Приклад інженерного розрахунку розрядних ламп
Досить точний розрахунок РЛ, як і ЛР, є досить складною і трудомісткою задачею. Методи такого розрахунку ще недостатньо розроблені. Тому при проектуванні РЛ їх розрахунок, як і ЛР, виконують наближеними інженерними методами, які мають невелику точність, але є порівняно простими. При розрахунках цими методами часто використовують цілий ряд емпіричних залежностей, які одержані на основі результатів експериментальних досліджень. Далі за результатами випробувань виготовлених макетних зразків ламп вносять відповідні поправки в їхні розміри і параметри та розробляють остаточний варіант лампи.
Загальне уявлення про інженерні методи розрахунку РЛ можна отримати на прикладі розрахунку ламп типу ДРТ з кварцовими трубками.
При розрахунку РЛ типу ДРТ за вихідні дані можна прийняти такі: потужність лампи Рл, напругу джерела живлення (мережі) Uж, робочий тиск пари ртуті р, температуру колби (трубки), умови охолодження і т. ін.
Метою розрахунку є визначення міжелектродної відстані та геометричних розмірів різних елементів лампи і її параметрів.
Для забезпечення необхідної стабільності горіння дугового розряду при роботі РЛ з лінійним індуктивним баластом необхідно, щоб дійове значення напруги на лампі відповідало такій умові:
(4.3)
де Ест - поздовжній градієнт потенціалу в стовпі розряду, В/см; bст - довжина стовпа розряду, см; Uа,к - розрахункове значення анодно-катодного падіння потенціалу, В.
У лампах з довгим стовпом розряду можна прийняти bст≈l, де l - відстань між електродами.
Анодно-катодне падіння потенціалу Ua,к у ртутних дугах високого і надвисокого тиску порівняно мало залежить від умов горіння розряду і знаходиться в границях 12 - 18 В.
Потужність лампи
Відповідно частка потужності стовпа розряду, яка перетворюється у лампі в теплову потужність,
Нагрівання трубки лампи відбувається за рахунок енергії розряду. Теплова енергія від внутрішньої поверхні трубки в результаті теплопровідності (через стінку) передається її зовнішній поверхні, а від неї конвекцією і випромінюванням в навколишнє середовище.
Мінімальна температура внутрішньої поверхні трубки t1min обмежується тиском пари ртуті в режимі світіння лампи, а максимально допустима t1mах - необхідним строком служби лампи. Для забезпечення строку служби лампи, що складає декілька сотень годин, максимальна температура кварцової трубки в зв'язку з кристалізацією кварцу не повинна перевищувати 950 °С, якщо строк служби, що складає дещо більше тисячі годин - 900 °С, а якщо строк служби 5...10 тис. год - 800 °С.
Дослідженнями встановлено, що для трубчастих ртутно- кварцових ламп високого і надвисокого тиску при природному охолодженні температура трубки в області електродів може бути на 100...200 °С нижчою, ніж в області стовпа розряду. Виходячи з цього, приймають:
Ступінь чорноти (інтегральний коефіцієнт випромінювання) кварцової трубки має такі значення: при Т = 400 К εкв = 0,7, при T = 500 К εкв = 0,6 і при Т = 700 К εкв = 0,5.
Якщо значення температури трубки t2еф і навколишнього середовища tнс відомі, відстань між електродами лампи l і діаметри трубки d1 або d2 можна визначити за результатами спільного графічного рішення рівнянь (4.5) і (4.6) в координатах l і d2 (або d2). Для трубчастих ламп слід дотримуватися умови l >(3...5) d1. Товщина стінки трубки зазвичай δ=0,1...0,3 см і δ <<d1.
Аналіз показує, що для одержання найбільшої світлової віддачі стовпа ртутного дугового розряду, тиск пари ртуті необхідно підвищувати до (5...10)·105 Па і необхідно також збільшувати діаметр трубки. Для одержання ж максимального значення ККД випромінювання в ультрафіолетовій області спектра, навпаки, необхідно вибирати менші значення тиску, що відповідають найбільшому виходу ультрафіолетового випромінювання.
Тиск пари ртуті в лампі при наявності рідкої ртуті визначають як тиск насиченої пари ртуті при температурі найбільш холодної ділянки внутрішньої поверхні колби (табл.4.4).
Таблиця 4.4
Залежність тиску насиченої пари ртуті від температури
Кількість ртуті, яка в циліндричній лампі при нормальних умовах горіння розряду повністю випаровується, приблизно визначається за такою емпіричною формулою:
де ηλ - енергетичний ККД стовпа розряду для видимого випромінювання з довжиною хвилі λ; Vχ - відносна спектральна світлова ефективність для випромінювання з цією ж довжиною хвилі.
Розміри електродів для ламп, які підлягають розрахунку, зазвичай вибирають, приймаючи до уваги вже існуючу конструкцію електродів, яка добре зарекомендувала себе за час експлуатації. Необхідний перерахунок розмірів електродів виконують відповідно до нових умов їхньої роботи так, щоб тепловий стан електродів в нових умовах по можливості не став напруженішим.