Часы на газоразрядных лампах: история, устройство и применение

Искусственный свет состоит из видимого света, а также некоторых ультрафиолетовых (УФ) и инфракрасных (ИК) излучений, и есть опасения, что уровни излучения некоторых ламп могут быть вредными для кожи и глаз. И естественный, и искусственный свет также могут нарушить работу биологических часов и гормональную систему человека, что может вызвать проблемы со здоровьем. Ультрафиолетовый и синий компоненты света могут нанести наибольший вред.

Некоторые люди с заболеваниями, которые делают их чувствительными к свету, утверждают, что энергосберегающие лампы (в основном компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) и светодиоды (светодиоды), которые были привезены для замены ламп накаливания, ухудшают их симптомы и играют роль в широком спектре заболеваний. Они также утверждают, что защитные меры, такие как закрытие ламп второй стеклянной оболочкой (которая снижает УФ-излучение), неэффективны.

Использование некоторых типов КЛЛ в течение длительных периодов времени на близком расстоянии может подвергнуть пользователей воздействию ультрафиолетового излучения, приближающегося к пределам, установленным для защиты рабочих от повреждения кожи и глаз.Подробнее …

2. Как работает искусственное освещение?

Люди уже давно создают искусственное освещение, сжигая или нагревая материалы, и свечи, а также другие лампы, работающие на пламени, все еще широко используются сегодня. С появлением электричества появились лампы накаливания, в которых обычно металлическая нить запаяна внутри стеклянной трубки, а электричество используется для нагрева металла до тех пор, пока он не начнет светиться.Это традиционные лампочки, которые использовались в течение многих лет, но теперь постепенно заменяются более энергоэффективными лампами. Галогенные лампы работают по тому же принципу, но они также содержат газ внутри трубки, который делает свет намного ярче, а лампу более эффективной.

Электроразрядные лампы излучают свет, пропуская электрический ток через газ. Базовая конструкция также представляет собой газовый герметик внутри трубки, но существует множество различных вариантов. Некоторые лампы удерживают газ при низком давлении, и наиболее распространенным примером этого типа являются люминесцентные лампы.Газоразрядные лампы высокого давления излучают более яркий свет и используются для освещения больших зданий, при создании телевизионных или кинофильмов, а также для уличного освещения.

Твердотельное освещение — это новая технология, которая в будущем может стать основным источником искусственного света. Светодиоды (LED) хорошо известны и уже используются, но разрабатываются новые типы ламп.

Уровни излучения снижаются с увеличением расстояния до лампы, поэтому для обеспечения безопасности ламп для глаз и кожи они испытываются в худшем случае, когда лампа находится на расстоянии всего 20 см.На основе этих стандартных тестов лампы были разделены на четыре группы риска: «не подвержены риску» (RG0), «низкий риск» (RG1), «средний риск» (RG2) и «высокий риск» (RG3), который включает только лампы, где кратковременное воздействие представляет опасность.

Большинство ламп классифицируются как «не подверженные риску», а большинство редких исключений классифицируются как «с низким уровнем риска». Типы ламп, классифицируемые как «средний риск» и выше, обычно предназначены для использования профессионалами в местах, где они не представляют опасности.Неправильное использование ламп, относящихся к 1–3 группам риска, может вызвать повреждение глаз или кожи, которого можно избежать с помощью соответствующих мер. Например, металлогалогенные лампы, которые используются для освещения спортивных арен, могут представлять опасность при использовании на расстоянии 20 см, но их нормальное использование не представляет никакого риска. Подробнее …

3. Как свет влияет на живые организмы?

Солнце и лампы излучают видимый свет и невидимое излучение, например ультрафиолетовое (УФ) и инфракрасное (ИК).Длина волны видимого света определяет его цвет, от фиолетового (более короткая длина волны) до красного (более длинная волна). УФ и ИК можно разделить в зависимости от длины волны на более узкие полосы (UVA / UVB / UVC для ультрафиолета, при этом UVA является наиболее близким к видимому свету, и IRA / IRB / IRC для инфракрасного излучения, при этом IRA является наиболее близким к видимому свету). . Солнце излучает радиацию во всем диапазоне длин волн, но земная атмосфера блокирует большое количество ультрафиолетового и инфракрасного излучения.

Воздействие света на клетки зависит от излучения и его длины волны, типа клетки, хромофора и химической реакции.

Когда свет освещает вещество, он может нагревать его, и это основной эффект ИК-излучения. Видимый и ультрафиолетовый свет также может запускать химические реакции, если они достигают соответствующих поглощающих молекул, называемых хромофорами, которых очень много в клетках кожи и глаз. Видимое излучение и излучение IRA проникают глубже всего в кожу и глаза и могут достигать сетчатки. UVC, IRB и IRC проникают меньше всего.

Тело имеет множество защитных мер против слишком яркого или слишком горячего света: моргание, боль, естественное отвращение к яркому свету и сужение зрачка, но повреждение все же может произойти в результате передержки.. Радиация может вызвать ожоги, но это редко бывает с бытовыми лампами. Видимый свет и УФ-лучи также могут запускать химические реакции, обычно помогая создавать соединения-окислители, которые затем могут атаковать клетки. Антиоксиданты, пигменты и другие химические вещества в коже и глазах могут разрушить их чрезмерный уровень, поэтому химические реакции замедляются, а количество образующихся продуктов будет безвредным. Однако более высокие дозы радиации могут привести к образованию токсичных уровней этих химически активных веществ, что вызовет заболевания.Подробнее …

4. Какое влияние на здоровье наблюдалось?

Видимое и инфракрасное излучение от искусственного света вряд ли окажет какое-либо влияние на здоровье, если только оно не является чрезвычайно интенсивным и не используется на близком расстоянии.

Избыточное воздействие ультрафиолета вызывает краткосрочные ожоги, а в течение длительного времени увеличивает риск развития рака кожи (меланомы), а также плоскоклеточного рака (SCC) и базальноклеточного рака (BCC).Согласно наихудшему сценарию, самые высокие измеренные УФ-излучения от ламп, используемых в офисах и школах, но не лампы с очень низким уровнем выбросов, используемые для домашнего освещения, могут увеличить количество SCC среди населения ЕС.

Нет никаких доказательств того, что кратковременное воздействие ламп, обычно используемых в офисах или дома, могло бы вызвать какое-либо повреждение глаз. Синий компонент видимого света может повредить сетчатку, но это происходит только из-за случайного воздействия солнечного света или искусственного освещения очень высокой интенсивности, поэтому такое бывает редко.

Нет убедительных доказательств того, что длительное воздействие синего света меньшей интенсивности вызывает какое-либо повреждение сетчатки.

Длительное воздействие ультрафиолета от солнечного света может повредить роговицу и вызвать катаракту, но использование искусственного света обычно вряд ли приведет к подобным эффектам.

Воздействие света ночью во время бодрствования, например, при сменной работе, может быть связано с повышенным риском рака груди, а также вызывать нарушения сна, желудочно-кишечного тракта, настроения и сердечно-сосудистой системы.Однако эти эффекты возникают из-за нарушения естественного циркадного ритма независимо от типа освещения. Подробнее …

5. Каково воздействие на людей, в условиях которых они чувствительны к свету?

Большинство людей с кожными заболеваниями, которые делают их чувствительными к свету, обнаруживают, что солнечный свет вызывает симптомы, но некоторые из наиболее чувствительных пациентов также реагируют на искусственный свет. Синий или ультрафиолетовый компонент света особенно эффективен при обострении кожных поражений при хроническом актиническом дерматите и солнечной крапивнице, а в случае красной волчанки они усугубляют как кожные реакции, так и само заболевание.По оценкам, 1 из 3000 человек в Европе страдает от таких состояний. Этим пациентам следует избегать источников света с УФ-излучением. Например, если они используют КЛЛ, было бы лучше, если бы они использовали КЛЛ с двойной оболочкой. Еще лучшим вариантом для некоторых людей могут быть светодиоды, потому что они не излучают УФ.

Воздействие света на пациентов с заболеваниями глаз, чувствительными к свету, широко варьируется от человека к человеку в зависимости от их генетической структуры. Все пациенты с дистрофией сетчатки должны носить специальные защитные очки, которые фильтруют вредные длины волн.

Современные КЛЛ практически не мерцают, но может быть некоторое остаточное мерцание, и даже если мерцание незаметно, оно все равно может восприниматься мозгом. Нет никаких научных данных, позволяющих оценить, влияют ли рассматриваемые здесь источники света на такие состояния, как синдром Ирлена-Мира, миалгический энцефаломиелит, фибромиалгия, диспраксия, аутизм и ВИЧ. Изображение: светодиоды не излучают УФ. Подробнее …

6. Как и где люди подвергаются воздействию искусственного света?

Кратковременное воздействие ультрафиолета от искусственного освещения на здоровых людей считается незначительным.Невозможно оценить долгосрочные риски, потому что нет данных о подверженности, но можно сделать оценки с учетом наихудшего сценария. Это предполагает типичное воздействие на работе и в школе КЛЛ с самым высоким уровнем УФ-излучения, хотя на практике воздействие люминесцентных ламп будет ниже этого значения.

Годовая доза УФ-излучения на коже при наихудшем сценарии эквивалентна недельному отпуску в солнечном месте. Подробнее …

7.Связаны ли потенциальные риски для здоровья с искусственным освещением?

Последствия кратковременного воздействия УФ-излучения от искусственного света незначительны. Длительное воздействие низких уровней УФ-излучения добавляет очень небольшой процент к пожизненному риску развития плоскоклеточного рака (SCC), но может привести к увеличению количества SCC в популяции.

У некоторых людей есть условия, которые делают их чрезвычайно чувствительными к свету. Солнечный свет, кажется, является основным возбудителем болезней, но в некоторых случаях искусственный свет также играет роль.Производители должны предоставить подробную информацию о свете, излучаемом каждой моделью лампы, чтобы пациенты и их врачи могли выбрать лампу, которая им больше всего подходит. Пациенты с дистрофией сетчатки должны носить специальные защитные очки, фильтрующие короткие и промежуточные волны.

Требуются дополнительные данные о воздействии УФ / УФ-C и синего света от внутреннего освещения, а также о их влиянии на кожные и глазные заболевания. Также необходимо провести исследования потенциальных последствий мерцания и несвоевременного воздействия искусственного света на здоровье.Подробнее …

Партнер публикации

Трехуровневая структура, используемая для передачи этого мнения SCENIHR, защищена авторским правом Cogeneris sprl.

Многочисленные применения неоновой лампы

Неоновые огни — это предмет ностальгии, который, кажется, все любят. Неоновая лампа — это тип газоразрядной лампы, она излучает свет, когда электрический разряд проходит через ионизированный газ или плазму. Когда напряжение между электродами превышает определенный порог, газ ионизируется и начинает проводить электричество.Основной процесс, который генерирует свет, — это возвращение ионов в основное энергетическое состояние с испусканием фотона света. Цвет света зависит от спектров излучения атомов в газе, а также от давления газа, среди других переменных. Газоразрядные лампы можно классифицировать по давлению газа:

• Низкое давление: включает неоновую лампу, люминесцентные лампы и натриевые лампы низкого давления.
• Высокое давление: например, металлогалогенные, натриевые лампы высокого давления и ртутные лампы.

Другая классификация связана с методом нагрева катода:

• Лампы с горячим катодом: электрическая дуга между электродами создается за счет термоэлектронной эмиссии, при которой электроны удаляются из электродов из-за высокой температуры.
• Лампы с холодным катодом: в них электрическая дуга возникает из-за высокого напряжения, приложенного между электронами, которое ионизирует газ и может иметь место проводимость.

Лампы высокой интенсивности — это еще один тип газоразрядных ламп, в которых между вольфрамовыми электродами образуется дуга большой мощности.Уровень мощности в несколько киловатт может быть легко произведен этим типом ламп. Конечно, мы не можем забыть упомянуть никси-лампы, которые представляют собой неоновую лампу с холодным катодом, популярную для создания ретро-часов. К счастью, сейчас они снова в производстве.

История

История газоразрядной лампы началась в 1675 году, когда французский астроном Жан-Феликс Пикар заметил, что пустое пространство его ртутного барометра испускает слабое свечение, когда ртуть колеблется.Позже было показано, что свечение возникает от статического электричества в частичном вакууме ртутной трубки. В 19 веке, с появлением электрических генераторов, несколько ученых начали экспериментировать с газовыми трубками и электричеством, в результате чего в 1857 году немецким физиком и стеклодувом Генрихом Гайсслером была изобретена трубка Гейслера. Это были первые газоразрядные трубки. и производились серийно в основном для развлекательных целей.

Неоновая трубка, как мы ее знаем, была разработана французским инженером Жоржем Клодом в 1910 году и впервые продемонстрирована на Парижском автосалоне того же года.В США первые неоновые вывески были приобретены автомобильным дилером Packard в Лос-Анджелесе по цене 1250 долларов за штуку. Поскольку трубки могут быть изготовлены практически любой формы, они видны даже при дневном свете, а большое количество цветов может быть создано с помощью различных комбинаций газов и покрытий в трубке, неоновые вывески быстро стали очень популярными. К 1940 году в США насчитывалось около 2000 магазинов, производящих неоновые вывески.

Релакс

Но неоновые лампы — это не только элемент декора.Уменьшенная версия используется сегодня в основном в качестве светового индикатора в электронных приборах и приборах, но это было важно в истории электроники. У неоновой лампы отрицательное сопротивление: до достижения напряжения пробоя лампа почти не проводит ток. Когда достигается напряжение пробоя или включения, сопротивление лампы внезапно падает и возникает большой ток. В этом состоянии напряжение падает с увеличением тока. Следовательно, напряжение выключения ниже, чем напряжение включения.Это свойство называется гистерезисом.

Из-за этого свойства неоновые лампы использовались в генераторах релаксации, которые могут достигать максимальной частоты около 20 кГц. Неоновая лампа в цепи не проводит ток, пока напряжение на конденсаторе не достигнет значения включения. Затем лампа начинает проводить, и конденсатор быстро разряжается, пока его напряжение не станет напряжением выключения лампы. Неоновая лампа перестает проводить, и процесс повторяется.

Неоновые лампы также использовались в качестве источников опорного напряжения и устройств защиты от перенапряжения, используя их характеристическое напряжение включения. Кроме того, благодаря специальной технологии изготовления они также могут работать как регуляторы напряжения.

Память для неоновой лампы

Вычисления можно делать и с неоновыми лампами! В схеме, показанной слева, взятой из руководства к лампе низкого напряжения GE, мы можем увидеть простую схему памяти. Согласно инструкции, это работает следующим образом: напряжение питания V находится между напряжениями включения и выключения лампы, так что в состоянии покоя лампа не проводит ток.

Если теперь на вход подается положительный импульс «set», лампа загорится, а при напряжении питания больше, чем напряжение выключения, лампа останется проводящей. Для считывания из памяти на вход подается положительный импульс «чтения» с амплитудой меньше, чем требуется для зажигания непроводящей лампы. Если лампа ранее была зажжена «установочным» импульсом, «считывающий» импульс будет передан через лампу на выход. Однако, если лампа не загорелась, импульс «считывания» будет заблокирован непроводящей лампой, и выходной сигнал останется на нуле.Для сброса памяти на вход подается отрицательный импульс «сброса» с величиной, достаточной для падения напряжения ниже напряжения выключения лампы.

Использование неона в электронных схемах, конечно же, из эпохи, предшествовавшей кремнию. Пик использования освещения пришелся на 60-е годы, после чего он начал исчезать. Для рекламы отдают предпочтение современным видам освещения (как вы уже догадались, светодиодному). В настоящее время неон возвращается в качестве архитектурного и художественного элемента, а также в некоторых исторических проектах, таких как Закон о реставрации коридора шоссе 66.Мы надеемся, что он останется с нами на долгие годы.

Sunco Освещение

Выбор между встраиваемой банкой или распределительной коробкой часто сводится к типу пространства, в котором вы устанавливаете даунлайт. Чтобы выбрать J-Box или утопленную банку, вы должны изучить свои потребности, место, где вы будете размещать даунлайт, и то, как даунлайт закрепится в этом пространстве.

Если вы хотите поместиться в небольшом пространстве или приспособиться к балкам, которые находятся рядом с местом, где вы хотите разместить светильник, выберите Slim или Slim со встроенной соединительной коробкой.

Для чего предназначены распределительная коробка и встраиваемая коробка:

Распределительные коробки (соединительные коробки) предназначены для:

• Защитить, закрепить и закрыть электрические соединения для предотвращения физического повреждения
• Может выступать в качестве крепления механизм
• Предотвращение случайного контакта проводов под напряжением с проводкой устройства как из соображений пожарной безопасности, так и для предотвращения поражения электрическим током

Углубленные банки покрывают те же проблемы, указанные выше, но разными способами:

• Включает закрытый полный корпус (корпус / может сама)
• Действует как монтажный механизм
• Никакие провода не выходят за его пределы, если они не находятся внутри кабелепровода, например, в наших банках для ремонта и новых строительных банках.

Встраиваемые бидоны и светильники Sunco:

Новое строительство — Встраиваемые бидоны этого типа спроектированы так, чтобы их окружала изоляция в потолке, если они имеют рейтинг IC, аналогичный предлагаемым Sunco. Они устанавливаются в каркас при новом строительстве или при новом строительстве вне здания. Крепится к каркасу с помощью стержневых вешалок перед установкой гипсокартона и потолочных материалов. Не включает светодиодный свет. Приспособление Sunco действительно включает J-Box.

Remodel — Remodel встраиваемые световые баллончики вставляются в уже установленные потолки. Для вашего удобства в переделку Sunco включена коробка J-Box. Эти блоки меньше по высоте, чем в стиле «Новое строительство». Ремоделирующие зажимы закрепляют баллончик на крыше или над потолком в гипсокартоне или штукатурке. Не включает светодиодный свет. Приспособление Sunco действительно включает J-Box.

Slims (с J-Box или встроенным J-Box) — Предлагает тонкий профиль для реконструкции или в тесных потолочных пространствах, например, рядом с балками.Некоторые из слимов Sunco помещаются с минимальным зазором по высоте 2 дюйма! Может быть металлическая или пластиковая J-box. Обычно крепится пружинными скобами к потолку.

Даунлайты для дисков — Аналогично тонкому корпусу, за исключением того, что в нем нет соединительной коробки. Диски Sunco подключаются напрямую к вашей распределительной коробке. В комплект входят кронштейны для металлической проволоки для установки в банку, если это необходимо. Также можно установить прямо на потолок.

Модернизированные даунлайты — Банки для нового строительства и модернизации не включают светодиодные фонари или соединительные коробки.Вы можете добавить светодиодные модернизированные даунлайты в 4/5/6-дюймовых канистрах. Обычно крепится с помощью металлического монтажного кронштейна. Некоторые из них регулируются между 5 и 6 дюймовыми банками, изменяя положение винта по размеру.

Установленные правильно, наши встраиваемые светильники с рейтингом IC могут быть размещены рядом с изоляцией в потолочных пространствах без проблем с возгоранием.

ПРИМЕЧАНИЕ. Правила в отношении электрооборудования могут отличаться в зависимости от региона. Пожалуйста, поговорите с квалифицированным профессиональным электриком или подрядчиком, чтобы подтвердить требования, касающиеся вашей уникальной установки.

Атомные часы на печатной плате, Часть 1: Первичные и второстепенные стандарты

Атомные часы превратились из сборок размером с комнату в модули, монтируемые на печатную плату, правда, с меньшей производительностью, чем их старшие братья и сестры, но все же намного лучше, чем на кристаллах. альтернативные сроки.

Атомные часы основаны на переходах энергетических состояний определенных элементов, таких как цезий, иттербий, рубидий и других, в определенных и строго контролируемых условиях.Они являются абсолютным эталоном времени в метеорологии. В Соединенных Штатах Национальный институт стандартов и технологий (NIST) разработал, эксплуатирует и поддерживает национальный стандарт времени и частоты NIST-F1, расположенный в Боулдере, штат Колорадо. Эти атомные часы с цезиевым «фонтаном» входят в международную группу атомных часов, которые определяют всемирное координированное время (UTC), официальное мировое время.

В определении основных единиц СИ (Международная система единиц — Международная система единиц) вторая определяется путем установки фиксированного числового значения частоты цезия Δν _Cs (невозмущенная частота сверхтонкого перехода основного состояния цезия-133 атом) равным 9 192 631 770 единицам Герц (Гц, величина, обратная секундам).Атомные часы первичного стандарта требуют переохлаждения трубопроводов, близких к абсолютному нулю, лазеров, оптики и электроники, а также значительной рабочей мощности и внимания и занимают большую комнату (рис. 1) .

Очевидно, что первичный стандарт NIST непрактичен в качестве компонента или системы на испытательном стенде или даже в качестве спутника в космосе.Почти все спутники, находящиеся на околоземной орбите или в глубоком космосе, оснащены атомными часами; Фактически, каждый спутник в созвездии GPS имеет один плюс резервный. Наличие таких часов является ключом к точности определения местоположения с помощью GPS. Атомные часы, используемые в спутниках, часто представляют собой индивидуализированные версии атомных часов вторичного стандарта, которые вы можете купить как стандартный элемент у различных поставщиков приборов.

Например, атомные часы, такие как коммерческие стандарты частоты с рубидием, работают за счет фазовой синхронизации (называемой «дисциплинированием») кварцевого генератора до сверхтонкого перехода на 6.834 682 612 ГГц в рубидии. Количество света от рубидиевой газоразрядной лампы, которое достигает фотодетектора через резонансную ячейку, падает примерно на 0,1%, когда пары рубидия в резонансной ячейке подвергаются воздействию микроволновой энергии вблизи частоты перехода. Кварцевый генератор стабилизируется по переходу рубидия за счет обнаружения светового провала во время развертки синтезатора радиочастотной частоты (относительно кристалла) через частоту перехода. (Атомные часы на основе цезия или других элементов имеют некоторое сходство в принципах работы и существенные различия — все это слишком сложно для изучения здесь.)

Эти вторичные стандарты используются в спутниках, земных станциях, основных узлах магистральных сетей сотовой связи и Интернета и даже в высокопроизводительных испытательных и измерительных системах, причем очень распространена 19-дюймовая модель стойки. Хотя эти монтируемые в стойку устройства имеют точность, которая на много порядков превышает точность первичных устройств, таких как NIST-F1, они все же намного лучше, опять же на много порядков, чем даже лучшие часы (генератор) с кварцевым управлением, включая высокопроизводительные блоки с терморегулятором (OXCO) или средне- и высокопроизводительные (TXCO).

Есть еще более мелкие устройства, такие как Stanford Research Systems PRS-10, атомные часы на основе рубидия. Он имеет размеры всего 2,00 дюйма × 3,00 дюйма × 4,00 дюйма, вес 1,32 фунта, требует +24 В постоянного тока / 0,6 А в установившемся режиме (после разогрева 2,2 А) и продается примерно за 2000 долларов, хотя для всего устройства требуется значительное количество схем поддержки (Рисунок 2) .

Физическая конструкция такого блока с его печатными платами вокруг рубидиевого сердечника (Рисунок 3 и Рисунок 4) имеет решающее значение для достижения компактной упаковки и достижения наивысшего уровня потенциальной производительности, поскольку термическая стабильность и однородность играют большую роль.

В следующем разделе будет рассмотрена разработка, конструкция и общая работа атомных часов с масштабированием микросхем (CSAC), стандартного коммерческого модуля от Microchip Technology, который может быть установлен на печатной плате.

EE World Related Content

GPS — это повсеместная и проблематичная технология
Основы GPS-приемников
GPS, Часть 1: Основные принципы
GPS, Часть 2: Реализация
Атомные часы работают от 5 В, выводят CMOS-совместимые сигналы
Атомные часы с чиповой шкалой производят сверх- стабильные частоты
Миниатюрные атомные часы с рубидием поддерживают высокую степень синхронизации с эталонными часами
Коммерческое пространство Модуль атомных часов с чиповой шкалой устойчив к радиации
Атомные часы с чиповой шкалой помещаются в компактные помещения
Кристаллы и генераторы кварца, Часть 1: Основы кристаллов
Кристаллы кварца и осцилляторы, Часть 2: Усовершенствованные кристаллы

Список литературы

• Национальный институт стандартов и технологий, «Атомные часы с цезиевым фонтаном NIST-F1»
• Национальный институт стандартов и технологий, «Определения базовых единиц СИ»
• Национальный институт стандартов и технологий, «Анализ данных во временной области» (отклонение Аллана).
• Stanford Research Systems, «Рубидиевый осциллятор PRS10»
• Stanford Research Systems, «Стандарты частоты: PRS10 — рубидиевый стандарт частоты с низким фазовым шумом»
• Symmetricom, «Атомные часы с чип-шкалой SA.45S»
• Википедия, «Вариация Аллана».
• Microchip Technology, CSAC SA65, техническое описание
• Microchip Technology, «Chip-Scale Atomic Clock (CSAC) SA65 User’s Guide»
• Microchip Technology, Роберт Лютвак, «Тактические атомные часы»
• Lutwak, et al; 36 ^{-е ежегодное собрание по вопросам точного времени и интервалов времени (PTTI)} , «Атомные часы в масштабе микросхемы — пакет физики с низким энергопотреблением» (2004 г.)
• Мешер и др., «Физический комплекс со сверхнизким энергопотреблением для атомных часов в масштабе микросхемы»
• Стэнфордский симпозиум PNT 2011, Роберт Лютвак, «The SA.Атомные часы с чип-шкалой 45S »
• Патент США 6 927 636 В2 (2005 г.), «Стабилизация света для оптически возбудимой атомной среды»
• Патент США 6,320,472 B1 (2001), «Стандарт атомной частоты»
• Патент США 7215213 B2 (2007), «Устройство и система для подвешивания устройства в масштабе микросхемы и связанные методы»

Как выбрать батареи | REI Co-op

Батареи — это переносные хранилища энергии. Они приводят в действие наши фары, фонари, устройства GPS, камеры, музыкальные плееры и многое другое.Идеальная батарея обеспечит вам баланс между длительным сроком службы, высокой производительностью, разумной стоимостью и низким воздействием на окружающую среду. Чтобы получить это, вы должны знать, что вы ищете, что может быть непросто, когда вы начинаете копаться в деталях об электродах, катодах и различных типах металлов.

В этом руководстве мы рассмотрим варианты и расскажем о плюсах и минусах различных типов батарей, поскольку они относятся конкретно к пользователям, находящимся на открытом воздухе, таким как туристы, байкеры, лыжники и альпинисты.

• Определите, какой размер батареи вам нужен: Это просто. Если ваш гаджет работает от батареек AAA, то это то, что вам нужно. Вы можете посмотреть на само устройство, чтобы узнать, какой размер батареи требуется, или проконсультироваться с инструкцией по эксплуатации.
• Выберите между одноразовыми или перезаряжаемыми батареями: Одноразовые батареи дешевле и имеют отличный срок хранения, но перезаряжаемые батареи можно использовать снова и снова, что в конечном итоге делает их более экономичным выбором.
• Подберите батарею правильного типа: Понимание того, как работают батареи, и знание того, чем щелочные отличаются от литиевых, а никель-металлгидридные от литий-ионных, поможет вам выбрать лучшую батарею для вашего приложения.

Краткую справку см. В нашем PDF-файле для печати.

Если вас интересуют портативные солнечные зарядные устройства и аккумуляторные батареи, прочтите нашу статью «Солнечные зарядные устройства и портативное питание».

Вам не нужно много знать об аккумуляторах, чтобы выбрать размер для вашего устройства.Чтобы понять это, достаточно посмотреть на батареи, которые в настоящее время установлены в вашем устройстве, и заменить их на батареи того же размера (т. Если у вас еще не установлены батареи, посмотрите на устройство, чтобы узнать о них, или обратитесь к руководству по эксплуатации.

Если вы хотите узнать немного больше о размерах батарей, вот краткое руководство:

Вы, наверное, знакомы с батареями AAA, AA, C и D.Эти буквы являются индикаторами размера. По сути, чем дальше вы пройдете по алфавиту, тем больше будет батарея (например, D больше, чем C). Если вы видите, что буква используется более одного раза (например, AA, AAA), чем чаще она используется, тем меньше размер батареи (например, AAA меньше AA).

Калибровка батарей типа «таблетка» (также называемых кнопочными батареями) работает немного иначе. Эти батареи обычно состоят из двух букв, за которыми следуют четыре цифры.Первая буква указывает на химический состав, а вторая указывает на форму. Четыре числа описывают размер, первые два указывают диаметр, а вторые два — высоту. Например, для батареи CR2032 буква C означает литий, R означает, что батарея круглая, а 2032 означает, что батарея имеет диаметр 20 мм и высоту 3,2 мм.

Если вы покупаете обычные цилиндрические батареи, такие как AAA, AA, C или D, у вас есть возможность купить одноразовые батареи или аккумуляторные батареи (батарейки типа «таблетка», такие как CR2032, предназначены только для одноразового использования).У обоих есть преимущества и недостатки; Взглянем на них:

Одноразовые батареи: Вот как они звучат. Когда в них кончился заряд, вы должны утилизировать их (чтобы найти ближайшие варианты утилизации аккумуляторов, посетите Call2Recycle.org). Два основных типа одноразовых батарей — щелочные и литиевые.

Плюсы:

• Более дешевая первоначальная стоимость, чем у аккумуляторных батарей.
• Очень низкая скорость саморазряда (потеря мощности при простое) для длительного срока хранения.
• Широко доступный.

Минусы:

• После полной разрядки необходимо утилизировать.

Аккумуляторные батареи: Эти батареи предназначены для многократной перезарядки, в некоторых случаях до 500 или более раз. Два основных типа аккумуляторных батарей — это никель-металлогидридные и литий-ионные.

Плюсы:

• Поскольку они перезаряжаемые, они производят меньше отходов, чем одноразовые батареи.
• Они предлагают лучшую долгосрочную ценность, чем одноразовые батареи (чем больше вы их используете, тем дешевле они становятся).

Минусы:

• Более высокая начальная стоимость, чем одноразовые батареи.

После того, как вы определились с размером батареи и сделали выбор между одноразовой и перезаряжаемой батареями, возможно, вам будет полезно узнать немного больше о различных типах батарей.Имея базовое представление о том, как работают батареи и что внутри них, вы можете принимать более обоснованные решения о том, какой тип батарей подходит для ваших нужд.

Основные сведения об аккумуляторах: Обычные аккумуляторы, такие как AAA, AA, C и D, имеют положительные и отрицательные клеммы и два внутренних слоя, называемых электродами, которые включают катод (переносящий положительный заряд) и анод (переносящий отрицательный заряд). ). Все батареи также содержат электролит того или иного типа — вещество, которое проводит электричество (поток электронов) между выводами батареи.Когда вы вставляете аккумулятор в устройство, например в фару, электролит, катод и анод взаимодействуют, и происходит химическая реакция (в основном окисление). Ионы (положительно заряженные) и электроны (отрицательно заряженные) проходят через электролит, выходят через отрицательный вывод и позволяют вашему устройству функционировать.

Со временем внутренние химические вещества батареи начинают разлагаться, и взаимодействие уменьшается. В конце концов они больше не могут сохранять заряд и считаются «мертвыми».

Смесь химических веществ в батарее призвана обеспечить некоторую комбинацию четырех святых граалей неуловимой «идеальной» батареи — долгого срока службы, высокой производительности, разумной стоимости и низкого воздействия на окружающую среду.Вот более подробный обзор наиболее распространенных вариантов одноразовых и аккумуляторных батарей:

Одноразовые батареи

Наиболее часто используемая батарея — это щелочная батарея (то есть она содержит щелочной электролит, обычно гидроксид калия).

Лучшее применение: Устройства с низким энергопотреблением, такие как светодиодные фары, светодиодные фонарики, игрушки, устройства дистанционного управления, часы и радио, и даже предметы с умеренным потреблением энергии, такие как лампы с лампами накаливания.Щелочные батареи можно использовать в устройствах с высоким энергопотреблением (например, в цифровых фотоаппаратах), хотя их продолжительность жизни резко сократится. Почему? Несмотря на то, что щелочи имеют высокую начальную энергоемкость, устройства с большим потреблением энергии потребляют настолько значительную энергию, что энергия быстро расходуется.

Плюсы:

• По умеренной цене
• Широко доступный

Минусы:

• Бессрочный цикл использования-утилизации-замены.Возможно, они могут быть переработаны, но большинство из них попадает на свалки.

Номинальное напряжение : 1,5 (хотя оно постепенно снижается до менее 1 В по мере того, как батарея разряжается).

Расчетный срок хранения (при 20 ° C / 68 ° F): 5–7 лет.

Литий, исключительно легкий металл, придает литиевым батареям наивысшую удельную энергию из всех аккумуляторных элементов.Таким образом, они могут хранить больше энергии, чем щелочные батареи или любые одноразовые батареи сопоставимого размера. И они отлично справляются с экстремальными температурами, как жаркими, так и холодными.

ИСПОЛЬЗУЙТЕ С ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕМ: их более высокое напряжение делает литиевые батареи слишком мощными для некоторых устройств и может повредить схемы. Прочтите инструкции производителя, чтобы получить рекомендации по использованию батарей для отдельных продуктов.

Наилучшее использование: Устройства с большим потреблением энергии (например, цифровые фотоаппараты) и большинство (но не все) устройств с умеренным потреблением энергии (например,фары, игрушки).

Плюсы:

• Самый долгий срок службы (безусловно) в категории одноразового использования; в цифровой камере литиевые батареи гипотетически могут производить более 100–200 фотографий со вспышкой; щелочные батареи, 20–40+.
• Превосходная функциональность при экстремальных температурах, от значительно ниже нуля до более 100 ° F.
• Очень долгий срок хранения.
• Легкий вес (примерно на 30 процентов легче щелочных батарей аналогичного размера).

Минусы:

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Более высокое напряжение может повредить некоторые устройства. Прочтите инструкции производителя, прилагаемые к каждому устройству, чтобы определить, могут ли они работать с литиевыми батареями.

Номинальное напряжение: 1,5–3 (постепенно снижается по мере разряда батареи).

Расчетный срок хранения (68 ° F / 20 ° C): 10–15 лет.

В чем разница между литиевыми и литий-ионными батареями? Литиевые батареи нельзя перезаряжать. Литий-ионные аккумуляторы могут.

Аккумуляторы

Как следует из названия, в состав никель-металлогидридной (NiMH) батареи входят:

• никель (обычно гидроксид никеля; используется для катода / положительного электрода)
• сплав (смесь металлов или металлов, смешанных с другими элементами; используется для анода / отрицательного электрода)
• гидроксид калия (щелочной) в качестве электролита.

NiMH батареи заменили никель-кадмиевые (NiCd) батареи в качестве предпочтительных цилиндрических перезаряжаемых батарей. Они предлагают более высокую энергоемкость (до 50 процентов), чем никель-кадмиевые батареи, и избегают высокой токсичности кадмия. При этом стандартные никель-металлгидридные батареи в значительной степени были заменены предварительно заряженными никель-металлгидридными батареями (дополнительную информацию см. В разделе «Предварительно заряженные никель-металлгидридные батареи» ниже).

Наилучшее использование: Устройства с высоким энергопотреблением (например, цифровые фотоаппараты, вспышки) или устройства, которые используются в течение длительного или непрерывного использования (например,грамм. Приемники GPS). Не рекомендуется для предметов, которые редко используются или нечасто проверяются, таких как детекторы дыма или фонарик в аварийном комплекте.

Плюсы:

• Обеспечивает энергоемкость с более постоянной скоростью (технически более плоской скоростью разряда), чем одноразовые батареи — например, свет от налобного фонаря, использующего щелочные батареи, начинает ярче и постепенно становится тусклее. У никель-металлгидридных аккумуляторов уровень освещенности остается стабильным благодаря постоянному напряжению, обеспечиваемому аккумуляторными батареями.
• Обеспечивает значительно больший ток (поток электронов), чем щелочная батарея, повышая ее производительность при обслуживании устройств с высоким энергопотреблением.
• Отсутствует измеримый «эффект памяти» (это когда батарея имеет тенденцию «запоминать» только то количество энергии, которое она доставила во время последней разрядки).
• Достаточно хорошо работает в холодную погоду.
• Лучшая долгосрочная ценность, чем одноразовые батареи.
• Пригоден для вторичной переработки.

Минусы:

• Достаточно высокая скорость «саморазряда» (потеря мощности, когда она не используется) — неиспользуемые никель-металлгидридные батареи могут терять от 1 до 5 процентов накопленной энергии за день, от 30 до 40 процентов за месяц (и потенциально больше в теплых условиях).
• Изначально в меру дорого.
• Необходимо зарядить перед первым использованием.
• Следует заряжать каждые 1-2 месяца.
• Энергетическая емкость снижается на 10–15 процентов после более чем 100 перезарядок.
• Производительность может снизиться при падении или грубом обращении.

Вольт: 1,2 (постоянное напряжение обычно поддерживается в течение всего цикла, снижаясь до 1,1 до завершения цикла зарядки).

Расчетное количество циклов зарядки: 150–500

Скорость саморазряда: Потеря 1 процента (или более) накопленной мощности в день, примерно 40 процентов в месяц.

Хранение: Хранить полностью заряженным при 60 ° F / 15.5 ° С.

Советы:

• Батареи большей емкости будут служить устройству дольше. Емкость NiMH аккумуляторов выражается в миллиампер-часах (мАч). Посмотрите на сами батареи или на упаковку, чтобы узнать номинал мАч.
• Можно заряжать в любое время, независимо от того, какой уровень энергоемкости они сохраняют.
• Для оптимальной производительности подзаряжайте аккумулятор, когда его энергоемкость падает на 30–50 процентов ниже максимальной.
• Чтобы начать длительный период хранения, сначала необходимо полностью зарядить все никель-металлгидридные батареи.
• Если не использовать в течение длительного времени, заряжайте стандартные никель-металлгидридные батареи каждые 1-2 месяца.

Эти никель-металлгидридные аккумуляторы, также называемые «гибридными», «готовыми к использованию» или «малоразрядными» аккумуляторами, поставляются предварительно заряженными, поэтому они готовы к работе. Они предлагают очень низкую скорость саморазряда (потери мощности, когда они не используются), что делает их очень популярными в категории аккумуляторных батарей для цилиндрических батарей (элементы AAA, AA, C и D).По этим причинам предварительно заряженные никель-металлгидридные батареи по большей части заменили стандартные, незаряженные никель-металлгидридные батареи.

Наилучшее использование: Устройства с большим потреблением энергии (например, цифровые фотоаппараты, вспышки) или устройства с умеренным потреблением энергии, которые используются в течение длительного или непрерывного использования (например, приемники GPS, фары). Его более низкая скорость саморазряда также делает его подходящим для некоторых устройств с низким энергопотреблением, таких как часы и пульты от телевизора.

Плюсы: То же, что и стандартный NiMH, плюс:

• Можно сразу доставить из упаковки в ваше устройство.
• Гораздо более низкая скорость саморазряда, чем у стандартных NiMH аккумуляторов (что делает эту конструкцию отличным выбором для фар или любого устройства, которое можно активно использовать в течение недели, а затем оставить нетронутым в течение нескольких месяцев).

Минусы:

• Изначально умеренно дорого.
• Следует заряжать каждые 6–9 месяцев.
• Энергетическая мощность снижается на 10–15 процентов после нескольких сотен подзарядок.

Вольт: 1.2 (постоянное напряжение обычно поддерживается в течение всего цикла).

Расчетное количество циклов зарядки: примерно 150–500

Скорость саморазряда: Намного лучше, чем у стандартных никель-металлгидридных аккумуляторов, примерно на 10–20 процентов за 6 месяцев.

Хранение: Хранить полностью заряженным при 60 ° F / 15,5 ° C.

Советы:

• Батареи большей емкости будут служить устройству дольше. Емкость NiMH аккумуляторов выражается в миллиампер-часах (мАч).Посмотрите на сами батареи или на упаковку, чтобы узнать номинал мАч.
• Можно заряжать в любое время, независимо от того, какой уровень энергоемкости они сохраняют.
• Чтобы начать длительный период хранения, сначала необходимо полностью зарядить все никель-металлгидридные батареи.
• Если они не использовались в течение длительного времени, заряжайте предварительно заряженные NiMH аккумуляторы каждые 6–9 месяцев.

сегодня чаще встречаются в форме плиты, блока или батарейного блока, а не в форме цилиндра типа AAA, AA, C или D.Они широко используются в смартфонах, цифровых камерах, компьютерах и другой бытовой электронике.

Наилучшее использование: Ноутбуки, смартфоны, спортивные часы с GPS, портативные устройства питания, некоторые велосипедные фонари.

Плюсы:

• Обеспечивает самую низкую скорость саморазряда (менее 10 процентов в месяц) среди всех аккумуляторных батарей.
• Предполагаемое количество циклов перезарядки (500–1000 +).
• Пригоден для вторичной переработки.

Минусы:

• Дороже.
• Даже если его не использовать, возраст отрицательно влияет.

Вольт: 3,6 (с некоторыми вариациями).

Расчетное количество циклов зарядки: 500–1000 +.

Скорость саморазряда: Очень низкая, но возраст — враг литий-ионных аккумуляторов. Даже если они не используются, простое течение времени лишает их некоторой энергоемкости.Количество потерь зависит от размера и конфигурации батареи.

Хранение: Хранить при температуре примерно 60 ° F / 15,5 ° C, либо полностью заряженных, либо с 50-процентной емкостью (мнения расходятся по этому вопросу).

Советы:

• Часто перезаряжайте, даже если было израсходовано лишь небольшое количество энергии.
• Не допускайте полной разрядки литий-ионного аккумулятора перед подзарядкой. Это не испортит литий-ионный аккумулятор, но это не рекомендуется.
• Больше циклов зарядки может быть достигнуто, если литий-ионная батарея заряжается после неглубокой разрядки (примерно 30 процентов емкости, которую можно определить на устройствах, которые имеют индикатор энергоемкости или «датчик уровня заряда» батареи). По возможности избегайте планирования перезарядки после средней (50 процентов) или полной (90–100 процентов) разрядки.

Наконечники аккумулятора

Чтобы максимально эффективно использовать батареи, по возможности следуйте этим советам:

• Все батареи, даже те, которые предназначены для работы в экстремальных температурах, могут терять производительность при воздействии высоких или низких температур.Для туристов, альпинистов, лыжников и других любителей активного отдыха низкие температуры часто являются самой большой проблемой. Чтобы снизить влияние холода на заряд аккумулятора, старайтесь держать устройство в тепле. Вы можете сделать это, держа налобный фонарь, смартфон, GPS или другое устройство где-нибудь рядом с телом.
• Не пытайтесь одновременно заряжать батареи разной емкости, разных марок или разного возраста. Не используйте вместе батарейки разных производителей или разного возраста.
• Выньте батареи из устройств, если они не будут использоваться в течение нескольких месяцев. Это предотвращает крошечный расход заряда батареи устройством, даже если устройство неактивно.
• Извлеките одноразовые (неперезаряжаемые) батареи из устройства, когда оно работает от бытовой сети переменного тока. Это избавит аккумуляторы от крошечного истощения их резервов мощности устройством.
• Не храните батареи, особенно одноразовые, в местах, где может стать сильное тепло, например в багажниках автомобилей, на чердаках или в гаражах.
• Не бросайте батареи в ящик, портфель или сумку, где они могут соприкоснуться с металлическими предметами, такими как монеты или скрепки. Это может вызвать короткое замыкание или отрицательно повлиять на полярность батареи.
• Никогда не бросайте батарейки в огонь. Это может привести к их разрыву и утечке содержимого. Также: не бросайте их в металлический контейнер, где может накапливаться тепло.

Статьи по теме