de mogelijkheid om 's avonds en 's nachts medische hulp te verlenen, enz. worden allemaal verbeterd.
Lampen worden actief gebruikt in veehouderijen en pluimveebedrijven, voor het kweken van planten in kassencomplexen. Zij worden verlicht met licht van een bepaald spectrum en een bepaalde sterkte van de lichtstroom. Ook de visteelt vereist licht met een specifieke spectrale samenstelling.
Technische toepassingen. Apparaten die zichtbaar en onzichtbaar licht geven, worden in de industrie voor technologische doeleinden gebruikt. Voorbeelden:
- Voor nauwkeurig en belangrijk werk heeft een mens op de werkplek veel licht nodig;
- IR - Infraroodstraling wordt gebruikt in de industrie, bijvoorbeeld voor contactloze verwarming van bouwonderdelen of in de klimaattechnologie om warmte te verschaffen aan mensen die in de open lucht werken; in de militaire en jachttechnologie - nachtvizieren voor wapens, nachtkijkers, enz;
- UV-UV-straling wordt gebruikt in de tandheelkunde voor het snel hard maken van vullingen, tandprotheses, enz. desinfectie van kamersIn de geneeskunde en de hygiëne de desinfectie van ruimten, gereedschappen, kleding, meubeloppervlakken, lucht, water, geneesmiddelen, enz.
Lampen voor speciale doeleinden worden gebruikt in buiten- en binnenlichtreclame, forensische wetenschap, luchtvaart en astronauten, showverlichting, enz.
Belangrijkste types en kenmerken
De belangrijkste soorten gloeilampen zijn:
- lampen voor algemeen gebruik. Zij worden aangeduid met de afkorting LON. Gewoonlijk zijn ze 25, 40, 60, 75 en 100 Watt. De meest gebruikelijke is 60 W. Maar in de handel verkrijgbare LLH met 150, 200, 500 en zelfs 1000 watt.
- Halogeen gloeilampen. Verkrijgbaar voor 220 V of 110 V hoogspanning- en laagspanningstoepassingen. In dit geval worden ze gevoed door een step-down transformator.
Een verscheidenheid van laag voltage halogeen lampen:
- capsule, met een vorm van volledig glazen buizen met verschillende onderstellen - hetzij GY6.35 of G4 pin-end capsules;
- reflectorlampen met een reflecterend element, diameter van 35 tot 111 mm, GZ10 fitting met opties.
Hoogspanning. De basisspanning is 220-230 V, 50 Hz. Deze lampen hebben meer versies:
- lineair - als een buis gemaakt van glas met R7S voetstukken;
- cilindrisch - E27, E14 of B15D fitting;
- met afstandsbediening of extra lamp.
Deze laatste hebben een halogeenlamp of -buis die vast in de lamp is gemonteerd. Hij is gelast aan de centrale kern van de standaard LON gloeilamp en heeft flexibele draden die op een standaard Edison E27 of E14 lampvoet worden aangesloten. Met een stroomverbruik van 70-100W levert hij 20-30% meer lichtstroom dan een standaard gloeilamp.
Deze modellen hebben een hogere energie-efficiëntie van wel 12-25 Lm/W, terwijl conventionele LON-lichtbronnen een lichtopbrengst hebben van 3-4 tot 10-12 Lm/W.
De levensduur van halogeen modellen is 4-5 tot 10-12 duizend uur.
Classificatie van lichten naar beoogd gebruik en ontwerp
Decoratieve bollen
De laatste jaren zijn er retro-lampen verschenen die vintage Edison gloeilampen nabootsen.
Bovendien hebben zij de vorm van een "kaars", een "kaars in de wind", een "kegel", een "peer", een "bal", enz.
Gespiegeld
Reflectorlampen hebben een reflecterende coating aan de binnenkant van de lamp. Het is meestal een coating van metaal zoals zilver, aluminium of goud. Deze laag kan dun en doorschijnend zijn of dik en ondoorzichtig.
Reflecterende structuren worden in de fabricage gebruikt voor volledig zuivere procesverwarming, b.v. bij de fabricage van halfgeleiders met zeer zuivere materialen. Hier wordt een nadeel van gloeilampen - de hoge infrarode stralingsflux - een onovertroffen voordeel.
Dergelijke lampen worden gebruikt in armaturen met een smalle zwenkbare lichtbundel.
Signaal
Signaallichten zijn knipperende lichtbronnen. Gewoonlijk in de vorm van knipperende bakens, b.v. op dienstvoertuigen, in vliegtuigen en helikopters, voor het overbrengen van lichtberichten bij de marine, enz. Ze hebben een dunne gloeidraad, waardoor de lichtsterkte snel kan toenemen.
Vervoer.
Dit type lampen is bestemd voor gebruik in verschillende soorten vervoer, zoals: auto's, spoorwegen en metro-, rivier- en zeeschepen. De belangrijkste eis die aan hen wordt gesteld is weerstand tegen trillingen en schokken. Om dit te bereiken wordt de gloeidraad kort gemaakt en op meerdere steunelementen gemonteerd. De lampvoeten van dergelijke lampen zijn bajonet, pen of mof. Zij voorkomen dat het toestel losschroeft en uit het stopcontact valt.
Verlichtingslampen .
De naam impliceert dat deze lampen worden gebruikt voor verlichting. Daarom zijn hun bollen gemaakt van verschillende kleuren glas - blauw, groen, geel, rood, enz.
Dubbele draad.
Het schema van een dergelijke verlichtingslamp: Twee afzonderlijke gloeidraden in één lamp. In een koplicht voor een auto wordt bijvoorbeeld een lamp met dubbele gloeidraad als volgt gebruikt:
- wanneer op één gloeidraad spanning wordt gezet, wordt het dimlicht ingeschakeld - de lichtbundel wordt tegen het wegdek "gedrukt" en de lichtbundel strekt zich over tientallen meters uit;
- Na overschakeling op de tweede gloeidraad stijgt het licht en kan de reikwijdte tot honderden meters bedragen en wordt de lichtbundel aanzienlijk groter.
Dergelijke lampen kunnen ook in een achterlicht zitten. De eerste gloeidraad is voor de parkeerlichten, de tweede is voor het remlicht.
In verkeerslichten verhogen lampen met dubbele gloeidraad hun betrouwbaarheid. Door de verdubbeling kan het toestel werken met één gloeidraad of kan de tweede worden ingeschakeld nadat de eerste is doorgebrand. En bij de spoorwegen bijvoorbeeld is een betrouwbaar seinstelsel een garantie voor de veiligheid van het vervoer.
Algemeen, lokaal
Bovenste rij, van links naar rechts: E14 fitting voor kroonluchters, wandlampen en kleine lampen; E27 fitting voor lampen voor algemeen gebruik; groen, rood, geel - verlichtingslampen.
Onderste rij: blauw - medische doeleinden voor procedures; spiegel met een reflector - voor fotografische werken of speciale verlichting, met violet glas, de twee uiteinden - decoratief met een lamp "kaars" en fitting E27 en E14.
Voor- en nadelen
Voordelen van gloeilampen:
- Lage prijs - eenvoudige en goedkope materialen, ontwerp en technologie die in decennia zijn uitgewerkt, geautomatiseerde massaproductie;
- relatief kleine afmetingen;
- Netspanningspieken veroorzaken geen onmiddellijke uitval;
- opstarten en opnieuw opstarten gebeurt onmiddellijk;
- met 50-60 Hz AC voeding, helderheid pulsatie is onmerkbaar;
- helderheid is dimbaar;
- het emissiespectrum is uniform en vertrouwd voor het oog - vergelijkbaar met dat van de zon;
- De kenmerken van de lampen van verschillende fabrikanten zijn bijna precies hetzelfde;
- De kleurweergave-index Ra of CRI - de kleurweergavekwaliteit van verlichte voorwerpen - is gelijk aan 100, wat volledig overeenkomt met de index van de zon;
- de kleine afmetingen van de compacte gloeidraad geeft duidelijke schaduwen;
- hoge betrouwbaarheid bij extreme koude en hitte;
- ontwerp maakt massaproductie mogelijk van modellen met bedrijfsspanningen van fracties tot honderden volts;
- AC of DC stroomvoorziening bij afwezigheid van starters
- De actieve aard van de gloeidraadweerstand zorgt voor een vermogensfactor (cosinus φ) van 1;
- onverschillig voor straling, elektromagnetische puls, interferentie;
- vrijwel geen UV-component in de straling;
- De standaardwerking met veelvuldig in- en uitschakelen van de verlichting is gewaarborgd, enz.
De nadelen zijn:
- nominale levensduur van LON is 1.000 uur, terwijl voor halogeengloeilampen - van 3 tot 5-6 duizend, voor fluorescerend - tot 10-50 duizend uur, LED lampen - 30-150 duizend uur of meer;
- Glazen bol en dunne gloeidraad zijn gevoelig voor schokken; trillingen kunnen resonantie veroorzaken bij bepaalde frequenties;
- Sterke afhankelijkheid van het energierendement en de levensduur van de voedingsspanning;
- De efficiëntie van de omzetting van elektriciteit in zichtbaar licht bedraagt niet meer dan 3-4%, maar neemt toe met toenemend vermogen;
- De temperatuur van het lampoppervlak hangt af van het vermogen en is als volgt: 100W - 290°C, 200W - 330°C, 25W - 100°C;
- Bij het inschakelen kan de stroomstoot voordat de gloeidraad is opgewarmd tienmaal hoger zijn dan de nominale stroom;
- De lampfittingen en fittingen moeten hittebestendig zijn.
Hoe de levensduur van lampen te verlengen
Er zijn vele manieren om de levensduur van lampen te verlengen. De meest gebruikte zijn:
- Inschakelstroombegrenzing door inbouw van een thermistor in serie met de lamp, waarvan de hoge weerstand afneemt naarmate de inschakelstroom de lamp opwarmt;
- Soft-start met manuele dimmer door een thyristor of triac dimmer;
- Voeding van de lamp via een krachtige gelijkrichterdiode, d.w.z. gelijkgerichte spanning van een halve sinusgolf;
- Het paarsgewijs aansluiten van lampen in meerlampsarmaturen, bv. kroonluchters.
De moderne industrie produceert een groot aantal verschillende soorten gloeilampen met een breed scala van bedrijfsspanningen en vermogens, met verschillende tinten lichtgevendheid, lampconfiguraties en lampvoeten. Met deze reeks kunt u kiezen kies noodzakelijke lamp voor elke toepassing.