Принцип работы галогеновой лампы. Галогенные лампы: принцип работы, виды, преимущества и особенности эксплуатации

2. Техническая информация

Преимущества галогенных ламп

Вследствие того, что галогенные лампы являются лишь модифицированным вариантом обычных ламп накаливания, их свойства во многом схожи. За счет использования галогенного цикла достигнуто два основных преимущества над вакуумными и газополненными лампами:

увеличенная светоотдача;

более длительный срок службы.

Кроме этого, за счет более высокой температуры спирали эти лампы дают свет чуть более холодного оттенка.

Световая отдача галогенных ламп накаливания примерно вдвое выше, чем у стандартных ламп той же мощности и составляет 20–25 лм/Вт. Ее значение увеличивается с увеличением мощности лампы и уменьшением ее номинального напряжения.

Примечание. Яркость нити накала несколько повышена за счет ее увеличенной температуры и может достигать порядка 108 кд/м2. Благодаря этому галогенные лампы идеально подходят для использования в прожекторах и линзовых оптических системах.

Яркость ламп, предназначенных для прямой замены матовых ламп накаливания, снижена за счет матирования колбы или путем нанесения на колбу внутреннего рассеивающего покрытия.

Основные параметры

Номинальное напряжение осветительных галогенных ламп делится на две группы — низкое (6, 12 или 24 В) или высокое (110–240 В). Согласно этому делению, различают, соответственно, галогенные лампы низкого и сетевого напряжения.

Лампы специального назначения выпускаются в очень широком диапазоне рабочих напряжений (от 3 В и более).

Диапазон мощностей практически соответствует таковому у обычных ламп накаливания (от 1 до 5000–10000 Вт). По причине постепенного вытеснения тепловых ламп из мощного прожекторного освещения ведущие производители уже не предлагают продажу на рынке лампы мощнее 2000 Вт.

Рабочая температура и количество выделяемого тепла, являющегося основным продуктом тепловых излучателей, велики. В связи с этим галогенные лампы чувствительны к попаданию воды и потенциально пожароопасны. Кроме этого, непосредственно нагревающаяся часть лампы обычно расположена близко к месту подключения питающего напряжения. Это накладывает особые требования на материал, из которого изготавливают патроны и светильники для этих ламп. Характеристики ламп не зависят от температуры окружающей среды.

Типовые схемы включения

Схема включения галогенных ламп сетевого напряжения не отличается от таковой для обычных ламп накаливания. Лампы низкого напряжения питаются от специальных трансформаторов, причем из-за высоких токов (до 8 А на лампу) вместо прокладки единой низковольтной сети обычно используют несколько групп светильников с питающими их отдельными трансформаторами. Галогенные лампы не чувствительны к роду питающего тока (переменному или постоянному).

Регулирование светового потока сетевых ламп осуществляется любыми стандартными светорегуляторами аналогично лампам накаливания. Возможность и способ регулирования низковольтных ламп полностью определяется типом трансформатора.

Cовет. Необходимо отметить, что при снижении мощности галогенной лампы при помощи светорегуляторов нарушается работа галогенного цикла, и это может приводить к снижению срока службы нити накала. Чтобы этого не происходило, рекомендуется периодически включать лампу на полную мощность, обеспечивая таким образом восстановление материала спирали.

Габаритные размеры галогенных ламп

Габариты галогенных ламп низкого напряжения можно смело назвать минимальными для тепловых источников соответствующей мощности. Это достигается за счет максимального приближения стенок колбы к нити накала, требуемого для работы галогенного цикла. Что касается сетевых ламп, их размеры зависят от конструктивного исполнения, и в большинстве случаев длина лампы пропорциональна ее мощности. Габариты ламп, предназначенных для прямой замены ламп накаливания, не превышают размеров аналогов.

Срок службы

Срок службы галогенных ламп определяется моментом разрушения нити накала. Использование галогенного цикла позволяет либо значительно увеличить светоотдачу лампы по сравнению с лампами накаливания при сохранении того же срока службы (1000 ч), либо заметно продлить срок службы (до 4000–5000 ч) при тех же световых параметрах.

Примечание. Как правило, производители выбирают компромиссный вариант: вдвое увеличенная светоотдача при вдвое большем сроке службы.

Стандартным сроком службы сетевых и многих низковольтных галогенных ламп принято считать период в 2000 ч. Этот же параметр у отдельных низковольтных моделей достигает 4000 ч. Механические воздействия на лампы в процессе эксплуатации (в особенности, для линейных ламп с большой длиной спирали), а также частые включения сокращают их срок службы.

За счет использования в галогенных лампах кварцевой колбы ультрафиолетовое излучение нити накала беспрепятственно выходит наружу, и требуются специальные меры по его блокированию. Эта проблема полностью решена у сетевых ламп, кварцевая колба которых помещена в стеклянную оболочку.

Частичная фильтрация ультрафиолета также достигается нанесением на колбу специального фильтрующего покрытия (такие лампы маркируются как UV-Stop, UV-Block и т. п.). В случае, если предпринятые в конструкции лампы меры недостаточны для обеспечения ее ультрафиолетовой безопасности, такая лампа должна устанавливаться только в светильник с защитным стеклом, о чем делается соответствующая пометка в каталоге и на упаковке.

Цветовая температура галогенных ламп, как и реальная температура их нити накала, выше, чем у традиционных ламп накаливания. Она составляет 3000–3200 К.

Cовет. Этот параметр можно изменить за счет использования встроенных или внешних светофильтров, а также подбором толщины интерференционного отражающего слоя в зеркальных лампах.

По этой технологии выпускаются галогенные лампы низкого напряжения с Т_в = 4000 К, а также цветные.

Индекс цветопередачи Ra галогенных ламп, как и у всех тепловых источников света, максимален и равен 100. За счет более высокой температуры накала (по сравнению с обычными лампами накаливания) свет галогенных ламп лучше воспроизводит сине-зеленые цвета.

Эксплуатационные особенности

Эксплуатационные особенности галогенных ламп, помимо уже описанной специфики, затрагивают два дополнительных аспекта.

Во-первых, лампы в одинарных кварцевых колбах не допускают прикосновения к ним голыми руками. Это объясняется способностью кварца кристаллизоваться вокруг инородных частиц, заносимых при таком контакте. Возникновение очагов кристаллизации приводит к нарушению однородной структуры стенки колбы, из-за чего колба трескается или взрывается.

Во-вторых, многие модели сетевых и специальных галогенных ламп не допускают произвольного положения горения и требуют специального размещения в светильнике. Например, линейные лампы имеют максимальный срок службы при горизонтальном положении. Это связано с тем, что громоздкая нить накала несимметрично закреплена внутри колбы, и при ее неправильной ориентации может провисать и выпадать из креплений, что ведет к перегоранию лампы.

На сегодняшний день галогенные лампы остаются единственным сравнительно экономичным и при этом недорогим видом источника света с «теплым» спектром. Этим объясняется их богатый ассортимент, имеющий тенденцию к расширению.

3. Современные галогенные лампы с питанием 220 в

Линейные (софитные) галогенные лампы

Новые световые характеристики, достигнутые у галогенных ламп, позволили разработать для них особый ассортимент, лишь отчасти перекликающийся с выпускаемыми видами ламп накаливания.

Изначально тепловые лампы с добавками галогенных соединений появились в виде линейных (софитных) моделей, нить накала в которых занимала всю длину колбы (рис. 2).

Подобная конструкция особенно удачна для параболоцилиндрических систем концентрации света. Первые модели линейных ламп имели высокую мощность (1000–20000 Вт) и предназначались для прожекторов и светильников наружного освещения. В дальнейшем наметилась тенденция к сдвигу модельного ряда в сторону меньших мощностей, и на сегодняшний день он включает номиналы 60, 100, 150, 250, 300, 500,

750, 1000, 1500 и 2000 Вт. Подавляющее большинство моделей снабжено двумя цоколями типа R7s.

Длина лампы, как правило, растет с увеличением мощности, но однозначного соответствия, тем не менее, нет. Модели небольшой и средней мощности выпускаются в трех типоразмерах, с полной длиной 73, 117,6 и 189,1 мм. При подборе ламп для замены в существующих светильниках важно обратить внимание на то, что лампы мощностью 150 и 200 Вт выпускаются как в первом, так и во втором перечисленном исполнении.

Рис. 2. Внешний вид линейных ГЛН

Несмотря на то, что многие изготовители объявляют о допустимости произвольного рабочего положения ламп этого вида (кроме мощных моделей), наилучшим положением горения для них является горизонтальное, с отклонениями не более ±15°. Это связано с особенностями крепления нити накала внутри колбы.

Линейные лампы повышенной эффективности

Линейные лампы повышенной эффективности, строго говоря, являются лишь разновидностью обычных линейных ламп. Увеличение светоотдачи достигается в них за счет специального внутреннего покрытия колбы, отражающего инфракрасные излучения. Генерируемое нитью накала тепло, таким образом, возвращается обратно на нить и способствует ее дополнительному накаливанию.

Правило. С ростом температуры нити накала светоотдача тепловой лампы увеличивается.

Лампы повышенной эффективности имеют стандартную длину, но их мощность несколько снижена по сравнению со стандартными моделями (225–250 и 375–400 Вт вместо 300 и 500 Вт, соответственно).

Внимание. Использование одинарной колбы из кварцевого стекла создает опасность, связанную с ультрафиолетовым излучением нити накала (линейные лампы предназначены только для закрытых светильников). Кроме этого, данный вид стекла чувствителен к прикосновению голых рук. Необходимые меры безопасности при эксплуатации и обращении с лампами отмечаются в каталогах и на упаковке соответствующими пиктограммами.

Одноцокольные галогенные лампы с резьбовыми цоколями

Двухцокольная конструкция линейных ламп исключает их использование в обычных светильниках для ламп накаливания. Для преодоления этого неудобства разработаны одноцокольные лампы с резьбовыми цоколями в стеклянных колбах с помещенной внутрь линейной галогенной трубкой. Их ассортимент специально разработан для прямой замены ламп накаливания той же мощности. Как и все галогенные лампы, одноцокольные модели допускают включение в схемы со светорегуляторами, однако при этом ухудшаются их светоотдача и срок службы. Из-за сравнительно небольших размеров внутренней трубки лампы не чувствительны к положению горения.

Вместо традиционной для ламп накаливания колбы типа А в лампах этого вида используют колбы различной формы в прозрачном, матовом или молочном исполнении (рис. 3).

Более яркая нить накала подчеркивает эффект искрящегося света при их установке в люстры с гранеными стеклянными и хрустальными элементами. В целом одноцокольные галогенные лампы подходят для установки в светильники рассеянного света, однако неэффективны с зеркальными отражателями. Это объясняется тем, что размеры и положение их нити накала не соответствуют таковым у традиционных ламп накаливания, на которые рассчитаны стандартные отражатели.

Рис. 3. Внешний вид различных ГЛН с резьбовым цоколем

Капсульные галогенные лампы

Так называемые капсульные галогенные лампы получили свое название из-за соответствующей формы колбы (рис. 4).

Рис. 4. Внешний вид капсульных ГЛН

Она представляет собой запаянный с обеих сторон отрезок трубки с односторонним вводом проводов. Внутри колбы находится компактная, обычно сложенная вдвое по сравнению с линейным вариантом спираль.

Внимание. Капсульные лампы разработаны совместно с оптическими системами специальных прожекторов и поэтому, несмотря на по-прежнему прямое включение в сеть, не взаимозаменяемы с обычными лампами накаливания.

Как правило, лампы этого вида имеют байонетный цоколь B15d. В последнее время разработаны миниатюрные капсульные модели со штырьковыми цоколями, аналогичные по конструкции соответствующим низковольтным лампам.

Использование в колбах капсульных ламп специальных сортов стекла и дополнительных фильтрующих покрытий снимает проблему ультрафиолетовой опасности. Кроме этого, на базе галогенных капсул высокого напряжения некоторые производители создают и лампы в двойной колбе с резьбовыми цоколями, наподобие описанных выше.

Зеркальные галогенные лампы

Преимущества высокой яркости спирали для создания направленного света в полной мере реализованы в зеркальных галогенных лампах, представляющих собой линейную или капсульную галогенную лампу, помещенную в колбу с отражателем. Наибольшее распространение получили лампы в прессованных колбах PAR, хотя встречаются и традиционные варианты (колба типа R).

Первоначально для зеркальных галогенных ламп использовали традиционные для ламп накаливания колбы PAR38, PAR56 и PAR64, однако удачность такого сочетания привела к дополнительной разработке колб PAR30, PAR20 и даже PAR16 (рис. 5).

Галогенные лампы этих серий успешно заменяют лампы накаливания в колбах R95, R63 и R50 с соответствующими резьбовыми цоколями, причем минимальный угол излучения составляет уже не 30, а всего 10°. Существуют и другие, несколько менее распространенные модификации прессованных колб галогенных ламп.

Примечание. Важно обратить внимание на тот факт, что колба PAR30 имеет две модификации, различающиеся общей длиной корпуса (90,5 и 119 мм). В зависимости от типа светильника, они могут оказаться не взаимозаменяемыми и при выборе ламп для замены необходимо учитывать размеры конкретных типов. В настоящее время длина 90,5 мм де-факто является стандартом для колбы PAR30.

Тенденция общей миниатюризации галогенных ламп применительно к зеркальным лампам проявилась в создании миниатюрных моделей диаметром 51 мм со штырьково-поворотным цоколем GU10 и GZ10 (рис. 6).

Рис. 5. Внешний вид зеркальных ГЛН с колбами типа PAR

Рис. 6. Внешний вид ГЛН со штырьковоповоротным цоколем GU10

4. Низковольтные галогенные лампы

Для чего нужен переход к низкому напряжению питания

Переход к низкому (до 24 В) напряжению питания позволяет заметно снизить сопротивление нити накала лампы для достижения той же электрической мощности. Длина нити уменьшается, а значит, она в меньшей степени задерживает собственное излучение. За счет этого эффекта лампы накаливания, рассчитанные на низкие напряжения, имеют более высокую светоотдачу, чем стандартные сетевые аналоги.

Сказанное в полной мере относится и к галогенным лампам. Уже в 1990-х годах появились первые образцы так называемых низковольтных моделей, или галогенных ламп низкого напряжения. Аналогично устроенные лампы выпускались и раньше, однако в основном предназначались для кинопроекции и других специальных применений.

Стандартным низким напряжением для питания галогенных ламп является значение 12 В переменного тока, несколько реже используется постоянный ток и/или номиналы 6 и 24 В. Для получения таких напряжений в обязательном порядке используют специальные трансформаторы (на сленге называемые «галогенными»).

Низковольтные капсульные лампы

Капсульные лампы по размерам не больше обычных ламп для карманных фонарей, но имеют мощность от 5 до 100 Вт. По конструкции они аналогичны капсульным лампам сетевого напряжения, но обычно имеют прямую, а не сложенную вдвое, спираль накала. Лампы этого вида оборудуются штырьковыми цоколями G4 и Gy6.35 (рис. 7).

Рис. 7. Внешний вид капсульных ГЛН: а — с осевым расположением нити накаливания; б — с горизонтальным расположением нити накаливания

Из-за небольшого светового потока основное предназначение ламп мощностью 5 и 10 Вт — декоративное освещение. Они идеально подходят для создания ярких световых точек, например, с целью имитации звездного неба. Наравне с этим, более мощные лампы могут использоваться и в светильниках общего освещения.

Кроме этого, их компактные размеры и высокая яркость спирали позволили создать небольшие прожектора для внутреннего освещения (на профессиональном сленге называемые «слотами» — источниками световых пятен, от слова spotlights.

Мини-прожектор для капсульной лампы традиционно содержит зеркальный отражатель с помещенным в его центр штырьковым патроном. В зависимости от свойств отражателя, для него могут требоваться лампы с осевым либо горизонтальным (рис. 7) расположением спирали.

Внимание. Неправильная замена лампы может заметно нарушить светораспределение такого прожектора.

Технология нанесения на внутреннюю сторону колбы отражающего инфракрасное излучение покрытия, успешно примененная в экономичных моделях линейных ламп сетевого напряжения, применяется и к низковольтным капсульным моделям. Такие лампы имеют повышенную (до 25 лм/Вт) светоотдачу.

Кварцевое стекло, из которого изготовлена колба капсульных ламп, может определять дополнительные требования к обращению с ними и к защите от ультрафиолета. В этом случае в каталоге и на упаковке лампы приводится соответствующая маркировка.

Любая система, включающая отдельные источник света и зеркальный отражатель, требует тщательной фокусировки лампы (помещения ее в точку фокуса отражателя) после ее установки. В противном случае нарушаются угол излучения и светораспределение всей системы.

Вместе с тем, подобная операция достаточно сложна для рядового пользователя, а попытка снабжать лампы фокусирующими цоколями неизбежно подняла бы их стоимость. Решить эту проблему удалось путем разработки зеркальных галогенных ламп, представляющих собой уже собранные на заводе-изготовителе комплекты «лампа-отражатель».

Низковольтные лампы с интерференционными отражателями

Одним из вариантов зеркальных ламп являются лампы с интерференционными отражателями, представляющие собой капсулы низкого

напряжения, помещенные внутрь стеклянных параболических корпусов (рис. 8).

Рис. 8. Внешний вид ГЛН с интерференционными отражателями

Их название происходит от явления интерференции, за счет которого нанесенная на стекло тонкая металлическая пленка отражает лишь излучения определенных длин волн. Толщина пленки подобрана таким образом, чтобы инфракрасное (тепловое) излучение нити накала беспрепятственно проходило сквозь нее наружу, а видимый свет отражался в направлении оси лампы.

Иногда лампы этого типа некорректно называют «дихроичными» (от английского названия dichroic lamps). Сквозь отражатель проходит и некоторое количество видимого света, который приобретает цветные оттенки и выгодно используется в функционально-декоративных светильниках.

Отражатель зеркальных галогенных ламп может быть открыт либо иметь защитное переднее стекло. По международной классификации колба такого типа относится к типу R, однако, традиционно ее обозначают буквами MR (mirror reflector). Эта колба выпускается в двух вариантах, с диаметром отражателя 51 и 35 мм (типы MR16 и MR1I) и типами цоколя GU5.3/GU4, соответственно.

Благодаря тому, что интерференционный отражатель концентрирует лишь свет, но не тепло, излучаемое лампой, модели этой разновидности называют также лампами холодного света. Этот термин, однако, не означает, что лампа совсем не излучает тепла. Тепловое излучение нити накала, по-прежнему составляющее более 90 % мощности лампы, более или менее равномерно рассеивается по всем направлениям вокруг нее.

Светильник и ламповый патрон при этом испытывают повышенную тепловую нагрузку, поэтому возможность применения таких ламп должна оговариваться особо. В каталогах лампы холодного света маркируются специальными символами.

Зеркальная лампа, в отличие от светильника с отражателем, является неразборной конструкцией. Пользователь не способен изменить ее угол излучения, поэтому выпускается большой ассортимент моделей с определенными светораспределениями. Условно все они могут быть разделены на три основные группы:

лампы с узкими (12°) световыми пучками;

лампы со средними (124°) световыми пучками;

лампы с широкими (36–60°) световыми пучками.

Наряду с прямым указанием угла излучения в градусах, в светотехнической практике приняты его более простые, буквенные обозначения:

b>NSP или SSP (narrow spot или super spot — сверхузкий) — менее 8°;

b>SP (spot — узкий) — 12°;

b>FL (flood — средний) — 24–30°;

b>WFL (wideflood — широкий) — 36–38°;

b>VWFL (very wideflood — очень широкий) — 60° и более.

Слово flood указывает на применимость данного светораспределения для заливающего освещения. Лампы со всеми вариантами светораспределения выпускаются мощностью 20, 35, 50 и (реже) 100 Вт.

Правило. Чем уже световой пучок лампы одной и той же мощности, тем выше ее осевая сила света, так как световой поток остается постоянным.

Исходя из этого, узкое светораспределение наиболее подходит для создания небольших ярких пятен света либо подсвета объектов с больших расстояний. Среднее светораспределение пригодно для создания сравнительно крупных световых акцентов, а широкое светораспределение — для общего верхнего освещения.

Переднее стекло ламп с шириной пучка 60° покрыто специальными стеклянными наплывами, за счет чего эти лампы дают практически рассеянный свет без четких границ светового пятна.

Возможность управления световыми свойствами лампы путем изменения толщины интерференционного покрытия (при этом меняется набор отражаемых длин волн) используется в модификациях с повышенной до 4000 К цветовой температурой и цветных моделях. Окрашенный свет может достигаться и за счет использования в лампах передних стекол с фильтрующими свойствами. Как правило, использование двойной колбы и специальных покрытий исключает ультрафиолет из спектра зеркальных ламп. Однако некоторые модели, в первую очередь, без защитного стекла, могут все же давать вредные коротковолновые излучения.

Примечание. Кроме того, эти же модели не защищены от случайного прикосновения рук к внутренней кварцевой капсуле. Для предупреждения о необходимых мерах предосторожности, как и во всех ранее описанных случаях, используется специальная маркировка.

Низковольтные зеркальные лампы с алюминиевыми отражателями

Ненаправленное тепловое излучение ламп холодного света является преимуществом при освещении чувствительных к нагреву материалов и недостатком с точки зрения тяжелого теплового режима светильников. Некоторые типы подвесных потолков не допускают использования этих ламп из-за возможного перегрева запотолочного пространства. Для подобных применений выпускаются зеркальные лампы с алюминиевыми отражателями нескольких разновидностей.

Первая разновидность ламп представляет собой модельный ряд в стандартных колбах MR11/MR16, стеклянные отражатели которых покрыты слоем алюминия вместо интерференционной пленки. Ряд мощностей, группы светораспределения и внешний вид этих ламп не отличаются от ранее описанных моделей с интерференционными отражателями.

Их важным отличием является лишь концентрация тепла вместе со световым пучком, что не позволяет использовать данные лампы для освещения с небольших расстояний чувствительных к нагреву материалов. Видимый свет не проходит сквозь алюминиевый отражатель, поэтому задняя часть этих ламп выглядит абсолютно темной.

Наилучшее применение для них — так называемые «точечные» светильники общего освещения, встроенные в подвесной потолок, иногда неофициально называемые даун-лайтами (от английского термина downlight «светящие вниз»).

Рис. 9. Внешний вид ГЛН серии 111

К лампам второй разновидности относится разработанная в конце 1990-х годов так называемая серия 111. Входящие в нее модели состоят из галогенной капсулы, установленной в открытом металлическом отражателе диаметром 111 мм (рис. 9).

Конструкция такой лампы аналогична устройству некоторых автомобильных фар, прямой свет лампы в которых устраняется затеняющей металлической крышкой.

Зеркальные лампы диаметром 111 мм выпускаются мощностью 35, 50, 75 и 100 Вт и предназначены для установки в основном в открытые светильники, ведь их ультрафиолетовое излучение незначительно.

Подчеркнуто функциональный и вместе с тем эстетичный внешний вид является преимуществом для их использования в стилизованных под «высокие технологии» (hi-tech) декоративно-функциональных светильниках. Для улучшения внешнего вида и лучшего сочетания с хромированными элементами светильников корпус этих ламп имеет полированную блестящую окантовку.

Третья, менее распространенная группа ламп с алюминиевыми отражателями, состоит из моделей с цоколем BISd (ВA 15d). Модели этой группы выпускаются лишь некоторыми изготовителями и не стандартизованы. Их применение возможно в специально рассчитанных на конкретный тип лампы светильниках.

В завершение данного раздела стоит напомнить о том, что здесь были рассмотрены лишь наиболее распространенные и выпускаемые многими фирмами виды галогенных ламп. Помимо них, существует огромный ассортимент моделей, специфичных по отношению к производителям, а также предназначенных для специального использования (например, для кинофотоаппаратуры, оптических приборов, установок инфракрасного обогрева и т. д.).

5. Трансформаторы и электроника для галогенных ламп

Особености включения низковольтных галогенных ламп

Внимание. Галогенные лампы низкого напряжения (6/12 В) должны включаться только в схемы с соответствующими трансформаторами. Последовательное включение и другие варианты не допускаются!!!

Традиционные (электромагнитные) трансформаторы предельно просты в устройстве и конструкции. Они ничем не отличаются от принятых в радиоэлектронной практике аналогов. Трансформаторы могут быть как Ш-образные, так и тороидальные.

Рис. 10. Внешний вид Ш-образного трансформатора

Из-за больших рабочих токов ламп сечение провода вторичной обмотки достигает 4 мм2. В корпусе обычно предусмотрены и предохранители различных типов, о чем пользователя информирует соответствующая маркировка.

В отличие от пускорегулирующих аппаратов, типы которых должны строго соответствовать типам подключаемых ламп, принцип подключения галогенных ламп намного проще.

Рис. 11. Внешний вид тороидального трансформатора

Правило. Обязательное условие состоит лишь в том, чтобы суммарная мощность всех ламп не превышала номинальноймощноститрансформатора. Например, к трансформатору мощностью 60 Вт можно подключить 12 ламп по 5 Вт, 6 ламп по 10 Вт, 3 лампы по 20 Вт или по одной лампе 35 или 50 Вт.

Примечание. Традиционные трансформаторы могут подключаться к сети через светорегуляторы для стандартных ламп накаливания. Исключение составляют варианты схем, в которых осуществляется выпрямление тока, так как для них первичная обмотка трансформатора фактически представляет собой короткое замыкание.

Преимущества электронных трансформаторов

Существенным недостатком электромагнитных трансформаторов является их большая масса, которая примерно пропорциональна их мощности. Например, трансформатор мощностью 300 Вт может весить до 10 кг! При большом количестве галогенных ламп общий вес такого оборудования может превысить все разумные пределы.

Проблема больших размеров и веса решена в так называемых электронных трансформаторах. которые по более строгой классификации являются электронными блоками питания. Эти устройства содержат преобразователь, увеличивающий частоту питающего напряжения до 30000–10000 Гц, за счет чего размер трансформатора как такового может быть существенно уменьшен.

Важно заметить, что сечение провода вторичной обмотки и в этом случае должно быть велико. Преобразователь и соответствующий ему малогабаритный трансформатор (диаметром не более 20 мм) помещаются в общий, обычно пластмассовый, корпус (рис. 12, рис. 13).

Масса электронных трансформаторов невелика, а их размер незначительно увеличивается с увеличением мощности. Кроме этого, они выделяют намного меньше тепла и не издают звука при работе. Благодаря этим особенностям, они являются единственно целесообразным вариантом для включения ламп общей мощностью 100 Вт и более. В настоящее время разработаны модели мощностью до 1500 Вт.

Один из вариантов электронного трансформатора, реализованного на специализированной микросхеме IR2161, показан на рис. 14 (без пластикового корпуса). Принципиальная электрическая схема этого устройства показана на рис. 15. Номиналы и тип используемых элементов приведены в табл. 1.

Рис. 12. Внешний вид электронного трансформатора прямоугольной формы для питания ГЛН

Рис. 13. Внешний вид электронного трансформатора округлой формы для питания ГЛН

Рис. 14. Внешний вид электронного трансформатора на IR2161

Рис. 15. Принципиальная схема электронного трансформатора на ИМС IR2161

Таблица 1 Номиналы и типы используемых в схеме (рис. 15) элементов

Расчет электронного трансформатора под различные мощности

Примечание. Расчитать электронный трансформатор под различные мощности можно с помощью уже известной нам программы автоматического проектирования Ballast Designer.

В некоторых случаях, когда электронный трансформатор удален (более 1 м) от ГЛН, а мощность лампы (или группы ламп) значительна, могут возникнуть радиопомехи, затрудняющие прием телерадиоканалам или мешающие ИК и радио пультам управления. В этой ситуации применяют электронные трансформаторы (блоки питания ГЛН) с выпрямленным и сглаженным напряжением (постоянное напряжение с малыми пульсациями).

Такие блоки питания можно реализовать, например, на известной микросхеме VIPER100-E фирмы STMicroelectronics.

Примечание. Автоматически спроектировать блок питания можно с помощью специальной программы VIPer Design Software v2.24.

На данный момент широко используются для подобных блоков питания микросхемы фирмы Power Integrations, Incсерии TOPSwitch и TOPSwitch®-GX: TOP227y. TOP250y, TOP246R, TOP249y.

Блок питания на микросхеме TDA4605

На рис. 16 показана схема БП, реализованная на доступной микросхеме TDA4605. Данная микросхема имеет отечественные аналоги К1033ЕУ5, КР1087ЕУ1.

Трансформатор Т1 намотан на сердечнике Ш16´20 из феррита 2500НМС1. Величина немагнитного зазора 0,12 мм (с учетом двойного зазора, т. е. две прокладки по 0,12 мм). Число витков первичной обмотки W1= 64, диаметр провода 0,25 мм. Число витков вторичной обмотки W2 =3, диаметр провода (пучек из пяти жил 0,6 мм). Число витков обмотки обратной связи W3 =3, диаметр провода 0,25 мм.

Примечание. Большинство электронныхтрансформаторов имеют ограничения не только на максимальную, но и на минимальную суммарную мощность подключенных ламп. Это связано с особенностями работы внутренних преобразователей. Диапазон допустимых мощностей указывается в каталоге и на корпусе устройства, например, 35–105 Вт. Данное ограничение, тем не менее, не означает опасности выхода трансформатора из строя при отсутствии нагрузки (например, при перегорании всех ламп). Из него следует лишь то, что нормальная работа ламп мощностью менее допустимой не гарантируется.

Для удобства подключения ламп электронные трансформаторы обычно имеют несколько пар выходных зажимов.

Рис. 16. Принципиальная схема на БП для ГЛН на TDA4605

Регулирование мощности ламп, в зависимости от конкретной схемной реализации, осуществляется одним из двух способов:

включением трансформатора с традиционным светорегулятором;

путем подачи на его отдельный управляющий вход специального сигнала (как в случае с регулируемыми электронными балластами).

Данная возможность может и не предусматриваться совсем. При подключении электронного трансформатора к светорегулятору традиционной конструкции важно убедиться, что последний допускает работу с нагрузками емкостного характера. Подобные сведения содержатся в документации на светорегулятор.

Примечание. Следует отметить, что вторичное напряжение на их обмотках намеренно несколько снижено по сравнению с номинальным, и обычно составляет 11,2–11,6 В. Такой прием несколько снижает световой поток и светоотдачу ламп, однако продлевает их срок службы.

6. Продление срока службы и регулировка яркости свечения

А для продления срока службы высоковольтных ГЛН, питающихся непосредственно от сети 220 В, поможет простое устройство на специализированной микросхеме фазового регулятора К1182ПМ1Р (КР1182ПМ1).

Дело в том, что в холодном состоянии сопротивление спирали лампы в 10 раз меньше, чем в разогретом. Поэтому пусковой ток ГЛН мощностью, например, 100 Вт может достигать 7 А. После разогрева спирали, который происходит за несколько полупериодов сетевого напряжения, ток уменьшается до рабочего.

Примечание. Именно этот момент пуска является порой губительным для лампочки. Со временем спираль лампы изнашивается, утончается, приобретает неоднородности в своей структуре. Спираль становится более чувствительной к подобным перегрузкам при включении, соответственно, увеличивается вероятность ее перегорания.

совет.

Облегчить условия пуска холодной спирали ГЛН и тем самым снизить вероятность ее перегорания можно. Для этого надо подавать напряжение питания на лампу не с полной, а с постепенно увеличивающейся амплитудой.

В результате к моменту подачи полной амплитуды спираль лампы успеет полностью разогреться и перейти в нормальный режим работы.

Микросхема фазового регулятора К1182ПМ1Р (КР1182ПМ1) предназначена для плавного включения/выключения ламп накаливания или для регулировки яркости их свечения. Максимальная рабочая мощность — 150 Вт. Значительно увеличить мощность подключаемой нагрузки можно, применив внешний симистор. ИМС выполнена в стандартном корпусе DIP 16.

Внешний вид устройства показан на рис. 17.

ИМС К1182ПМ1Р (рис. 18, рис. 19) позволяет путем постепенного увеличения фазового угла включения увеличивать подаваемое на лампу напряжение. При этом спираль успевает разогреться до максимальной температуры к моменту подачи полного напряжения. В результате снижается вероятность выхода спирали лампы из строя.

Рис. 17. Внешний вид устройства плавного зажигания ГЛН

Выводы 3 и 6 ИМС DA1 предназначены для подключения цепи управления (С3=100 мкФ 16 В, R1=3,1 кОм, SW1) фазовым регулятором. С1 = С2 =

= 1 мкФ 10 В. Время плавного включения лампы зависит от емкости конденсатора С3, а время плавного выключения — от сопротивления резистора R1. Номиналы этих элементов можно выбрать самостоятельно. С номиналами, приведенными на схеме, время включения и выключения составляет примерно 1 с.

Рис. 18. Типовая схема включения

Рис. 19. Принципиальные схемы устройств регулировки яркости

Галогенные лампы: принцип действия, классификация и ключевые преимущества

Галогенные лампы— это отличная альтернатива светодиодным и люминесцентным светильникам. Такие источники освещения сохраняют принцип экономного потребления электрической энергии, излучая при этом сбалансированный поток света и не требуя соблюдения правил утилизации. У ламп данного типа существует огромное количество преимуществ, делающих их эксплуатацию чрезвычайно выгодной. Однако есть и недостатки.

Конструктивно галогенные лампы представляют собой традиционные лампы накаливания, в которых используется нить из вольфрама особой марки. Главным же отличием является заполнение колбы смесью кислорода и инертного газа с галогеносодержащими компонентами (как правило, это соединения йода и брома). Работа этих источников освещения базируется на испарении вольфрама с нити накаливания, который галогены переносят обратно на спираль. Там под воздействием температуры соединения распадаются, выделяя свет. Это обеспечивает таким лампам ключевые преимущества: во-первых, стенки колбы не темнеют, поскольку вольфрам возвращается на спираль, а во-вторых, происходит регенерация нити, что увеличивает эксплуатационный ресурс.

Преимущества и недостатки галогенных ламп

Конструктивные особенности галогенных ламп и специфика применяемых материалов обеспечивают изделиям ряд ключевых достоинств и недостатков, которые следует рассмотреть с точки зрения критериев эксплуатации.

К преимуществам относятся:

1. Экономичность. Благодаря высокому давлению, хорошим рабочим характеристикам вольфрама и удержанию основной части тепла в колбе светоотдача галогенных ламп обеспечивается в пределах от 15 до 22 лм/Вт (при 12 лм/Вт у обычных ламп накаливания). При одинаковой мощности энергопотребление у таких источников снижено в два раза.
2. Срок службы. За счет частичного восстановления спирали, эксплуатационный ресурс галогенных ламп составляет от 2 до 5 тысяч часов.
3. Качество излучаемого света. Светильники, работающие на основе галогена, генерируют излучение, максимально близкое по спектральному составу к дневному. По данному параметру они обходят даже люминесцентные и светодиодные лампы. Даже при сильном нагревании у «галогенок» цветопередача сохраняется в диапазоне Ra 99–100.
4. Размеры. Возможность создания энергоэффективных, но при этом компактных источников освещения, сыграла значительную роль в высокой популярности галогенных ламп. Лаконичность размеров позволяет им соответствовать любым требованиям современного дизайна интерьеров, когда свет устанавливается при устройстве натяжных и подвесных потолков, а также других конструкций. Кроме того, за счет компактности их можно использовать даже в автомобилях.

Кроме того, галогенные лампы совместимы с диммитирующими приборами (регулирующими освещенность) и отличаются высокой безопасностью работы в различных условиях, включая избыточную влажность.

Недостатков у галогенных ламп мало, но они все же имеются. Минусы, в первую очередь, связаны с высокой температурой нагрева колбы, что создает риски возгорания или оплавления. Кроме того, малейшее загрязнение поверхности может вывести элемент из строя.

Виды галогенных ламп

Сегодня галогенные лампы представлены широким разнообразием моделей и конструкций. Так, различают линейные источники, изделия с внешней колбой и источники направленного света. Кроме того, встречаются капсульные варианты — миниатюрные светильники, специально предназначенные для низковольтных сетей. Такая вариативность конструктивных и технических исполнений обеспечивает галогенным лампам достаточно широкую сферу применения.

Их преимущества удовлетворяют запросам как при организации обычного освещения, так и для решения сложных дизайнерских задач с наличием регулирующей электроники и цепей управления. При этом сохраняется экономичность, долговечность и безопасность галогенных ламп.

Галогенные лампы, их характеристики и принцип работы . Электропара

В нашей статье мы максимально подробно объясним Вам, в чём заключается принцип работы галогенных ламп. По своим характеристикам, структуре и принципу — галогенные лампы весьма схожи с классическими лампами накаливания, однако есть одно разительное отличие. Наполняющий их газ, включает в свой состав разнообразные добавки йода, хлора, брома (галогены).

Отметим, что благодаря использованию подобных добавок, можно свести на нет эффект «потемнения» колбы о некоторых температурных режимах. На сегодняшний день, благодаря ряду своих положительных характеристик, галогенные лампы широко применяются в самых разнообразных отраслях.

В подобных лампах, объём колбы может иметь достаточно небольшие размеры. В таких случаях, можно прибегнуть к использованию в качестве газов-наполнителей, элитных газов, таких как ксенон или же увеличить уровень давления стандартного газа-наполнителя. Переходим непосредственно к принципу работы галогенных ламп.

Принцип действия таких ламп состоит в том, что на стенках колбы создаются специальные соединения. В последствие, на теле накала все они разлагаются, а испарившиеся атомы вольфрама занимают их место. Таким образом, осуществляется вольфрамо-галогенное соединение. В настоящее время, в лампах данного типа всё чаще используются такие химические соединения, как бромистый метилен и метил.

Всё это потому, что йод, вступал в достаточно агрессивные реакции с металлическими элементами галогенных ламп, однако альтернативные ему галогены, были не способны заменить его в чистом виде, поскольку являлись ещё более агрессивными.

Что касается качественных характеристик, то галогенные лампы, в сравнении с классическими, обладают более длительным сроком службы, выдают оптимальный световой поток и потребляют гораздо меньше энергии. Кварцевая колба, обеспечивает им стойкость к механическим повреждениям и перепадам температур. Благодаря своим размерам, галогенные лампы являются более комфортными и удобными в использовании.

На сегодняшний день, технологии постоянно развиваются, поэтому рынок галогенных ламп постоянно пополняется новыми разработками. Одной из таких новинок, принято считать галогенные лампы, ламповая колба которых покрыта специальным покрытием, отражающим инфракрасное излучение. Лампы подобного типа отличаются своей необыкновенной светоотдачей.

Принцип действия таких ламп следующий: покрытие отражает на спираль невидимое ИК-излучение, одновременно пропуская видимый свет. Ввиду таких манипуляций, спираль значительно нагревается, что даёт возможность снизить уровень подачи тока. Таким образом, принцип действия подобных галогенных ламп, обеспечивает значительную экономию средств.

Область применения галогенных ламп, зависит от конкретного вида используемого образца. Они одинаково хорошо могут применяться как для освещения и подчёркивания определённых частей интерьера, так и для наружного освещения витрин магазинов, ресторанов и торговых центров. В настоящее время, галогенные лампы нашли себе применение во множестве различных областей.

Галогенная лампа

С изобретением галогеновой лампы производители светотехники и осветительных приборов наконец-то получили по-настоящему мощный и эффективный источник света. На смену тусклой, словно свеча, традиционной лампочке с вольфраммолибденовой нитью накаливания пришли галогеновые лампы, обеспечивающие высокую светоотдачу и насыщенность светового потока. При этом внешний вид источника света, на первый взгляд, практически и не изменился.

Что такое галогеновая лампа

Конструкция галогенового светильника лампы во многом похожа на обычную лампочку накаливания. Стеклянная колба устройства обладает идеальной прозрачностью стенок, поэтому вполне возможно попытаться разглядеть и разобраться, как работает галогенная лампа и что это такое. По сути, в галогеновом светильнике используется принцип пропускания тока через раскаленную спираль, как в лампе накаливания, но работает такая лампа на несколько ином принципе генерации видимого света.

Устройство

Все галогеновые лампочки, за исключением промышленных и специальных моделей, состоят из одних и тех же компонентов, которые могут отличаться по форме и размерам, но все равно присутствуют в лампе любой схемы:

• Мощная спираль накаливания из вольфрама или вольфрам-рениевого сплава. Нить значительно толще, чем у обычных лампочек, и крепится она на массивных игольчатых штифтах;
• Цокольная группа с контактами, большая часть моделей бытовых галогенных ламп изготавливаются со стандартными цоколями, позволяющими установить лампочку в патрон домашнего светильника или люстры. Специальные светильники могут комплектоваться не цоколем, а лишь группой контактов;
• Наружная стеклянная колба из кварца оптического качества.

Для стабильной работы галогенового светильника потребуется также устройство для запуска галогеновой лампы — диммер или трансформатор.

К сведению! Требования к качеству и отсутствию дефектов стеклянного корпуса галогеновых светильников намного жестче, чем для старых лампочек накаливания, светодиодных или люминесцентных ламп.

Плотность светового потока настолько высока, что любое пятнышко, пыль или дефект неизбежно приводят к прогоранию и разрушению стеклянной колбы, внутри которой под давлением закачана смесь инертных газов и галогенов. До появления светодиодных сборок большинство автомобилистов перед установкой галогеновых ламп в гнезда фар тщательно вымывали колбу смесью чистого спирта и ацетона.

Принцип работы

Галогенка, несмотря на наличие спирали накаливания и газонаполненной колбы, лишь внешне похожа на обычную лампу накаливания, принцип ее работы в значительной степени отличается от старой классической лампочки. Обычная лампа излучает свет благодаря свечению раскаленной поверхности тонкой вольфрамовой спиральки.

Галогенная лампа накаливания также излучает свет благодаря ионам вольфрама, но сам процесс организован по-другому:

• Поток света в галогеновой лампе формируется за счет тонкого раскаленного газового облака, окутывающего вольфрамовую спираль. Атмосфера тончайшей газовой пленки состоит из паров йодида вольфрама, окруженных смесью ксенона с азотом;
• Как только на контакты галогеновой лампы подается рабочее напряжение, часть поверхности атомов вольфрама испаряется и вступает в реакцию с йодом. Именно это металл-галогеновое облако, вступая во взаимодействие с ксеноном, излучает основное количество света;
• Пары йода фактически удерживают молекулы вольфрама над раскаленной спиралью, не давая ей испариться и выпасть в виде пленки на внутренней поверхности кварцевой колбы.

В галогенке свет генерируется не тонкой спиралькой из вольфрама, а окружающим ее газовым облачком, состоящим из раскаленных галогенов, металлических паров и ксенона. Что это дает? Разница в светоотдаче обычной лампочки накаливания и бытовой галогенки огромная, но из-за особенностей устройства человеческого глаза кажется, что отличие не такое и большое.

Оценить, насколько отличается свет галогенок и обычных лампочек, проще всего в ночное время. Достаточно случайно, на доли секунды, поймать взглядом яркий свет автомобильных фар с галогеновыми вставками, чтобы ослепнуть на несколько минут. Тогда как на обычную лампу, пусть и с дискомфортом, но смотреть еще можно.

Срок службы

Большинство бытовых галогенок рассчитано на стандартный срок службы: 2000 часов для качественных лампочек, для фирменных ламп – 2500 ч, китайские подделки известных брендов служат по-разному — от 500 до 1500 часов. Что удивительно, «китайцы» выходят из строя в основном из-за мелких дефектов, например, из-за распайки контактов или деформации цоколя вследствие перегрева корпуса.

Подобные мелочи легко устраняются своими руками, поэтому при аккуратном обращении с цоколем даже китайская галогенка может отработать до 1500 часов.

Продлить срок службы можно с помощью специальных пусковых устройств. Это может быть специальный трансформатор для галогенных ламп, управляемые диммеры и барретеры, ограничивающие заброс тока при включении лампы. Это позволяет избежать растрескивания вольфрамовой нити из-за неравномерного прогрева в первые секунды. Время включения галогеновой лампы возрастает до 3 секунд, но зато таким способом удается увеличить срок службы до 10-15 тыс. часов, что сопоставимо с ресурсом светодиодных источников света.

Плюсы и минусы

В рейтинге популярности галогеновые лампочки занимают третью ступеньку в списке наиболее популярных источников света. Лампы считаются достаточно яркими и горячими, с температурой 2700-2900^оК. Что особенно ценно, спектр галогенки хоть и смещен к более холодному участку в сравнении с лампочкой классической конструкции, но при этом больше похож на солнечный свет, старые «спиральки», ЛДС или новомодные светодиодные сборки.

Светоотдача у галогенок выше, чем у обычных лампочек, на 50-70%, а срок службы в два раза больше.

Недостатков у галогенок всего два:

• Высокая чувствительность к перепадам напряжения и быстрому старту;
• Большое потребление энергии и интенсивное тепловыделение.

Соответственно, светильники приходится оборудовать системой продува корпуса и отвода тепла, а на подключении устанавливать защитные блоки.

Типы галогеновых ламп для дома

Огромные возможности источников света на основе переизлучающей пары галоген-ксенон были использованы в изготовлении достаточно большого моделей ламп и светильников. Всех их условно делят на несколько групп:

• Мощные прожекторные лампы, чаще всего изготавливаемые в линейном форм-факторе и рассчитанные на подключение к однофазной сети 220В;
• Бытовые галогеновые лампочки с винтовой цокольной группой, рассчитанные на бытовую электрическую сеть;
• Точечные светильники с пониженным напряжением питания и потреблением электроэнергии, используемые в оформлении интерьера жилых комнат, кухни и ванного помещения.

Галогенки прекрасно работают как на переменном, так и на постоянном токе, но остаются крайне чувствительными к напряжению в электросети и к соблюдению правил установки галогеновой лампы.

Важно! Все типы галогеновых ламп выпускаются с индивидуальным расположением контактов на цоколе. Таким образом, удается не перепутать и не установить низковольтные лампочки в промышленную сеть.

Линейные схемы

Один из наиболее мощных источников света изготавливается в линейном форм-факторе. Благодаря вытянутому стеклянному корпусу линейная галогенная лампа прекрасно адаптирована к жестким условиям работы в условиях закрытого корпуса прожектора. Внутри кварцевой трубки находится массивная вольфрамовая спираль на молибденовых держателях.

Потребление электроэнергии составляет от 60 Вт до 2 кВт, длина от 78 мм до 333 мм. Самые большие галогенки с линейной формой корпуса рассчитаны на получение гигантских световых потоков. Цоколь лампы выполнен по безопасной схеме R7-S, то есть контакты расположены с противоположных концов корпуса.

Благодаря высокой плотности светового потока мощные линейные галогенки находят применение в самом неожиданном качестве:

• Бесконтактные источники энергии в сушилках для фруктов и овощей;
• Сушилки-стерилизаторы помещений для птицы и животных. Часть энергии выделяется в ультрафиолетовом диапазоне, поэтому мощные галогенки прекрасно высушивают и одновременно стерилизуют поверхность;
• Охранные и осветительные системы для стоянок, паркингов и участков частных домовладений;
• Системы окраски и сушки автомобильных кузовов, обвесов и деталей машин.

По условиям эксплуатации лампа должна располагаться горизонтально, но на практике галогеновые светильники марки КГ неплохо работают в любом положении, если, конечно, их не бросать на пол.

Галогеновые лампы с внешней колбой

Светильники с наружной кварцевой колбой по внешнему виду напоминают обычную лампу накаливания – «грушу». Отличить галогеновую лампочку от обычной можно по увеличенному внутреннему держателю из кварца.

Лампа рассчитана на сетевое напряжение 230 В и может устанавливаться практически в любой осветительный прибор с керамическим патроном и медными контактами модели Е27 или Е14. Одна лампа с рассеивающей колбой способна освещать комнату до 30 м², если нет дополнительных плафонов и используется стабилизированное питающее напряжение.

Галогеновые лампы с отражателем

В данном типе галогеновых ламп используются наружные встроенные отражатели с алюминиевым покрытием, обычно зеркального или полупрозрачного типа. Благодаря интерференционному покрытию большая часть тепла отводится с тыльной стороны корпуса.

Форма лампочки напоминает гриб, поэтому в быту такие галогеновые лампы иногда называют грибками. На сегодня это наиболее массовый тип бытовых галогеновых светильников. В маркировке лампочки всегда имеется численное обозначение, это определяющий диаметр цоколя, например, в М16 цоколь 16 мм, диаметр колбы 50 мм, мощность 50 Вт.

Капсульные конструкции

Такие галогенки чаще всего называют «пальчиковыми» за размеры и форму термостойкого стеклянного корпуса. Вольфрамовая нить внутри колбочки диаметром 5-10 мм фиксируется с помощью зажима особой формы, что позволяет галогеновой лампе работать практически в любом положении, хотя производители выпускают галогенки с продольной и поперечной ориентацией нити накала.

Контактная группа капсульной галогеновой лампочки оформляется в виде двух штырьков. Большинство моделей галогенок оборудованы цоколем G9 с межосевым расстоянием в 9 мм, но есть и цоколи G11-G15.

Данный тип галогеновых ламп используется только в качестве подсветки в линиях освещения, светильниках точечного типа, гирляндах. Мощность галогенки колеблется от 20 до 60 Вт.

Низковольтные системы

Высокоамперные или низковольтные галогенки используются в первую очередь в автомобильной технике и переносных фонарях. Такие конструкции могут оборудоваться двумя нитями в одном корпусе, а цоколь галогеновой лампочки всегда изготавливается с массивным металлическим основанием, через которое отводится большая часть тепла.

Блок защиты для галогенных ламп

В момент старта или включения галогенки происходит наиболее сильный износ нити накаливания. Внутренние слои спирали галогеновой лампочки быстро разогреваются и расширяются, а наружные остаются более холодными, покрываются трещинами и подвергаются эрозии под действием паров йода.

Для плавного старта используются специальные блоки защиты или диммеры. Встроенные резисторы с переменным сопротивлением задерживают нарастание тока на 2-3 с, что обеспечивает увеличение ресурса галогенового светильника.

Трансформатор для галогенных ламп

Низковольтные лампы всегда включают через специальные блоки или защитные трансформаторы. Электронное устройство помогает «раскачать» или запустить галогенку, защитить лампу от короткого замыкания и перегрева.

Наиболее простые трансформаторы могут преобразовывать напряжение с сетевого уровня до 12 В, более сложные могут иметь встроенные программаторы или подключать одновременно 6-10 галогеновых ламп.

Заключение

Технология изготовления галогеновых лампочек за более чем сорокалетнюю историю была отработана и отшлифована почти до идеального состояния. Ушли в прошлое случаи взрыва колбы и перегорания нитей накаливания галогенок в момент старта. Несмотря на засилье светодиодных светильников, галогеновые лампы остаются все такими же популярными у профессионалов и знатоков осветительных приборов, как и двадцать лет назад.

Галогеновые лампы для дома — что это такое

Сегодня большую популярность получили галогенные лампы — их часто устанавливают в качестве дополнительных светильников или самостоятельного освещения в квартирах и домах. Разберем, так ли хороши галогеновые лампы для дома, в чем их основное преимущество и как правильно их использовать.

Введение

По сути, галогенная лампа представляет собой немного усовершенствованную классическую лампу накаливания. Они отличаются от обычных лампочек ярким светом, стабильностью (отсутствует эффект мерцания), широким спектром и цветом. Цвет свету придается химическим путем за счет использования различных газов в колбе.

Название галогеновые лампы получили за то, что в колбах у них не вакуум, как в обычных, а галогеновые газы с парами йода, хлора, брома, фтора и пр. Подобная технология позволила значительно продлить срок службы галогеновых ламп – нормой для них считается 3-5 тысяч часов работы, тогда как у классики – до 1 тысячи часов. Благодаря газу, с поверхности вольфрамовой спирали практически не происходит испарения, поэтому она работает максимально долго.

Колба у этих светильников также отличается. Обычно ее делают из специального кварцевого стекла, способного отфильтровывать ультрафиолетовое излучение. Это благоприятно сказывается на мебели и стенах – они не выгорают, как при обычном светильнике или солнечном свете.

Из-за галогенового газа колба лампы сильно нагревается. Чтобы не происходило перегрева или возгорания, в устройствах устанавливают дихроичные отражатели. Они помогают бороться с тепловым излучением и выводят его за пределы светильника, рассеивая в воздухе.

Внимание: яркость лампы можно регулировать, меняя отражатели и их форму, устанавливая рассеивающие или фокусирующие стекла.

Основные виды галогенок

Существует пять основных видов галогеновых светильников. Они отличаются друг от друга по устройству и принципу излучения:

1. Классические бытовые галогенные лампы с вольфрамовой спиралью и кварцевой колбой. Подобные светильники относятся к классу двухцокольных, обычно их используют для освещения больших площадей в доме или квартире. Нить в этих устройствах закрепляется на прочных металлических держателях, что позволяет ей выдерживать серьезные нагрузки, падения и воздействия. Классические галогенки мощностью до 500 ватт можно располагать как угодно (горизонтально, вертикально, под углом). Галогенки с мощностью более 500 ватт устанавливают только в горизонтальной плоскости с углом отклонения не более 4 градусов. Подобные лампы светят ярко, долго не перегорают, выдают стабильный белый свет и не деградируют со временем. Обычно их используют для освещения комнат, офисов, магазинов, витрин, различных объектов (в том числе и наружных), рекламных вывесок и щитов.
2. Капсульные светильники. Имеют небольшой размер, что позволяет устанавливать их практически в любом месте. Им не нужен полноценный корпус, как предыдущим лампам и специальные отражатели (они напыляются на заднюю часть светильника). Их применяют для декоративного освещения, создания акцентов и романтической обстановки, точечной подсветки различных элементов в торговле и рекламе.
3. Капсульные галогенные лампы накаливания 220В с отражателем из стекла. Похожи на предыдущие устройства, используются для точечной или акцентированной подсветки, для монтирования в мебель или освещения периметра.
4. Светильники низкого напряжения. Устройства работают от понижающего трансформатора, что обезопашивает их использование. Как правило, они имеют алюминиевый отражатель и применяются для освещения подвесных потолков, арок, различных полок и декоративных конструкций.
5. Устройства со стеклянным параболическим отражателем. Дополнительно на отражатель наносят слой алюминия, что защищает его от перегрева и позволяет создавать интересные декоративные эффекты. В качестве защиты светильника используют рифленое стекло, которое при работе преломляет свет и создает мерцающий и рассеивающий эффект. Эти устройства используются для тематического и акцентного освещения, а также для освещения жилых помещений. Иногда их применяют для уличной подсветки, но в этом случае лампу нужно устанавливать во влагозащищенный корпус, хорошо рассеивающий тепло.

Отметим, что мощность галогеновых ламп ниже, чем обычных, поэтому они потребляют меньше энергии, но при этом у них отличная цветопередача и светоотдача. Галогенки можно сочетать с выключателями, позволяющими регулировать освещенность, они безопасны для человека в отличие от люминесцветных, содержащих пары ртути. Во время эксплуатации галогенки не теряют яркость и светят так же, как и в первый день покупки. Спектр подобных светильников максимально приближен к естественному, поэтому если вам нравится холодный люминесцент, то старайтесь подобрать более белый свет. Впрочем, любителей мертвого белого света немного, а в галогеновом освещении вещи, кожа и предметы выглядят наиболее естественно, не теряя своего природного оттенка.

Основные достоинства

Теперь, когда вы знаете все про галогеновые лампы: что это такое, какие виды бывают и из чего состоят. Перечислим основные достоинства подобных светильников:

1. Отлично подходят для чтения или работы за компьютером. Правильный природный солнечный спектр не раздражает глаз, не напрягает кристаллики, а регулировка яркости поможет вам добиться комфортных условий для работы.
2. Возможность точечной фокусировки и зонной подсветки. Идеально подходят для освещения витрин, рекламных конструкций, создания акцентной подсветки. Солнечный спектр выгодно оттеняет товары и объекты, привлекая клиентов.
3. Возможность использовать для ландшафтного освещения. Хорошо выдерживают перепады температур, при наличии качественного охлаждения могут работать годами. Галогенная лампа — это экономичное устройство, потребляющее на 20-25% меньше, чем лампы накаливания. Возможность фокусировки и яркий свет позволяет осветить весь двор или парк, или же создать зонную подсветку.
4. Отсутствие деградационного процесса. Спираль из-за газа не испаряется, она светит ровно и мягко на протяжении всего срока службы устройства.
5. Возможность регулировки степени яркости при помощи диммера. Если экономки не работают с ним, то галогенки можно прикручивать до необходимой яркости.
6. Безопасность, если речь идет о низковольтных устройствах.

Теперь перечислим основные недостатки:

1. Чересчур яркий свет. Его можно регулировать диммером, но если устройство не установлено, то некоторым людям не нравится мощный световой поток. Исправить эту ситуацию можно подбором лампы с меньшей мощностью или установкой рассеивающего стекла.
2. Нельзя использовать галогенки во влажных помещениях (ваннах или саунах). За счет перегрева и образования на цоколе конденсата они могут лопнуть.
3. Считается, что подобные устройства нельзя утилизировать обычным способом, поэтому подумайте, куда вы будете их сдавать (их часто принимают в крупных магазинах, продающих люстры/светильники).
4. Высокая цена. Они значительно дороже классических ламп накаливания, но и срок службы больше в 3-5 раз, поэтому этот недостаток относителен.

Принцип работы

Ключевой принцип работы галогенных ламп заключается в химическом процессе, который называется галогеновый цикл. Рассмотрим этот процесс подробнее:

1. При включении питания спираль вольфрама разогревается.
2. Молекулы испаряются, двигаются к колбе и задерживаются на стекле.
3. Задержанная молекула взаимодействует с атомами брома, создавая галогеновый газ.
4. В колбе создается конвекция за счет нагрева, вступившая в реакцию молекула отрывается с поверхности и путешествует внутри.
5. Через определенное время молекула садится на спираль и распадается. На спирали остается вольфрам, а атом брома испаряется в наполняющий колбу газ.

Таким образом происходит цикл – вольфрам, испаряясь, соединяется с бромом, а затем возвращается назад, восстанавливая нить.

Обратите внимание: в большинстве случаев нить после продолжительной работы практически не отличается от новой. Лампа перегорает из-за необратимых процессов в держателе спирали и колбы, а не из-за деградации вольфрама.

Как правильно устанавливать галогенки

Несмотря на то что принципиальное устройство галогенной лампы фактически идентично обычной, правила монтажа их отличаются. Светильник накаливания можно просто выкрутить и заменить на новый, но подобный фокус не подойдет к искомым устройствам. Действовать нужно по следующей схеме:

1. Выключите люстру, а лучше обесточьте всю линию, с которой вы собираетесь работать.
2. Подождите, пока температура колбы упадет до комнатной.
3. Вытащите защитное стекло со светильника. Обычно оно закрепляется при помощи пружины или винтов. Действуйте аккуратно, чтобы не поломать его или зажимы.
4. Вытащите старую лампу. Для этого необходимо нажать на нее и вынуть из патрона. Если не поддается, то постарайтесь раскачать ее из стороны в сторону (если цоколь в ней штырьковый, а не резьбовой).
5. Сравните маркировку имеющейся лампочки и новой.
6. Оденьте перчатку (запрещается прикасаться к новой лампе руками или кожей). Не дуйте на нее и не вытирайте об руку.
7. Вставьте новую лампочку в патрон или вкрутите ее.
8. Установите на место защитное стекло.
9. Включите питание, проверьте работу восстановленного светильника.

Внимание: касаться поверхности лампы нельзя, поскольку на ней остается жир и кусочки кожи. При работе колба нагревается до высоких температур, и жир может загореться, что приведет к поломке светильника.

Стоит ли использовать галогенки

Основное, чем отличается галогенная лампа от лампы накаливания – это пониженное электропотребление при более мощном световом потоке и продолжительный срок службы. Особенно это касается низковольтных светильников на 12 и 24 вольта. Для их функционирования необходимо установить в систему специальный трансформатор. Его надо располагать в непосредственной близости от светильников, поскольку при большой длине напряжение сильно падает и лампы могут не включаться.

Внимание: трансформатор нужно брать с запасом в 10-15 процентов. К примеру, если вы устанавливаете три светильника мощностью по 50 ватт, то 3*50 + 3*50*0,15=172 ватта минимальная мощность трансформатора.

Располагать его нужно не дальше, чем 4 метра от крайних ламп, чтобы избежать потерь. Трансформаторы достаточно компактны – их можно спрятать за гипсокартоном или натяжным потолком. Также продумайте доступ к устройству, в случае если оно выйдет из строя. При установке галогенок в пленочные натяжные потолки нужно использовать лампы небольшой мощности в сочетании с рассеивающими корпусами, чтобы они не расплавили поливинилхлорид.

Заключение

Зная, что такое галогенная лампа, вы сможете сделать правильный выбор в магазине. Их выпускает множество производителей (Philips, GE, Sylvania, Osram), и по качеству они практически ничем не отличаются. Не надо приобретать их на рынке, поскольку в последнее время появилось достаточно много китайских подделок – лучше обратитесь в серьезный магазин.

При установке светильника помните, что он может достаточно сильно нагреваться. Подводите к нему качественные провода (1.5 квадрата вполне достаточно для создания системы освещения), защищая их возле места подключения термоусадкой от обгорания. Предусматривайте свободное место для свободной циркуляции воздуха и охлаждения, не ставьте их в ограниченном и замкнутом пространстве, поскольку они будут часто сгорать. Перед покупкой обязательно снимите имеющиеся лампы и изучите их, чтобы не ошибиться с маркировкой и цоколем. Во время замены не забывайте, что касаться колбы и цоколя нельзя.

История галогенной лампы

История галогенной лампы тесно переплетается с историей создания лампы накаливания – ввиду схожего строения и принципа работы. Расскажем подробнее, как устроена галогенная лампа и как ее изобрели.

Принцип работы галогенной лампочки

По сути, галогенная лампа представляет собой усовершенствованный вариант лампы накаливания. Она тоже состоит из колбы, цокольного контакта, тела накала. Однако пространство внутри колбы в галогенном источнике света наполнено парами галогенов – йода или брома.

При высоких температурах, сопровождающих процесс излучения света, галогены вступают в реакцию с атомами вольфрама, которые испарились с поверхности тела накала, и не дают им оседать на колбе. Это возвращает атомы вольфрама обратно на тело накала, что увеличивает яркость света, продлевает срок работы лампочки, и позволяет использовать более компактные размеры ламп.

Благодаря такой конструкции галогенная лампа обладает рядом преимуществ в сравнении с лампой накаливания:

• Создание светового потока с цветовой температурой, максимально близкой к естественному солнечному свету;
• Сохранение интенсивности свечения на протяжении всего срока годности;
• При одинаковой мощности свечение галогенных ламп в 2 раза более яркое, чем у ламп накаливания;
• Корпус галогенных источников света более компактный и прочный;
• Долгий срок службы – около 4000 часов.

История создания галогенной лампы

Говоря об истории создания галогенной лампы, стоит упомянуть, что ее прообразом стала лампа накаливания. Самый первый источник света с платиновой спиралью в вакууме был изобретен английским ученым Де ла Рю, и постепенно усовершенствовался, чтобы в 1870-1890 годах, благодаря усилиям ученых из разных стран (Александром Лодыгиным, Джозефом Уилсоном Своном и Томасом Эдисоном), стать более привычной для нас лампой накаливания.

Однако в 1882 году Эдвином Скрибнером был проведен эксперимент – ученный ввел в колбу лампы слабую атмосферу хлора, что позволило частично блокировать почернение. Еще одно имя – Джордж Мейл. Он догадался ввести в среду инертного газа йод – это снизило потерю напряжения в дуге и увеличило постоянство работы лампы.

В 1949 году инженеры компании OSRAM выдвинули идею о заполнении колбы лампы галогенами, а в 1958 году Эммет Вили и Элмер Фридрих, инженеры компании General Electric, запатентовали лампу из вольфрамового галогена. Всего через 4 года Ник Холоньяк в лаборатории Иллинойского Университета изобретет светодиод. Но рост популярности светодиодов начнется намного позже.

Вольфрамовые галогенные лампы | Electrical4U

В 1958 году E.G. Фридрих и Э. Компания Wiley had разработала вольфрамовую галогеновую лампу , введя в нее галогеновый газ (в основном йод). Как правило, без газа галогена нить накаливания постепенно теряет свои характеристики из-за испарения нити накаливания при более высокой температуре эксплуатации. Испаренный вольфрам из нити накаливания обычной лампы накаливания постепенно оседает на поверхности колбы.Таким образом, люмен не может выйти из лампы. Таким образом, эффективность лампы накаливания, т.е. люмен / ватт, постепенно снижается. Но введение газообразного галогена в лампу накаливания позволяет преодолеть эту трудность в дополнение к другим преимуществам. Поскольку этот введенный газообразный галоген помогает испаренному вольфраму образовывать галогенид вольфрама, который никогда не осаждается на внутренней поверхности колбы при температуре поверхности колбы от 500K до 1500K. Таким образом, просветы никогда не сталкиваются с препятствиями. Так что люмен на ватт лампы не портится.Опять же, из-за введения сжатого газообразного галогена скорость испарения нити накала снижается.

Принцип работы галогенной лампы

Принцип работы галогенной лампы основан на цикле регенерации галогена.

В лампе накаливания из-за высокой температуры вольфрамовая нить испаряется во время работы. Из-за конвекционного потока газа внутри колбы испарившийся вольфрам уносится от нити накала. Стенка лампочки относительно прохладная.Следовательно, испарившийся вольфрам прилипает к внутренней стенке колбы. Это не тот случай, когда в контейнере лампы используется галоген, подобный йоду. Температура нити галогенной лампы поддерживается на уровне 3300К. Следовательно, здесь также будет испаряться вольфрам из нити накала лампы. Из-за конвекционного потока газа внутри колбы испаренные атомы вольфрама переносятся от нити в зону с относительно более низкой температурой, где они соединяются с парами йода и образуют иодид вольфрама.Температура, необходимая для сочетания вольфрама и йода, составляет 2000 К.

Тогда тот же конвективный поток газа внутри колбы переносит иодид вольфрама к стенке с относительно более низкой температурой. Но колба сконструирована таким образом, что температура стеклянной стенки остается в пределах от 500K до 1500K, и при этой температуре йодид вольфрама не прилипает к стенке колбы. Он возвращается к нити накала из-за того же конвекционного потока газа внутри колбы. Опять же, в непосредственной близости от нити накала, где температура превышает 2800 К, иодид вольфрама распадается на пары вольфрама и йода.Поскольку это необходимая температура для разложения иодида вольфрама на атомы вольфрама и йода,> 2800К.

Затем эти атомы вольфрама продолжают движение и повторно осаждаются на нити накала, чтобы компенсировать ранее испарившийся вольфрам. После этого они снова испаряются из-за высокой температуры нити накала и становятся свободными для поглощения йода с образованием йодида. Этот цикл повторяется снова и снова. Следовательно, нить накаливания не испаряется постоянно, поэтому температуру нити можно поддерживать на очень высоком уровне по сравнению с обычной лампой накаливания, что делает ее более эффективной. I.е. больше люмен / ватт. Поскольку нет постоянного испарения нити накала, срок службы вольфрамовых галогенных ламп значительно увеличивается благодаря четкости освещения. Химическое уравнение:

Конструкция галогенной лампы

По сравнению с галогенной лампой, лампа накаливания способна обеспечить только 80% своего люмен в конце срока службы, поскольку прозрачность стеклянной стены становится блеклой из-за осаждения вольфрама. на нем, в то время как вольфрамовая галогенная лампа способна обеспечить более 95% своей люмен в конце срока службы.Ранее для изготовления колбы галогенной лампы использовалось боросиликатное или алюмосиликатное стекло. Потому что они обладают более высокой термостойкостью, а их коэффициент теплового расширения очень низкий. Но сейчас кварц широко используется для изготовления стекла для галогенных ламп. Кварц — это прозрачный кремнезем и чистый диоксид кремния. Оно очень прочное и выдерживает более высокие температуры по сравнению с боросиликатным или алюмосиликатным стеклом. Кварцевая лампа может быть из мягкого материала выше 1900 К. Снова вокруг нити накала должно поддерживаться 2800К, чтобы получить непрерывный галогенный цикл.Таким образом, расстояние между нитью накала и стенкой кварцевой лампы должно быть таким, чтобы температура стенки кварцевой лампы была ниже 1900 К. Стенка колбы должна быть прочнее и меньше по объему, чтобы лампа могла работать при внутреннем давлении в несколько атмосфер. Опять же, более высокое давление внутри колбы снижает скорость испарения вольфрамовой нити. Некоторое количество азота и аргона смешивается в дополнение к газу галогену внутри колбы, чтобы поддерживать это более высокое давление газа внутри.Таким образом, лампа может работать при более высокой температуре и с более высокой светоотдачей в течение длительного времени. В настоящее время в большинстве ламп используется бром вместо йода. Бром бесцветен, а йод имеет пурпурный оттенок.

Применение вольфрамовых галогенных ламп

Вольфрамовые галогенные лампы могут иметь различные формы, но чаще всего они трубчатые с аксиально ориентированной нитью накала. Опять же, они доступны как в двухстороннем, так и в одностороннем исполнении. Ниже показаны два типа.
Два типа показаны ниже.

Вольфрамовые галогенные лампы обеспечивают согласованную цветовую температуру, превосходный световой поток и приемлемый срок службы. Вольфрамовые галогенные лампы подходят для использования в системах наружного освещения. В частности, они могут использоваться в спортивном освещении, освещении театров, студий, телевидения и т. Д. Их нити обычно механически стабильны и позиционируются с более высокой точностью. Вольфрамовые галогенные лампы широко используются в качестве прожекторов, кинопроекторов и научных инструментов.Типы вольфрамовых галогенных ламп на рынке низковольтных вольфрамовых ламп накаливания также доступны. Они доступны на 12, 20, 42, 50 и 75 Вт в диапазоне от 3000K до 3300K. Их срок службы колеблется от 2000 часов до 3500 часов.

В качестве оптического проекционного оборудования обычно используются галогенные лампы, в настоящее время они также широко используются в освещении дисплеев.
Основная часть вольфрамовой галогенной лампы — это небольшая галогенная вольфрамовая лампа.Он склеен в одно целое, все стеклянные отражатели служат гранями для оптического управления лучом. Лампа MR-16 имеет многогранный отражатель диаметром 2 дюйма. У них немного более высокая световая отдача, чем у ламп накаливания со стандартным напряжением. Их размер также меньше, что позволяет устанавливать их компактно.

Вольфрамовая галогенная лампа — принцип работы, спектр и конструкция

1 ноября 2018 г.

Вольфрамовая галогенная лампа, также известная как галогенная лампа, представляет собой источник света накаливания.Он состоит из вольфрамовой нити, окруженной инертным газом и небольшим количеством галогена (брома или йода). Комбинация вольфрамовой нити и галогена приводит к химической реакции, называемой галогенным циклом, которая увеличивает срок службы нити.

Из-за высокой температуры вольфрамовой нити накала испаряется во время работы, а также из-за обычного потока газа внутри колбы испарившийся вольфрам уносится от нити накала.Стенка лампочки относительно прохладная. Следовательно, испарившийся вольфрам прилипает к внутренней стенке колбы. Это не тот случай, когда в контейнере лампы используется галоген, подобный йоду.

Температура нити галогенной лампы поддерживается на уровне 3300К. Следовательно, здесь также будет испаряться вольфрам из нити накала лампы. Из-за обычного потока газа внутри колбы испаренные атомы вольфрама переносятся от нити в зону с относительно более низкой температурой, где они соединяются с парами йода и образуют иодид вольфрама.Температура, необходимая для сочетания вольфрама и йода, составляет 2000 К.

Затем тот же конвективный поток газа внутри баллона переносит иодид вольфрама к стенке с относительно более низкой температурой. Но колба сконструирована таким образом, что температура стеклянной стенки остается в пределах от 500K до 1500K, и при этой температуре йодид вольфрама не прилипает к стенке колбы. Он возвращается к нити накала из-за того же конвекционного потока газа внутри колбы. Опять же, в непосредственной близости от нити накала, где температура превышает 2800 К, иодид вольфрама распадается на пары вольфрама и йода.Поскольку это необходимая температура для разложения иодида вольфрама на атомы вольфрама и йода,> 2800К.

Затем эти атомы вольфрама продолжают движение и повторно осаждаются на нити накала, чтобы компенсировать ранее испарившийся вольфрам. После этого они снова испаряются из-за высокой температуры нити накала и становятся свободными для поглощения йода с образованием йодида. Этот цикл повторяется снова и снова. Следовательно, нить накаливания не испаряется постоянно, поэтому температуру нити можно поддерживать на очень высоком уровне по сравнению с обычной лампой накаливания, что делает ее более эффективной. I.е. больше люмен / ватт. Поскольку нет постоянного испарения нити накала, срок службы вольфрамовых галогенных ламп значительно увеличивается благодаря четкости освещения.

Спектральная мощность галогенных ламп непрерывна и аналогична спектральной мощности излучателя абсолютно черного тела. Основная часть (до 85%) излучаемого света находится в инфракрасной и ближней инфракрасной областях; остальное (15-20%) приходится на видимую область, и менее 1% света приходится на ультрафиолетовую область.

Кварц широко используется для изготовления стекла для галогенных колб. Кварц — это прозрачный кремнезем и чистый диоксид кремния. Оно очень прочное и выдерживает более высокие температуры по сравнению с боросиликатным или алюмосиликатным стеклом. Кварцевая лампа может быть из мягкого материала выше 1900 К. Снова вокруг нити накала должно поддерживаться 2800К, чтобы получить непрерывный галогенный цикл. Таким образом, расстояние между нитью накала и стенкой кварцевой лампы должно быть таким, чтобы температура стенки кварцевой лампы была ниже 1900 К.Стенка колбы должна быть прочнее и меньше по объему, чтобы лампа могла работать при внутреннем давлении в несколько атмосфер. Опять же, более высокое давление внутри колбы снижает скорость испарения вольфрамовой нити. Некоторое количество азота и аргона смешивается в дополнение к газу галогену внутри колбы, чтобы поддерживать это более высокое давление газа внутри. Таким образом, лампа может работать при более высокой температуре и с более высокой светоотдачей в течение длительного времени. В настоящее время в большинстве ламп используется бром вместо йода.

Поделиться — это забота!

— плюсы, минусы, принцип работы и обращение

Галогенная лампа — это разновидность лампы накаливания с небольшой долей галогена. Он работает по принципу галогенного цикла. Он может быть переменного или постоянного тока и доступен в различных формах и размерах. Благодаря широкому диапазону размеров и вариаций он широко используется во многих приложениях. Например, в доме полезно осветить комнаты.В медицинском оборудовании, таком как микроскоп, колориметр, химический анализатор и т. Д., Полезно проводить тесты. Он также используется в кинопроекторах, научном оборудовании и т. Д. Итак, сегодня мы обсудим устройство и работу этой лампы. Кроме того, мы также обсудим преимущества, недостатки, методы обращения и тестирования галогенной лампы.

Галогенная лампа состоит из вольфрамовой нити накала. Эта нить очень тонкая и компактно расположена внутри кварцевой оболочки.Инертный газ, такой как аргон, заполняет большую часть лампы. Наряду с этим, внутри лампы присутствует небольшое количество галогенных газов, таких как йод и бром.

Когда ток протекает через очень тонкую вольфрамовую нить накала, выделяется тепло. Это повышение температуры нити накала вызывает излучение света (белого или желтого). Из-за чрезвычайно высокой температуры происходит испарение вольфрама. Новые газы помогают снизить скорость испарения вольфрама.В случае обычной лампы накаливания этот вольфрам прилипает к стенке стеклянного покрытия. Но в случае галогенной лампы вольфрам соединяется с газообразным галогеном. Таким образом, предотвращается почернение лампы.

Поскольку газообразный галоген находится в непрерывном движении, он контактирует с нитью накала. Таким образом, вольфрам в сочетании с газом может вернуться в нить накала. Таким образом, этот процесс возврата испаренного вольфрама к нити с помощью газообразного галогена известен как галогенный цикл.Этот цикл увеличивает срок службы лампы и поддерживает надлежащее светопропускание.

• Срок службы галогенной лампы в идеальном случае составляет около 2000 часов. Это больше, чем у обычной лампы накаливания.
• Запуск не занимает много времени.
• Присутствующий в лампе газообразный галоген не позволяет вольфраму приставать к стенке лампы. Таким образом предотвращается почернение лампы.
• Обладает компактными размерами по сравнению с другими источниками света. Таким образом, им удобнее пользоваться.
• Обладает более высокой эффективностью по сравнению с другими лампами накаливания.

• КПД галогенной лампы не более 10-30%. Это означает, что из общей энергии только от 10 до 30% преобразуется в световую энергию. А оставшаяся энергия превращается в тепловую.
• Нить накала лампы очень горячая.(около 3000 К). Так что, если кто-то прикоснется к лампочке, высока вероятность ожога кожи.

Во-первых, не прикасайтесь к головке галогенной лампы во время ее использования. В противном случае вы можете испытать ожог кожи. Во-вторых, вам нужно знать рейтинг вашей лампы перед использованием. Например, если в составном микроскопе вы используете низковольтную лампу с напряжением 6 В постоянного тока вместо 12 В постоянного тока, лампа не будет излучать достаточно света.Таким образом, лампа будет излучать свет желтого цвета. Так что наблюдать за слайдом будет сложно.

Возьмите мультиметр. Затем установите его в режим диода или непрерывности. После этого проверьте целостность в двух точках штифта. Если между двумя точками есть непрерывность, значит, с лампой все в порядке. В противном случае он может быть неисправным.

Другой способ проверить лампу — проверить нить накала вручную. Если он поврежден, то по пути нити может быть обрыв.

Также можно подать необходимое напряжение и проверить состояние галогенной лампы.

Снимите старую галогенную лампу с новой. После этого отрегулируйте лампу.

Для юстировки лампы необходим тест на оптическую плотность. На табло вы увидите поглощение воды. Допустимое значение оптической плотности от 2500 до 3900.Теперь затяните или ослабьте регулируемые винты, чтобы отрегулировать водопоглощение. По достижении допустимой абсорбции полностью затяните фиксирующий винт.

Несмотря на то, что вышеупомянутый метод упоминается в большинстве руководств пользователя, это довольно сложная задача. . Это связано с тем, что, когда машина начинает стареть, поглощение начинает уменьшаться. Через несколько лет он может даже достигнуть 800. Так что в этом случае вам нужно заменить фотодетектор или просто заменить машину.Кроме того, даже если абсорбция снизится, вы, как правило, сможете получить хороший результат.

Основная идея регулировки лампы — позволить большему количеству света проходить через окно проточной ячейки. Но, в разных моделях анализатора, у вас может не быть этой функции.

: работа и безопасность | Освещение

В этой статье мы обсудим следующее: — 1. Введение в галогенную лампу 2.Принцип работы галогенной лампы 3. Безопасность 4. Меры предосторожности при обращении.

Галогенная лампа (также называемая вольфрамово-галогенной лампой или кварцевой галогенной лампой) — это лампа накаливания, в которой вольфрамовая нить запаяна в небольшую прозрачную оболочку, заполненную газообразным галогеном, таким как йод или бром, добавленным к инертному газу колбы.

Это вызывает оседание испаренного вольфрама и устраняет почернение лампы.Галогенная лампа может эксплуатировать свою нить при более высокой температуре, чем в стандартной вакуумной лампе или лампе, заполненной инертным газом, без потери срока службы. Это дает немного более высокий КПД (10-20%), чем у стандартных ламп накаливания. Он дает ярко-желтый свет, который считается наиболее близким к дневному свету от любой лампы.

В обычной лампе накаливания толщина нити накала может незначительно отличаться.Хотя сопротивление нити накала выше в более тонком месте, ток такой же. Поэтому тонкие участки более горячие, чем более толстые участки нити. Скорость испарения вольфрама будет выше в этих точках из-за повышения температуры, в результате чего тонкие участки станут еще тоньше, создавая эффект взлетно-посадочной полосы, пока нить не сломается.

Галогенная лампа работает при более высокой температуре, что приведет к неприемлемо короткому сроку службы обычных ламп накаливания, что обеспечит более высокую светоотдачу и кажущуюся яркость.Лампа во время работы очень горячая, чтобы предотвратить компенсацию на поверхности стекла. Оболочка галогенных ламп должна быть изготовлена ​​из твердого стекла или плавленого кварца, а не из обычного мягкого стекла.

Еще одним усовершенствованием, которое было добавлено к эффективности галогенных ламп, является покрытие, преломляющее инфракрасное излучение (IRC). В лампах этого типа кварцевая оболочка покрыта дихроичным покрытием, которое позволяет излучать видимый свет, в то время как отражение части инфракрасного излучения обратно на нить накала создает горячие точки на поверхности колбы при включении колбы.Это тепло вызывает утечку газа и может привести к поломке или взрыву и создать серьезную угрозу безопасности. Поэтому с кварцевыми лампами следует обращаться либо с чистым бумажным полотенцем, либо осторожно придерживая фарфоровую основу.

Типичная галогенная лампа рассчитана на работу примерно на 2000 часов в два раза дольше, чем обычная лампа накаливания:

1. Кварцевые галогенные лампы используются в научных, медицинских и стоматологических инструментах.

2. Галогенные лампы подходят для освещения спортивных площадок, парков, заводов, аэропортов и т. Д.

Поскольку галогенная лампа работает при очень высоких температурах, она может представлять опасность пожара и ожогов.

Лампы общего назначения обычно имеют стеклянный фильтр, поглощающий УФ-лучи. В качестве альтернативы, лампы могут быть покрыты покрытием для фильтрации УФ-излучения, если это сделано правильно, галогенная лампа с УФ-ингибиторами будет производить меньше УФ-излучения, чем ее стандартная лампа накаливания.

Любое поверхностное загрязнение, особенно отпечатки пальцев, могут повредить кварцевую оболочку при ее нагревании. Загрязнения такие лампы называются галогенными инфракрасными лампами, и они требуют меньше энергии, чем стандартные галогенные лампы, для получения любого заданного светового потока, повышение эффективности может достигать нескольких значений. 40% по сравнению со стандартным эквивалентом.Галогенная лампа накаливания имеет высотный спектр.

Галогенная лампа: что это такое и как работает

В разных словарях в Интернете вы найдете самую разную, противоречивую информацию о лучших галогенных лампах для фар. Вам нужно просмотреть несколько словарей и найти нужную запись. Галоген и галоген — синонимы, описывающие одно и то же явление. Как ни говори галогенная лампа или галогенные лампы, вы ни в коем случае не ошибетесь. Галогенные лампы могут служить 8 000 — 12 000 часов.

Принцип работы

В галогене и в лампе накаливания есть вольфрамовая нить накаливания. Основное отличие и преимущество галогенной лампы в том, что учитываются неполные лампы накаливания и применяется более совершенная схема работы.

В лампе накаливания недостатком был недостаток. Это было вызвано какими-то химическими процессами, происходящими в колбе. Благодаря химической реакции и опыту с лампой накаливания галогенная лампа имеет более длительный срок службы и другие преимущества.

Как горит лампа накаливания?

Электричество нагревает вольфрамовую нить, которая в результате начинает светиться. Это просто. Но из-за высокой температуры атомы вольфрама начинают испаряться и оседать на менее горячих элементах колбы.

В галогенной лампе из-за ее конструкции вольфрам окружен йодом с остаточным кислородом. Когда атомы вольфрама начинают испаряться, они вступают в химическую реакцию и оседают либо в том же месте, либо рядом с лампой накаливания.Фактически, из-за этого галогенные лампы имеют гораздо больший срок службы, и для поддержания этого срока всегда необходимо чистить галогенную лампу после прикосновения.

Преимущества и недостатки

Увеличенный срок службы, который может быть увеличен до 12 000 часов.

Устойчивость к перепадам напряжения.

Компактный без потери мощности

Спектр света, приятный глазу: теплый, но яркий, что позволяет видеть точные цвета предметов.

Главный недостаток — чувствительность к жирам, поэтому прикосновение к галогенным лампочкам даже чистыми руками может быть опасно.Прикасаться к нему можно только перчатками или салфеткой. Дело в том, что колба лампы сделана из кварца. Если на нем останется жирный отпечаток, лампа может взорваться. Учтите, что галогенные лампы сильно нагреваются, и иногда защитная колба и цоколь лампы отсоединяются из-за перегрева.

Как заменить перегоревшую лампу?

Конструкция галогенной лампы имеет свои особенности, поэтому иногда бывает сложнее поменять, чем лампу накаливания.

Инструкции:

• Отключить питание
• Надеть резиновые медицинские перчатки
• Снимите перегоревшую лампу.Способ крепления можно посмотреть на новой лампе.
• Возьмите новую галогеновую лампу и закрепите ее в патроне.
• И последнее, но не менее важное: не забудьте очистки отпечатков пальцев в конце процесса.

Принцип действия галогенного света и принцип работы

Принцип излучения

Принцип всего света накаливания — это использование объекта, излучающего тепло и теория теплового излучения, и принципы для достижения наиболее простого, чтобы лампа накаливания включала достаточный ток, накаливания накаливания накаливания, мы будем посылать свет, но это Срок службы лампы накаливания будет значительно короче.

Мы увидели причину использования следующей технологии накаливания, ее цель — сделать лампы накаливания более долговечными и более удобными в использовании: вакуумная трубка (для уменьшения степени окисления нити накала), легкая ножка (легко вставлять лампы в патроне лампы), заполненный инертным газом (снижающий степень окисления нити накала при высоких температурах) и т.д. с некоторым количеством газообразного элемента галогена (обычно йодом или бромом), который работает следующим образом:

Когда нить нагревается, атомы вольфрама испаряются в направлении стеклянной стенки, когда близко к стеклянной стенке, пары вольфрама охлаждаются примерно до 800 ℃, и атомы галогена объединяются с образованием галогенида вольфрама (йодида, бромида, вольфрама или вольфрама).Галогенид вольфрама продолжает двигаться к центральной трубке и окисляется обратно в нить, поскольку галогенид вольфрама является очень нестабильным соединением, а затем повторно нагревает пар до галогена и вольфрама, а нить накала, так что осажденный на ней вольфрам образует за то, что часть испарилась.

Благодаря этому процессу переработки нити накала не только значительно продлевают срок службы (почти в 4 раза больше, чем у лампы накаливания), но и потому, что нить накаливания может работать при более высоких температурах, что приводит к более высокой яркости, более высокой цветовой температуре и более высокой светоотдаче.

Сплав вольфрама Производитель и поставщик: Chinatungsten Online — http://www.chinatungsten.com
Тел .: 86 592 5129696; Факс: 86592 5129797
Эл. Почта: [email protected]
Информационный банк по вольфраму и молибдену: http://i.chinatungsten.com
Новости о вольфраме и цены на вольфрам, версия 3G: http://3g.chinatungsten.com
Новости молибдена и цена на молибден: http://news.molybdenum.com.cn

Интернет-кампус ZEISS Microscopy | Лампы вольфрамово-галогенные

Введение

Источники света накаливания, в том числе более старые версии с вольфрамовой и углеродной нитью, а также новые, более совершенные вольфрамово-галогенные лампы, успешно используются в качестве высоконадежных источников света в оптической микроскопии на протяжении многих десятилетий и продолжают оставаться одними из них. выбранные механизмы освещения для различных методов визуализации.Старые лампы, оснащенные вольфрамовой проволочной нитью и заполненные инертным газом аргоном, часто используются в студенческих микроскопах для получения изображений светлого поля и фазового контраста, и эти источники могут быть достаточно яркими для некоторых приложений, требующих поляризованного света. Вольфрамовые лампы относительно недороги (по сравнению со многими другими источниками света), их легко заменить, и они обеспечивают адекватное освещение в сочетании с диффузионным фильтром из матового стекла. Эти особенности в первую очередь ответственны за широкую популярность источников света накаливания во всех формах оптической микроскопии.Вольфрамово-галогенные лампы, наиболее совершенная конструкция в этом классе, генерируют непрерывное распределение света в видимом спектре, хотя большая часть энергии, излучаемой этими лампами, рассеивается в виде тепла в инфракрасных длинах волн (см. Рисунок 1). Из-за относительно слабого излучения в ультрафиолетовой части спектра вольфрамово-галогенные лампы не так полезны, как дуговые лампы и лазеры, для исследования образцов, которые необходимо освещать с длинами волн менее 400 нанометров.

Несколько разновидностей вольфрамово-галогенных ламп в настоящее время являются источником освещения по умолчанию (и предоставляются производителем) для большинства учебных и исследовательских микроскопов, продаваемых по всему миру.Они отлично подходят для исследования в светлом поле, микрофотографии и цифровой визуализации окрашенных клеток и срезов тканей, а также для многочисленных применений отраженного света для промышленного производства и разработки. В поляризованных световых микроскопах, используемых для идентификации частиц, анализа волокон и измерения двойного лучепреломления, а также в рутинных петрографических геологических приложениях, обычно используются вольфрамово-галогенные лампы высокой мощности для обеспечения необходимой интенсивности света через скрещенные поляризаторы.Стереомикроскопы также используют преимущества этого повсеместного источника света как в моделях начального, так и в продвинутых моделях. Для визуализации живых клеток с помощью методов усиления контраста (в основном дифференциального интерференционного контраста ( DIC ) и фазового контраста) в составных микроскопах проходящего света наиболее распространенным в настоящее время источником света является вольфрамово-галогенная лампа мощностью 100 Вт. . В долгосрочных экспериментах (обычно требующих от сотен до тысяч снимков) эта лампа особенно стабильна и при нормальных условиях эксплуатации подвержена лишь незначительным уровням временных и пространственных колебаний выходной мощности.

Первые коммерческие лампы накаливания с вольфрамовой нитью были представлены в начале 1900-х годов. Эти передовые нити, которые можно было наматывать, скручивать и эксплуатировать при очень высоких температурах, оказались гораздо более универсальными, чем их предшественники на основе углерода и осмия. Углеродные лампы страдают от быстрого испарения нити накала при температурах выше 2500 ° C и, следовательно, должны работать при более низких напряжениях для получения света с относительно низкой цветовой температурой (желтоватый).Напротив, вольфрам имеет температуру плавления приблизительно 3380 ° C и может быть нагрет почти до этой температуры в стеклянной оболочке для получения света, имеющего более высокую цветовую температуру и срок службы, чем любой из предыдущих материалов, используемых для нити ламп. Основная проблема с вольфрамовыми лампами заключается в том, что во время нормальной работы нить накала постоянно испаряется с образованием газообразного вольфрама, который медленно уменьшает диаметр нити накала и в конечном итоге затвердевает на внутренней стороне стеклянной колбы в виде почерневшего, покрытого сажей отложений.Со временем мощность лампы уменьшается, поскольку остатки осажденного вольфрама на стенках внутренней оболочки становятся толще и поглощают все большее количество более коротких видимых длин волн. Точно так же потеря вольфрама из нити накала уменьшает диаметр, делая ее настолько тонкой, что в конечном итоге она выходит из строя.

Вольфрамово-галогенные лампы были впервые разработаны в начале 1960-х годов путем замены традиционной стеклянной колбы на кварцевую колбу с более высокими характеристиками, которая была больше не сферической, а трубчатой.Кроме того, внутри оболочки были запечатаны незначительные количества паров йода. Замена стекла с более низкой температурой плавления на кварцевое была необходима, потому что цикл регенерации галогена лампы (подробно обсуждается ниже) требует, чтобы оболочка поддерживалась при высокой температуре (превышающей допустимую для обычного стекла), чтобы предотвратить образование галогеновых соединений вольфрама. от затвердевания на внутренней поверхности. Из-за новых компонентов эти усовершенствованные лампы первоначально назывались термином: кварц-йодид , .Хотя лампы, содержащие галогены, представляли собой значительное улучшение по сравнению с обычными вольфрамовыми лампами, которые они заменили, новые лампы имели легкий розоватый оттенок, характерный для паров йода. Кроме того, кварц легко подвергается воздействию слабых щелочей, образующихся во время работы, что приводит к преждевременному выходу из строя самой оболочки. В последующие годы соединения брома заменили йод, и оболочка была изготовлена ​​из более новых сплавов боросиликатного стекла для производства вольфрамово-галогенных ламп с еще более длительным сроком службы и более высокой мощностью излучения.

Как обсуждалось ранее, в традиционных лампах накаливания испаренный газообразный вольфрам из нити накала переносится через паровую фазу и непрерывно осаждается на внутренних стенках стеклянной колбы. Этот артефакт затемняет внутренние стенки лампы и постепенно снижает светоотдачу. Чтобы поддерживать потери света на минимально возможном уровне, обычные вольфрамовые лампы накаливания помещают в большие колбы, имеющие достаточную площадь поверхности, чтобы минимизировать толщину осажденного вольфрама, который накапливается в течение срока службы лампы.Напротив, трубчатая оболочка в вольфрамово-галогенных лампах заполнена инертным газом (азотом, аргоном, криптоном или ксеноном), который во время сборки смешивается с небольшим количеством соединения галогена (обычно бромистого водорода; HBr ). и следовые уровни молекулярного кислорода. Соединение галогена служит для инициирования обратимой химической реакции с вольфрамом, испаренным из нити, с образованием газообразных молекул оксигалогенида вольфрама в паровой фазе. Температурные градиенты, образующиеся в результате разницы температур между горячей нитью накала и более холодной оболочкой, способствуют перехвату и рециркуляции вольфрама в нить накала лампы благодаря явлению, известному как цикл регенерации галогена (проиллюстрирован на рисунке 2).Таким образом, испаренный вольфрам реагирует с бромистым водородом с образованием газообразных галогенидов, которые впоследствии повторно осаждаются на более холодных участках нити, а не накапливаются медленно на внутренних стенках оболочки.

Цикл регенерации галогена можно разделить на три критических этапа, которые показаны на рисунке 2. В начале работы оболочка лампы, наполняющий газ, парообразный галоген и нить накала изначально находятся в равновесии при комнатной температуре. Когда к лампе подается питание, температура нити накала быстро повышается до ее рабочей температуры (в районе 2500–3000 ° C), в результате чего также нагревается наполняющий газ и оболочка.В конце концов, оболочка достигает стабильной рабочей температуры, которая колеблется от 400 до 1000 C, в зависимости от параметров лампы. Разница температур между нитью накала и оболочкой создает температурные градиенты и конвекционные токи в заполняющем газе. Когда температура оболочки достигает примерно 200–250 ° C (в зависимости от природы и количества паров галогена), начинается цикл регенерации галогена. Атомы вольфрама, испаренные из нити накала (см. Рис. 2 (а)), вступают в реакцию с парами газообразного галогена и следовыми количествами молекулярного кислорода с образованием оксигалогенидов вольфрама (рис. 2 (б)).Вместо того, чтобы конденсироваться на горячих внутренних стенках оболочки, оксигалогенидные соединения циркулируют конвекционными токами обратно в область, окружающую нить, где они разлагаются, в результате чего элементарный вольфрам повторно осаждается на более холодных участках нити (рис. 2 (c)). ). После освобождения от связанного вольфрама соединения кислорода и галогенидов диффундируют обратно в пар, чтобы повторить цикл регенерации. Непрерывная рециркуляция металлического вольфрама между паровой фазой и нитью обеспечивает более равномерную толщину проволоки, чем это было бы возможно в противном случае.

Преимущества цикла регенерации галогенов включают возможность использования меньших по размеру конвертов, которые поддерживаются в чистом состоянии без отложений в течение всего срока службы лампы. Поскольку колба меньше, чем в обычных вольфрамовых лампах, дорогой кварц и родственные стеклянные сплавы могут быть более экономичными при производстве. Более прочные кварцевые оболочки позволяют использовать более высокое внутреннее давление газа, чтобы помочь в подавлении испарения нити накала, тем самым позволяя увеличивать температуру нити, что дает более световой выход, и смещает профили излучения, чтобы обеспечить большую долю более желательных длин волн видимого диапазона.В результате вольфрамово-галогенные лампы сохраняют свою первоначальную яркость на протяжении всего срока службы, а также преобразуют электрический ток в свет более эффективно, чем их предшественники. С другой стороны, вольфрам, испаренный и повторно осаждаемый в цикле регенерации галогена, не возвращается на свое первоначальное место, а скорее скатывается на самые холодные участки нити, что приводит к неравномерной толщине. В конечном итоге лампы выходят из строя из-за уменьшения толщины нити накала в самых жарких регионах. В противном случае вольфрамово-галогенные лампы могут иметь практически бесконечный срок службы.

Ранние исследования показали, что добавление фторидных солей к парам, запечатанным внутри вольфрамово-галогенных ламп, дает на выходе самый высокий уровень видимых длин волн, а также осаждение вторичного вольфрама на участках нити накала с более высокими температурами. Это открытие вселило надежду на то, что вольфрамовые нити могут иметь более однородную толщину в течение значительного увеличения срока службы этих ламп. Кроме того, смещение выходного профиля излучения лампы для включения большего количества видимых длин волн было весьма желательно по сравнению с более низкими цветовыми температурами, обеспечиваемыми аналогичными лампами, имеющими альтернативные галогенные соединения (йодид, хлорид и бромид).К сожалению, было обнаружено, что фторидные соединения агрессивно воздействуют на стекло (обратите внимание, что фтористоводородная кислота обычно используется для травления стекла), что приводит к преждевременному разрушению оболочки. Таким образом, фторидные соединения не подходят для коммерческих ламп. Как следствие, обсуждаемые выше бромидные соединения по-прежнему являются предпочтительным реагентом для производства вольфрамово-галогенных ламп, но производители ламп продолжают исследовать применение новых смесей заполняющего газа и галогенов для этих очень полезных источников света.

Вольфрамово-галогенные лампы накаливания работают как тепловые излучатели, что означает, что свет генерируется путем нагрева твердого тела (нити накала) до очень высокой температуры. Таким образом, чем выше рабочая температура, тем ярче будет свет. Все лампы на основе вольфрама демонстрируют спектральные профили излучения, напоминающие профили излучения излучателя с черным телом, а спектральный выходной профиль вольфрамово-галогенных ламп качественно аналогичен профилям ламп накаливания с вольфрамовой и углеродной нитью накаливания.Большая часть излучаемой энергии (до 85 процентов) находится в инфракрасной и ближней инфракрасной областях спектра, при этом 15-20 процентов попадают в видимую область (от 400 до 700 нанометров) и менее 1 процента — в ультрафиолетовых длинах волн. (ниже 400 нм). Мягкая стеклянная оболочка обычных ламп накаливания поглощает большую часть ультрафиолетового излучения, генерируемого вольфрамовой нитью, но оболочка из плавленого кварца в вольфрамово-галогенных лампах поглощает очень мало излучаемого ультрафиолетового света выше 200 нанометров.

Значительная часть электроэнергии, потребляемой накаленными вольфрамовыми проволочными волокнами, выводится в виде электромагнитного излучения, охватывающего диапазон длин волн от 200 до 3000 нанометров. Математически полное излучение увеличивается как четвертая степень температуры проволоки, что смещает спектральное распределение в сторону все более коротких (видимых) длин волн в колоколообразном профиле по мере увеличения температуры (см. Рисунки 1 и 3). Несмотря на то, что пиковые длины волн имеют тенденцию перераспределяться из ближнего инфракрасного диапазона ближе к видимой области с более высокими температурами нити накала, точка плавления вольфрама не позволяет большей части выходного излучения смещаться в видимую область спектра.При самых высоких практических рабочих температурах пиковое излучение составляет примерно 850 нанометров, при этом около 20 процентов общего выходного излучения приходится на видимый свет. Инфракрасные волны, составляющие большую часть выходного сигнала, должны рассеиваться как нежелательное тепло. В результате, по сравнению со спектром дневного света (5000+ K), излучаемого ртутными, ксеноновыми и металлогалогенными дуговыми лампами, в галогенидных лампах всегда преобладают красные участки спектра.

В случае идеального радиатора с черным телом воспринимаемая цветовая температура равна истинной (измеренной) температуре материала радиатора.Однако на практике общее излучение обычных источников излучения (таких как лампы накаливания) меньше, чем можно было бы ожидать от черного тела. Цветовая температура выражается в Кельвинах ( K ), в то время как фактическая измеренная температура более практично выражается в градусах Цельсия ( C ). Два числа различаются на 273,15 линейных единиц градусов, при этом значение Кельвина равно Цельсию плюс 273,15. Более высокие цветовые температуры соответствуют более белому свету , который больше напоминает солнечный свет, тогда как более низкие цветовые температуры имеют тенденцию смещать цвета в сторону желтых и красноватых оттенков.Вольфрам не является истинным черным телом в том смысле, что полное испускаемое излучение меньше, чем могло бы наблюдаться в идеальном случае, однако вольфрам является лучшим излучателем (и более точно приближается к истинному черному телу) в более короткой видимой области длин волн, чем в более длинные волны. Для значительной части видимого диапазона длин волн цветовая температура вольфрама выше, чем эквивалентная истинная температура в градусах Цельсия. Таким образом, для измеренной температуры нити накала 3000 C цветовая температура составляет примерно 3080 K.Предел цветовой температуры вольфрама определяется температурой плавления, которая составляет чуть более 3350 ° C или приблизительно 3550 K.

Таким образом, в качестве излучателей накаливания вольфрамово-галогенные лампы генерируют непрерывный спектр света, который простирается от центрального ультрафиолета до видимого и инфракрасного диапазонов длин волн (см. Рисунки 1 и 3). По сравнению со спектром излучения солнечного света и теоретическим излучателем черного тела 5800 K (как показано на рис. 3 (а)), в вольфрамово-галогенных лампах всегда преобладают более длинноволновые области.Однако по мере увеличения температуры нити в вольфрамово-галогенной лампе профиль излучения света смещается в сторону более коротких длин волн, так что по мере приближения температуры к предельной точке плавления вольфрама доля видимых длин волн, излучаемых лампой, существенно увеличивается. Этот эффект проиллюстрирован на рисунке 3 (b) путем нормализации выходного распределения излучения лампы при цветовых температурах 2800 K и 3300 K на тот же световой поток. В дополнение к значительно меньшей доле излучения в инфракрасных длинах волн, кривая 3300 K показывает гораздо больший выход в видимых длинах волн.

Фотометрические характеристики для оценки характеристик источников света несколько необычны в том смысле, что две системы единиц существуют параллельно для определения важных переменных, связанных с яркостью и спектральным выходом. Физическая фотометрическая система рассматривает свет исключительно как электромагнитное излучение с точки зрения яркости (яркости), связанной с единицами длины и угла и измеряемой в ваттах. Физиологическая фотометрическая система учитывает способ, которым гипотетический человеческий глаз оценивает источник света.Поскольку каждый человеческий глаз несколько по-разному реагирует на видимый спектр света, стандартный глаз определен международным соглашением. Основной характеристикой этого стандарта является чувствительность к разным цветам света, основанная на максимальном отклике на 550-нанометровый (зелено-желтый) свет, измеряемом в единицах люмен , а не ваттах. Физиологическая система является адекватной, если датчик света представляет собой человеческий глаз, цифровую камеру, фотопленку или какое-либо другое устройство, которое реагирует аналогичным образом.Однако эта система выйдет из строя, если анализируемый свет попадет в ультрафиолетовую или инфракрасную область, невидимую для человеческого глаза. В этом случае для измерений и анализа необходимо использовать физическую фотометрическую систему.

Технические характеристики вольфрамово-галогенной лампы для микроскопии

Таблица 1

В таблице 1 представлены электрические характеристики, размеры нити накала, типичный срок службы и фотометрическая мощность некоторых из самых популярных вольфрамово-галогенных ламп, используемых в настоящее время в оптической микроскопии.Среди наиболее важных терминов, используемых для сравнения этих ламп, — световой поток , который представляет собой общий излучаемый свет, измеренный в люмен (). Световой поток увеличивается пропорционально его физическому фотометрическому эквиваленту в ваттах. Другая важная величина, известная как сила света , — это та часть светового потока, которая измеряется телесным углом в одном направлении. Сила света в единицах кандел используется для оценки характеристик лампы в оптической системе.Лампы также оцениваются с точки зрения световой отдачи при использовании люмен на ватт электрической мощности (относящейся к физическим и физиологическим системам) для определения эффективности, с которой электрическая мощность преобразуется в видимое излучение. Теоретический максимум световой отдачи составляет 683 люмен на ватт, но на практике вольфрамово-галогенные лампы обычно достигают предела в 37 люмен на ватт. Чтобы более четко понять электрические характеристики вольфрамово-галогенных ламп, обычно можно применять следующие обобщения: на каждые 5 процентов изменения напряжения, подаваемого на лампу, срок службы либо удваивается, либо сокращается вдвое, в зависимости от того, находится ли напряжение. уменьшилось или увеличилось.Кроме того, каждые 5 процентов изменения напряжения сопровождаются 15-процентным изменением светового потока, 8-процентным изменением мощности, 3-процентным изменением тока и 2-процентным изменением цветовой температуры.

Большое разнообразие конструкций вольфрамово-галогенных ламп включает встроенные отражатели, которые служат для эффективного сбора фронтов световых волн, излучаемых лампой, и их упорядоченного направления в систему освещения. Эти предварительно собранные блоки, получившие название рефлекторных ламп , (см. Рисунок 4), нашли широкое применение в качестве внешних осветителей для приложений стереомикроскопии.Свет от осветителя может быть направлен в любую область образца с помощью гибкого оптоволоконного световода. Рефлекторные лампы сильно различаются по конструкции в зависимости от характеристик и геометрии рефлектора, а также от положения лампы внутри рефлектора. Тем не менее, все лампы с отражателем включают в себя однотактные лампы, которые устанавливаются в центре оптической оси отражателя с цоколем, вклеенным в вершину отражателя. Конфигурация нити накала обычно определяется характеристиками луча, необходимыми для конкретной оптической системы, для которой предназначена лампа.В рефлекторных лампах используются все конструкции нити накала, включая поперечную, осевую и плоскую.

Рефлекторные лампы обычно подключаются к патронам с молибденовыми штырями, выступающими наружу из задней части рефлектора и устанавливаемыми с керамическими крышками. В некоторых случаях используются специальные кабельные соединения, чтобы пространственно отделить электрический контакт от источника тепла (лампы). Поскольку рефлекторные лампы обычно встраиваются как часть точно выровненной оптической системы, электрическое соединение только изредка используется как часть крепления.Существует несколько методов установки отражателей, в том числе установка держателя на переднем крае отражателя, использование давления на заднюю часть крышки отражателя, центрирование края отражателя в конусе и регулировку края отражателя на угловом упоре. В большинстве случаев конструкция основания рефлектора и механизм крепления используются для обозначения конкретного класса рефлекторной лампы. Внешний диаметр переднего отверстия рефлектора является определяющим критерием для рефлекторных ламп, и производители установили два основных размера.Они обозначены как MR 11 и MR 16 , причем буквы представляют собой аббревиатуру металлического отражателя , а цифры относятся к диаметру отражателя в восьмых долях дюйма. Таким образом, рефлекторная лампа MR 16 имеет диаметр приблизительно 50 миллиметров, тогда как лампы MR 11 имеют диаметр почти 35 миллиметров.

Вольфрамово-галогенные отражатели предназначены для фокусировки или коллимирования света, излучаемого лампой, как показано на рисунке 4.Фокусирующие отражатели концентрируют свет в небольшом пятне (фокусной точке) в центральной оптической оси на определенном расстоянии от отражателя (см. Рисунок 4 (b)). Отражатель этого типа имеет эллиптическую геометрию, что требует, чтобы нить накала лампы располагалась в первой фокусной точке эллипсоида, чтобы проецируемое световое пятно концентрировалось во второй фокусной точке. При проектировании светильников для фокусирующих отражателей важнейшим критерием является установка лампы на надлежащем расстоянии от входной апертуры оптической системы.Коллимирующие отражатели имеют параболическую геометрию, чтобы генерировать параллельный луч света, характеристики луча которого определяются параметрами лампы и размером отражателя (см. Рисунок 4 (c)). Угол выхода луча в первую очередь определяется размером нити накала лампы и свободным отверстием отражателя. В большинстве случаев осевая нить накала с круглым сердечником обеспечивает осесимметричный луч.

Отражатели обычно изготавливаются из стекла, но некоторые из них также изготавливаются из алюминия.Их внутренние стенки могут быть гладкими или иметь фасетки для контроля распределения света. Внутренняя структура варьируется от мелких, едва заметных зерен до крупных, выложенных плиткой граней (см. Рис. 4 (а)). В стеклянных отражателях внутренняя поверхность куполообразного отражателя покрывается (обычно осаждением из паровой фазы) для получения требуемых отражающих свойств. Стабильность размеров стеклянных отражателей превосходит стабильность металлических отражателей, а возможность выбора конкретных материалов покрытия, в том числе тех, которые могут изменять спектральный характер отраженного света, делает эти отражатели гораздо более универсальными.Металлические отражатели намного проще и дешевле изготавливать, но они ограничены в управлении спектральным выходом и более подвержены колебаниям геометрических допусков во время работы.

Если требуется весь спектр излучения, излучаемого лампой, или в случаях, когда полезен инфракрасный свет, оптимальным выбором будут металлические отражатели или стеклянные отражатели с тонким золотым покрытием. Однако там, где необходимо использовать определенные отражательные свойства для выбора длин волн посредством интерференции, оптимальными являются дихроичные тонкопленочные покрытия на стеклянных отражателях.Эти покрытия состоят примерно из 40-60 очень тонких слоев, каждый из которых составляет всего четверть длины волны света, и состоят из чередующихся материалов, имеющих высокий и низкий показатель преломления. Точная настройка толщины и количества слоев позволяет разработчикам генерировать широкий спектр выходных спектральных характеристик. Среди ламп с дихроичным отражателем наиболее полезным для микроскопии является отражатель холодного света , потому что только видимый свет в диапазоне длин волн от 400 до 700 нанометров направляется в оптическую систему (рис. 4 (d)).Инфракрасные волны излучаются через заднюю часть отражателя и отводятся от фонаря с помощью электрического вентилятора. Применение подходящих отражателей холодного света снижает общую тепловую нагрузку на систему освещения и дает свет, который можно записывать с помощью пленочных и цифровых камер.