коммерциялық емес акционерлік қоғамы

алматы энергетика және байланыс институты

  

«Өндіріс кәсіпорындарын электрмен жабдықтау» кафедрасы

 

  

Электр механикасы және  

электр техникалық жабдықтар

 

«Жарық техникасы және жарық көздері»

050718 – Электр энергетика

мамандығының барлық оқыту түрлерінің

студенттері үшін дәрістер жинағы

 

 

Алматы 2007

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: Н.А. Туканова. Г.С. Жунусова. Электр механикасы және  электр техникалық жабдықтар. 050718 – Электр энергетика мамандығының барлық оқу түрлерінің студенттері үшін дәрістер жинағы. – Алматы: АЭжБИ, 2007. – 40б.

Сипаттамаға «Жарық техникасы және жарық көздері» пәнінен 050718  - Электр энергетика мамандығының студенттері үшін Электр механикасы және  электр техникалық жабдықтар курсының дәрістер жинағы енгізілген.

. 

Без. 12, әдеб.көрсеткіші - 19 атау.

  

Пікір беруші: техн. ғыл. д-р, проф. М.В. Мукажанов.

 

«Алматы энергетика және байланыс институтының» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2007 ж. жоспары бойынша басылады.

Мазмұны

 

Кіріспе	4
1 № 1 - дәріс. Негізгі түсініктер мен шамалар	4
2 № 2 - дәріс. Көру қабілеттілігінің функциясы мен параметрлері.  Оптикалық сәулелендіру көздерінің жарықтық емес сипаттамалары	9
3 № 3 - дәріс. Жарықтандыру қондырғыларын нормаландыру. Оптикалық сәулелендіру көздері	13
4 № 4 - дәріс. Электрлік қыздыру вольфрам шамдары	17
5 № 5- дәріс. Газразрядтаушы шамдар	21
6 № 6- дәріс. Жоғары және өте жоғары қысымды газразрядтаушы шамдар	25
7 № 7- дәріс. Арнайы оптикалық сәулелендіру көздері	30
8 № 8- дәріс. Жарықтандыру қондырғыларының жарық техникалық бөлігі жобаларының негізгі қағидалары. Жарықтандыруды есептеудің әдістері	34
Әдебиеттер тізімі	39

 

Кіріспе

 Оқу жоспарына сәйкес 050718 – Электр энергетика мамандығының студенттері Электр механикасы және  электр техникалық жабдықтар курсына кіретін: «Жарық техникасы және жарық көздері» пәнін оқиды, енетін сағат көлемі келесідей: аудиториялық сабақтар -  17 сағат, студенттердің өзіндік жұмысы – 28 сағат. Осы пән бойынша есептеу-графикалық жұмысы қарастырылған, оның тапсырмалары өткен пәннің бөлімдерін студенттердің дербес бекітуіне арналған.

Курс бойынша емтиханды тапсыруға студенттер есептеу-графикалық жұмысын сәтті орындап және қорғаған соң жіберіледі.

1 № 1 дәріс. Негізгі түсініктер мен шамалар

Дәрістің мазмұны:

- жарық техникасында қолданылатын, негізгі түсініктер мен шамалар;

- шамалардың энергетикалық және жарықтық жүйелері;

- дененің оптикалық және жарық техникалық сипаттамалары;

- жарық өрісінің сипаттамалары.

Дәрістің мақсаты:

- негізгі түсініктер мен шамаларды оқу, және де оларды анықтаудың әдістері мен формулалары.

1.1 Оптикалық сәулелендіру

Сәулелендіру (радиация) электромагниттік өріс түріндегі материяның тіршілік етуінің бір түрі болып табылады. Сәулелендірудің ерекше сипаттамасы корпускулярлы-толқындық дуализм. Фотон-сәулелендірудің қарапайым бөлшегі, оның энергиясы (квант) тең болады

e=hn

мұнда h = 6.626´10^-34 Дж´с – тұрақты Планка;

n- сәулелендіру жиілігі, Гц.

Вакуумде (ауасыз кеңістік) фотондар жарық жылдамдығымен қозғалады с₀»2.9979-10⁸м/с. Фотонның корпускулярлық қасиеті оның салмағы мен импульсімен анықталады

 m_ф = e/с₀,                Р_ф= hn/c,                   l= с_0/n

 Заттың қозғалатын молекулалары мен атомдары сәулелендіру генераторы болып табылады. Монохроматикалық (біркелкі) сәулелендіруді практика кезінде алу мүмкін емес, оның орнына сәулелендіру көзінен бөлінген толқын ұзындықтары бірдей фотондар жинағын қодануға болады. Монохроматикалық сәулелендірулердің жинағынан тұратын күрделі сәулелендіруді құрайды. Жарық техникасы оптикалық сәулелендірумен жұмыс жасайды, яғни электрмагниттік сәулелермен, олардың толқындарының ұзындығы шамалап алғанда 1 нм-ден 1мм-ге дейін - рентген сәулелері мен радиосәулелендірілуі арасында жатқан (1.1 сурет).  Спектрдің оптикалық көлемі ультракүлгін (УФ) көрінетін және инфрақызыл (ИК) болып бөлінеді.

Ультракүлгін сәулелендіру – оптикалық сәулелендіру, монохроматикалық құраушыларының толқын ұзындығы 1-ден 380 нм дейін шамада болады.

Көріну сәулелендіру (жарық) –  сәулелендіруі көздің тор қабығына түсіп, көру түйсігін шақыруы мүмкін (түйсік-ішкі тітіркенуді сана фактісіне айналдыру). Көріну сәулелендіруі монохроматикалық құраушыларының толқын ұзындығы 380-ден 780 нм дейін.

Инфрақызыл сәулелендіру монохроматикалық құраушыларының толқын ұзындығы көріну сәулелендіруінің толқын ұзындығынан жоғары (бірақ 1мм ден көп емес).

Сәулелендіру спектрі – күрделі сәулелендірудің құрамына кіретін монохроматикалық сәулелендірудің құраушылары (жинағы).

Тұтас спектр – сәулелендіру болған кездегі монохроматикалық құраушылары толқын ұзындығының интервалын үзіліссіз толтыру спектрі.

Жолақ спектр – монохроматикалық құраушылары дискретті топтарды құрайтын (жолақтар), көптеген тығыз орналасқан сызықтардан тұратын спектр.

Сызықты спектр – бір-біріне тимейтін, бөлек орналасып тұратын монохроматикалық сәулелендіру спектрі.

 

1.1 Сурет - Электр магниттік сәулелендіру спектрі

 Сәулелендіру ағыны – сәулелендіру қуаты немесе жарық энергиясының қуаты, эффективті шамасы люменмен өлшенеді

Ф = dQ/dt,

Ф_е(l,dl) = dQ_e(l,dl)/dt

мұнда dQ_e, dQ_e(l,dl) – dt уақытында шығарылатын, күрделі және монохроматикалық сәулелендіру энергиясың;

Ф_е және Ф_е(l,dl) - күрделі және монохроматикалық сәулелендіру ағыны, Вт.

Жарық ағынының бірлігі – люмен (лм);

1 лм жарық ағыны, изотропты қоректену нүктесінің бірлік денелер бұрышынан шығатын 1кд (кандела)  жарық күшіне сәйкес. Көп жағдайларда сәулелендірудің қоректендіру көлемі сәулеленген обьектіге дейінгі қашықтығынан біршама аз,сондықтан да сәулелендірудің қоректендіру көзінің көлемін шартты түрде қарстыруға болады, яғни бұл көлем тұтынушыға дейінгі қашықтықпен салыстырғанда аз болғандықтан есептеуде оны алмауға да болады.

1.2 Энергетикалық және жарықтық жүйелер шамасы

Сәулелендіру күші (жарықтың энергетикалық күші немесе жарық күші) I_eab- сәулелендіру ағынының кеңістіктегі тығыздығы, сәулелендіру ағынының dФ_e бұрыштық денесі dw, айырмасына тең, оның көлемінде ағын таратылады және біркелкі бөлінеді I_eab = dФ_e/dw.

Бағыт ретінде I_eab бағытталған бұрыштары a және b бойлық және ендік жазықтықтағы, бұрыштық дененің осін dw алады (1.2 сурет). Кандела (кд) – жарық күшінің бірлігі (СИ жүйесіндегі негізгі бірліктердің бірі).

Фотометриялық дене –сәулелендіру күшінің радиус-векторларының соңымен өткізілген, үстіңгі қабатпен шектелген, кеңістіктің бөлігі. Егер фотометриялық денеде симметрияның осі болса, сәулелендіру көзі КСС –координата басынан өтетін (нүктелік қайнар көз арқылы) бойлық жазықтықтағы, жазықтықтың қимасымен сипатталады (1.3 сурет).

Жарқырау – қарастырылып отырған беттің аз бөлігіндегі жарық ағынының, осы бөліктің ауданына қатынасы.

Жарқырау лм/м² өлшенеді – бұл 1 м². –дегі шығарылатын жарық ағыны.

 

                                   

1.2 Сурет -                                             1.3 Сурет -                                                        

Сәулелендіру күшін анықтауға     Фотометриялық дененің

жазықтықпен қимасы                                      1.4 Сурет - Энергетикалық жарықтық және жарықтық түсінігін анықтауға

 

Энергетикалық жарықтандыру (сәулелену) – сәулеленген беттің нұрлы ағынының тығыздығы

Е_еср = Ф_е/А

мұнда Е_еср – беттің бөлігінің сәулеленуі dA және беттің орташа сәулеленуі А, люкс (лк). 1 лк жарықтануда 1лм жарық ағыны құлап және оның бойында біргелкі тарайтын 1 м² бет болады.

a бағытындағы дененің немесе ондағы бет бөлігіндегі энергетикалық ашық  жарығы - a бағытындағы сәулелендіру күшінің сәулелендіру бетінің жазықтық проекциясына қатынасы, осы бағытқа перепендикуляр (1.4 сурет)

L_eaср = I_ea/s

мұнда  L _{eаср -} a бағытындағы бет бөлігі dA және беттің ашық жарығы, олардың жазықтыққа проекциясы, соған сәйкес осы бағытқа перпендикуляр dA cosa және a тең болады;

d I_ea - a бағытындағы dA және А беттерінен шығатын жарық күшіне сәйкес.

Әртүрлі спектральді құрамның сәулелендіруі, күндізгі көру қабілетіне бірдей ашық жарығы, көзге әртүрлі ашық жарық болады (Пуркине эффектісі), мысалы, көгілдір түс қызылдан ашығырақ болады. Күңгірт көру аймағында эквивалентті ашық жарық түсінігі қолданылады. Белгілі бір спектральді құрамның сәлелендіруі болады, олардың ашық жарығы барлық дәрежеде сәулелендіру қуатына пропорционалды болып қабылданады, бірақ басқа спектральді құрамда, тіректегі тең жарықтық, онымен бірдей эквивалентті ашық жарыққа ие, бірақ сәулелендірудің сатндартты ашық жарығы әртүрлі болады. Эквивалентті ашық жарық, әртүрлі сәулелендіруді олардың жарық қызметіне қарай, шартты спектральді сезімталдығының анық емес функциясы кезінде де салыстыруға мүмкіндік береді.

1.3 Денелердің оптикалық және жарық техникалық сипаттамалары

Сәуле таратудың сынуы дегеніміз бір тұнық ортадан екінші ортаға өткендегі оның бағытының өзгеруі (1.5 сурет)

Шағылысу дегеніміз обьект сәулелеріндегі монохроматикалық сәулелендіру құраушыларының толқын ұзындығының өзгермей қайтуын айтамыз. Шағылысудың келесі түрлері орын алады: а) айналы – айналық шағылысу кезіндегі, шағылысқан ағынның шашырамауы: 1) құлау және шағылысу сәулелері сәуле құлауының нүктесіндегі шағылысу элементіне перпендикулярлы бір жазықтықта жатады; 2) сәуле түсу бұрышы оның шағылысу бұрышына тең; 3) ара қашықтық квадраттар заңы шағылысқан шоғырға шағылысқан беттен емес, жарық көзінен сақталады; б) диффузиялық, бұл кезде сәулелендірудің шағылысу ағыны шашылғанда, жартылай кеңістіктегі энергетикалық ашық жарық барлық бағытта бірдей болады; в) аралас – бұл кезде жартылай айналық және жартылай диффузиялық  шағылысу байқалады; г) бағытталған-бытыраңқы, бұл кезде бет бөлігіндегі жарық күшінің шағылысқан фотометриялық денесін, созыңқы айналу эллипсоидымен бейнелеуге болады, оның үлкен осі айналық шағылысу бағытында орналасады.

1.5 Сурет - Сыну заңына     1.6 Сурет - Әртүрлі материалдармен жарықты өткізу және шағылысу түрлері:  а) айналық шағылысу; б) диффузиялық шағылысу; в) аралас шағылысу; г) бағытталған-бытыраңқы шағылысу         

 

Жарықтық коэффициенті – жарықтанған беттің ашық жарығы, сол жарықтану дәрежесіндегі идеалды шашыратушының ашық жарығының қатынасына тең.

L_ид = Е/p.

Өткізу дегеніміз сәулелендірудің орталардан монохроматикалық сәулелендіру құрамаларының толқын ұзындығының өзгеріссіз өтуі.

Өткізудің келесі түрлері байқалады: а) бағытталған-бытыраңқы емес; б) диффузиялық – бұл кезде сәулелендіру ағыны, жартылай кеңістіктегі барлық бағыттағы энергетикалық ашық жарық біргелкі болып шашылады

L_t = Еt/p = const

мұнда Е – жарық ағыны түсетін беттің жарықтануы;

L_t - сәулелендіру ағыны мен жарық ағынын өткізген беттің ашық жарығы;

t - ортаның өткізу коэффициентіндегі қабаты;

в) аралас – бұл кезде жартылай бағытталған және жартылай диффузиялық өткізу байқалады;

г) бағытталған-бытыраңқы, бұл кезде жарық күшінің индикатрисасы шамамен созыңқы айналу эллипсоидымен бейнеленеді.

1.4 Жарық өрісінің сипаттамасы

Жарық өрісі – берілген жарық көзінің жарық энергиясы орынын ауыстыратын кеңісті аймағы [1]. Қоректену көзінен таңдалған бетке түсетін, сәулелендіру эффективтігін анықтайтын, сәулелендіру функциясының бағалануы ¦(j,b), таңдалған беттегі жарықтандыру, және осы беттің формасының, қоректендіру көзі элементінің қалпына байланысты.

 

 1.7 Сурет - Жазық бет бөлігінің жарықтануына

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.8 Сурет - Орташа жартылай сфералық (а) және жартылай цилиндрлік (б) жарықтануға

1.9 Сурет - Денелік бұрыш және жарық векторы түсінігіне

 

                2 № 2 дәріс. Көру қабілеттілігінің функциясы мен параметрлері.

Оптикалық сәулелендіру көздерінің жарықтық емес сипаттамалары

Дәрістің мазмұны:

-     қалыптанған көру қабілетінің процестері;

- қалыптанбаған көру қабілетінің процестері; көру қабілетінің шаршағандығы және қолайсыздық;

-    көрудің жұмыс қабілеттілігі;

- оптикалық сәулелендіру көздерінің жарықтық емес сипаттамалары (шамдар).

Дәрістің мақсаты:

- көру қабілеттілігінің функциясы мен параметрлерін оқу;

- оптикалық сәулелендіру көздерінің жарықтық емес сипаттамаларын үйрену.

2.1 Қалыптанған көру қабілетінің процестері

Сәулелендіруді көру қабілетінің сезуіне түрлендіру өте күрделі процесс болып табылады, ол бірнеше кезеңдерден тұрады, олардың әрқайсысының ақырғы ұзақтығы бар.

Абсолютті шек немесе шектік ашық жарық деп, шағылысу коэффициентінің r_ф = 0 жанында немесе обьектінің айналасында бар болатын (жоғалатын), берілген ықтималдылығы р бойынша оның анықталуын қамтамасыз ететін, обьектінің минималды ашық жарығын L_nop айтамыз.

Шектік жарқыл -  қарашықтың жарықтануы (Е_п,_бл), жарықтың нүктелік көзінен пайда болатын  (a£15¢),ашық жарықпен бірге бірінші анықталатын осы ықтималдық р, нолге жақын. Шектік жарқыл іздің көлеміне тәуелді емес:

Егер обьект жарықтанған жерде болса, онда обьектінің L₀ және фонның Lф, ашық жарықтары DL_пор,  обьектінің берілген ықтималдылығы р бойынша анықталатын немесе бар болатын (жоғалатын), минималды айырмашылығы айырмашылық шектігі деп аталады (ашық жарықтардың шектік айырмашылығы); L₀>Lф и L_p<Lф болғанда

DL_пор = ±( L₀ -Lф).

сәйкес.

Дифференциалды шектік немесе шектік контрасты деп фонның ашық жарығына шектік ашық жарықтың айырмасының қатынасын айтамыз

К_пор = DL_пор/Lф.

шектік ашық жарықтың айырмасына қарсы шама контрасты сезімталдық деп аталады.

Шектерді анықтау үшін оларды өлшеудің негізгі екі әдісін қолданамыз: шектеу әдісі және тұрақты стимулдар әдісі.

Көрудің өткірлігі – көру мүшесінің бір-біріне өте жақын орналасқан (бұрыштық шамада) екі нүктені, сызықты, квадратты немесе басқа мүсіндерді бөлек көру қасиеті. Көру өткірлігінің шамасы, әлі бөлек қабылданбайтын екі обьектінің арасындағы шектеулі аз бұрыштың (әдетте бұрыштық минуттарда) кері шамасымен бағаланады. a = 1¢ болғанда u=1. Көру өткірлігі қарашық диаметріне тәуелді, ол көз торындағы заттардың бейнелену шекараларының анықтығына әсер етеді. Көру өткірлігінің максималдығы қарашықтың диаметрі 3¸4 мм байқалады. Монохроматикалық сәулелендірумен жарықтандыруда көру өткірлігі жоғарылайды да сары сәулелендіруде l = 580 нм максимум мәнге жетеді .

Обьектінің көрінуі – фонмен бақылау контрасты обьектісінің шектік контрастыға қатынасы.  Көріну шектің санымен өлшенеді және көру талдаушысының, обьектінің түрінін ажыратпай және обьектіні танымай, яғни белгілі класқа қатынасын  бақылау қасиетін сипаттайды. Бақылау обьектісінің көрінуі

V_вид = К/К_пор

мұнда  К және К_пор – фонмен контрастығы және обьектіні бақылауды табудың ықтималдығы  р=0.5 шектік контрасты.

Обьектінің фоны мен біртүстілікті көруді келесі шамалармен бағалау ұсынылады

V_вид = lg(10К/К_пор).

Обьектіні көрудің максималды шамасы жарықтанудың шарты шектік контрасты минималды болғанға дейін болады.

2.2 Қалыптанбаған көру қабілетінің процестері, көру қабілетінің шаршағандығы және қолайсыздық

Адаптация- жарықтандырудың өзгеру шартына көздің үйренуі.

Адаптациялану механизмінің арқасында көру жүйесі қарашықтың жарықтандыруы кең диапазонда жұмыс жасауға қабілетті. Адаптацияны екі түрге бөледі – қараңғыланған және жарықтық.

Қараңғыланған адаптация –көру аумағы төменгі ашық жарық кезінде көздің жұмысқа бейімделуі. Қараңғыланған адаптация көру аумағының ашық жарығы төмендегенде болады, яғни күндізгі көру шартынан түнгі көру шартына ауысқанда

Жарықтық адаптациясы - көру аумағы жоғары ашық жарық кезінде көздің жұмысқа бейімделуі. Жарықтық адаптация көру аумағының ашық жарығы жоғарылағанда болады

Көру индукциясы. Тікелей тітіркендірушілердің эффектісін әлсіздентіретін және жоғарылататын. жарықтың теріс тітіркендірушілерінің әсері индукция деп аталады. Тікелей тітіркендіруші жарық эффектісінің жоғарылауы – жағымды индукция; тікелей тітіркендіруші жарық эффектісінің әлсізденуі – теріс индукция. Теріс индуктивті әсерге мысал ретінде көру аумағындағы таратылудың қалыпсыз кезіндегі, және де көру аумағында ашық жарық қоректену болған кездегі көру функциясының төмендеуі. Мұны шағылысу деп атайды.

Көру аумағында жоғары ашық жарықта, оның орталықтағы ашық жарығымен салыстырғандағы көру функциясының төмендеуі тұтылған бүркеніштің пайда болуымен түсіндіріледі.

Ашық жарықтың шектелген айырмашылықтарының қатынасы, егер көру аумағында жарқылдың қоректендіруі (∆L_пор)  болса және көру аумағындағы ашық жарықтың (∆L_пор)_s бірқалыпты таратылуы шағылысу коэффициенті деп атау қалыптасқан.

S = (∆L_пор)_s /∆L_пор = 1 + β/L_ад.

Шағылысудың көрсеткіші ретінде жиі қолданылады

P = (S—1)×10^-3.

Теріс индуктивті әсердің басқа мысалы қолайсыздық құбылысы, жарықтанған кеңістіктегі ашық жарықтың таратылуы қанағаттанбайтын кездегі ыңғайсыздық немесе қатаю деп түсіндіріледі. Бұл кезде көру функциясының төмендеуі шартты емес, тек көрудің ыңғайлы шарты бұзылады, ол уақыт өте байқалады: қолайсыздық сезімін тудыратын ортада ұзақ уақыт болу, назар бөлінуі, шоғырланудың азаюы, және де көрулі және жалпы шаршауға алып келуі мүмкін.

2.3 Көрудің жұмыс қабілеттілігі

Көрудің жұмыс қабілеттілігі (КЖҚ) – көру жұмысын жасаудың қабілеті және көру функциясындағы жұмылдырудың жоғары дәрежесін сақтау. Көрудің жұмыс қабілеттілігі көру мүшесінің белгілі бір уақыттағы жұмыс жасауын және еңбек өнімділігі мен жұмыс сапасына әсерін анықтайды, ол әртүрлі функциялардың жағдайына: қараңдаудың қосылған критикалық жиілігіне, көрудің өткірлігіне, айырудың жылдамдығына, көруге, адиспаропияның уақытша шегіне және т.б. байланысты бағаланады

Жалтыл – бақылаушы қоректенудің көлемін қабылдамаған кездегі, жарық көзін бақылауды қолданудың шамасы. Жалтыл жарықтандырумен өлшенеді, ол жазықтағы қоректенуді тудырады, сәулеге перпендикуляр болады және бақылаушының қарашығынан өтеді.

Эффективті жалтыл

мұнда t_эф – инерция уақыты;

E(t) – жалтыл кезіндегі өзгеру функциясы;

f(t) – көру инерция функциясы; t -  жалтылдың уақыты.

Стробоскопиялық әффект – белгілі бір жиілікте өзгеріп отыратын жарықтандырылған заттың өзгеру ықтималдылығы немесе қимылдың тоқтауы. Егер айналып тұрған қара секторы бар ақ дискіге жарық түсірсек, сектор бізге былай көрінуі мүмкін: қозғалыссыз егер ν_всп = ν_вращ теріс бағытқа жай айналғандай егер ν_всп < ν_вращ; сол бағытқа жай айналғандай егер ν_всп < ν_вращ, мұнда ν_всп и ν_вращ – жарқ етудің жиілігі және дискінің айналуы. Стробоскопиялық әффект заттың жарық қорегімен жарықтандырылуының  айналуы немесе уақытпен орын ауыстыруы, оның ағыны белгілі бір жиілікте нольдік мәннен максималды мәнге дейінгі өзгеруі, мысалы айнымалы кернеуден қоректендірілетін ЛШ.

Айырудың тездігі (анықталу жылдамдығы) – обьектіні бақылаушы байқағанша көру аумағында болатын минималды уақыттың кері t_min, шамасы. Айыру уақыты секундпен өлшенеді. Айыру тездігі былай сипатталады

1/t_min = a + b´lgL_ф.

Интенсивті және ұзақ көру жұмыстары немесе еңбек шартындағы қолайсыз жағдайлардың әсері КЖҚ уақытша төмендеуіне алып келеді, яғни көрудің шаршауына.

2.4 Оптикалық сәулелендіру көздерінің жарықтық емес сипаттамалары (шамдар)

Механикалық және климатикалық: параметрлері: вибротөзімді және виброберік; соққыға беріктік; цокольдің колбаға нығайтылуының беріктігі; ішкі қысымға және тітіркенуге; қоршаған ортаның температурасына беріктігі; ылғалға және химиялық агрессивті ортаға қарсы беріктігі. Бұл параметрлердің сандық мәні белгіленген стандарттар мен шамның техникалық шартында көрсетіледі.

Мәңгілік, беріктік және тұрақтылық параметрлері: қызмет етуінің толықтығы Т_полн – шамдардың қосылған уақыттан бастап функциялануын тоқтатқанға дейінгі жануының жинақталған уақыты; орташа немесе номиналды қызмет етуі  Т – осы топтамаға енетін барлық шамдардың жинақталған қызметінің орташа арифметикалық мәні;  қызмет етуінің кепілдігі т_г - өнеркәсіптен шығарылған кез-келген шамның жануының жинақталған уақыты; пайдалы қызмет етуі Т_п – шамның немесе шам топтамасының жинақталған жану уақытының экономикалық және техникалық пайдалылығы; нақты қызмет етуі Т_р – нақтылай қлодану кезіндегі шамдардың жану ұзақтығының орташа ұзақтығы;  тоқтауға дейінгі қосылу саны – жарық берудің жалпы уақытының тоқтауы, қыздыру денесінің күйіп кетуінен немесе шамның жанбауынан, яғни жарық ағынының орнатылған дәрежеден немесе нөлге дейін төмендеуі; тоқтамай жұмыс жасаудың ықтималдылығы; жарық ағынының тұрақты коэффициенті v – жарық ағынының номиналды мәнін көбейтетін сан, ол қызмет етудің орташа мәнін алу үшін қажет (v = Ф_СР/Ф).

Шамның үнемділігі  жарық берумен сипатталады h_n,, яғни шамнан бөлінген жарық ағынының электр қуатына қатынасы

h_n = Ф/Р.

Шамдарды қолданғанда келесі талаптар сақталуы қажет:

- шамдарды тағайындалуы бойынша қолдану қажет, яғни соған арналған жарық аспаптарында, сондықтан да әрбір шырақта немесе оның төлқұжатында шамның максималды өтетін қуаты, оның түрі және басқа мәліметтері көрсетіледі;

- жүйедегі кернеулер шамдарда көрсетілген кернеулермен толық сәйкес болуы керек;

- шамдарға арналған техникалық шартта қарастырылған климаттық факторлардың сәйкестігі, мысалға дұрыс орындалған ЛШ жұмысының шартты ылғалдығы 98 % жоғары емес интервалы -60 тан +50 °С  дейін және ішкі қысымы 680-1010гПа (550-760 мм рт. ст.) арналып есептелген. Көптеген арнайы шамдарға бұл интервалдар біршама кең;

- шамдарға нәзік электр-өрт қауіпті зат ретінде қарау қажет;

- шамдардың кеңістіктегі жұмыстық орнын ұсынылған қалыпта сақтау керек.

 

                3 № 3 дәріс. Жарықтандыру қондырғыларын нормаландыру.

Оптикалық сәулелендіру көздері

Дәрістің мазмұны:

- жарықтандыруды нормалаудың міндеті мен мақсаты;

- табиғи жарықтандыруды нормалаудың критерияларын таңдау.

Дәрістің мақсаты:

- жарықтандыру қондырғыларын нормалаудың қағидаларын оқып білу.

3.1 Жарықтандыруды нормалаудың мақсаты мен міндеттері

Жасанды және табиғи жарықтандыруды нормалау – бұл жарықтандыру қондырғыларын (ЖҚ) қолдану процессіндегі сандық дәрежесін және сапалық көрсеткіштерін қамтамассыз ететін нормалар және ережелерді белгілеу. Жарықтандырудың ережелері мен нормалары сәйкестелген нормативті құжаттармен белгіленеді, оның негізінде әдетте физикалық сәулелендіру аумағындағы ғылыми зерттеулердің материалдары, көру физиологиясы, еңбек тазалығы, жарықтандырудың техникасы мен экономикасы және басқа да туыстас ғылымдар орнатылған, сонымен қатар елдің материалды және энергетикалық ресурстары есепке алынады. Нормалаудың мақсаты мен есебі жарықтанған бөлмеде жарық ортасын жасау, ЖҚ көздік эффективтілігін қамтамасыз ететін көру физиологиясын, еңбек тазалығын, қауіпсіздік техникасын және т.б. электр энергиясының және де басқа материалды ресурстардың минималды шығынын, және де ЖҚ қолданудағы, жөндеудегі еңбек шығыны талаптарын есепке алудың шарты болып табылады. ЖҚ эффективтілігінің көрсеткіштерін таңдау оның функционалды қызметімен анықталады. Бөлменің жарық (жарықтүсті) ортасы уақытпен таратылуымен және спектральді сипаттамасымен, және де жасанды және табиғи жарық көздеріндегі спектрдің көрінетін бөлігінен бөлінетін жарық ағынының кеңістіктегі тікелей және шағылысуымен анықталады, ал оның психофизиологиялық қимылы адамның жалпы жағдайымен сипатталатын өлшемдермен бағаланады.

Өндірістік жарықтандырудың қызметі, көру тапсырмаларын қамтамасыз ету, ЖҚ эффективтілігі өндіріс технологиясынан шығатын, немесе дәлдік көру жұмыстар жасалатын қоғамдық ғимараттардың бөлмелерін жарықтандырудағы, еңбек өнімділігінің (ЕӨ) дәрежесінде, көру есебін дұрыс жасаудың ықтималдылығымен, көру дәрежесімен және т.б. анықталады. Қалалардағы сыртқы жарықтандыру (СЖ) қондырғысының эффективтілігі көлік жүргізушісінің көру дәрежесімен немесе оның жұмысының апатсыздығымен бағаланады.

Нормативті құжаттардағы ЖҚ эффективтілігінің көрсеткіштерінің тікелей регламентациясы тікелей нормалау әдісі деп аталады және ережелермен белгіленген параметрлерді орнатудың мүмкіндігінше дұрыс әдісі болып табылады. Дүниежүзілік практикада нормативті құжатттарды жасағанда ЖҚ көрсеткіштері тек қана нормалаудың критериялері болып қолданылады, ал жарықтандырудың белгіленген сипаттамасы ретінде, жарықтандыру, цилиндрлік жарықтандыру, табиғи жарықтандырудың коэффициенті (ТЖК), ашық жарықтық және т.б. сияқты шамалар қабылданады. ЖҚ көрсеткіштерінің белгіленген әдістерін қолдану нормалаудың жанама әдісі деп аталады.

Көз ашық жарыққа әсер ететіндіктен, орнатылу кезінде жарықтандырудың сипаттамасының нормаланған параметрі ретінде, әдетте жұмыстық беттің шағылысу коэффициенті саналады. ЖҚ нормаланған параметрі ретінде жарықтандыруды таңдау,  зерттеулер санының көп болуымен, ЖҚ эффективтілігінің көрсеткіштерімен (еңбек өнімділігі, көздік жұмыс қабілеттілігі – КЖҚ, көру және т.б.) және ашық жарықпен түсіндіріледі. Бұл нормалаудың таңдалған критерияларына байланысты әртүрлі көру тапсырмаларына жарықтандырудың дәрежесін белгілеуге мүмкіндік береді. Өндірістік жұмыс процессіндегі зат, оның бөлігі немесе ондағы ақауды анықтау бақылау обьектісі деп аталады (анықтау, ажырату).

Жарықтанған обьектідегі (микротарату) ашық жарықты (жарықтандыру) таралу ажыратытылған бөлік пен фонның айырмасын анықтайды, ол көлемді бөліктерді жарықтандыруда ерекше маңызды; бұл сапалық параметрлердің шегі жарықтандырудың айырмасы болуы мүмкін.

Жарықтанған кеңістіктегі ашық жарықтың біркелкі емес таралуы (макрораспределение), біркелкілік емес коэффициенті N деп бағаланады, ол сезімталдықты айырудың төмендеуіне және КЖҚ дұрыс болмауына алып келеді. Жоғары ашық жарықтыққа ие жарқыраған бет, жұмысшылардың көз шамасынан алыс орналасуы, шағылысуға және ыңғайсыздық сезіміне, және де сезімталдықты айырудың және көздің басқа функцияларының төмендеуіне алып келеді. Бұл шағылысу көрсеткіші Р және ыңғайсыздық көрсеткіші М.  Фл уақытпен өзгеруі, жекелеп алғанда ГШ әсерінен болатын, оның периодтық тербелісі критикалық жиіліктен жоғарылауы, шаршағандықтың жоғарылауына және КЖҚ төмендеуіне алып келеді, ол жарықтандырудың пульсация коэффициентімен Кп сипатталады. Қабылданған нормалау әдісіне тәуелсіз нормативті құжаттардың жұмысына жарықтанған бөлменің жарық ортасындағы қолайлы жағдайының сандық және сапалық көрсеткіштерінің жинақталған регламенттерін қамтамасыз ету, яғни аз шаршаған уақыттағы мүмкін болатын жоғары жұмыс қабілеттілігін, және де интерьердің эстетикалық қабылдауын.

Жарықтандыруға кететін электр энергиясының және басқа да материалдық ресурстардың шығыны ЖҚ берілген параметрлерінің дәрежесімен ғана емес, сонымен қатар таңдалған жобалау есептеулеріне де байланысты. Қазіргі уақытта ЭЕМ көмегімен ЖҚ жобалау есептерінің нормативті нұсқаулардың сақталуын қамтамасыз ететін, техникалық-экономикалық көрсеткіштердің оптималды шамасын қабылдауға болады. Бұл есептеулер негізі жарық көздерінің эффективтілігіне және қолдану процессі кезіндегі олардың жарық ағыны сәулесінің тұрақтылығына байланысты.

3.2 Табиғи жарықтандыруды нормалаудың критерилерін таңдау

Табиғи жарықтандырудың тұрақсыздығынан тәулік бойындағы және жылдың әртүрлі уақытындағы жарықтандырудың осы түрінде сандық бағалау шартты шамамен – табиғи жарықтандыру коэффициентімен (ТЖК) өткізіледі, ол бөлменің кейбір нүктелерінде аспан жарығымен пайда болатын (тікелей немесе шағылысудан кейін), толық ашық аспаннан болатын, іштегі көлденең жарықтанудың біргелкі шамасы, табиғи жарықтандырудың қатынасына тең. Әдетте ТЖК процентпен белгіленеді.

Табиғи жарықтандыруды нормалауды құрастырған кезде нормалаудың критериясы ретінде көру қабылданады. Өнеркәсіптік ЖҚ көрудің дәрежесі табиғи жарықтанудағы сол нүктенің жұмыстық шамасына байланысты көру дәрежесі әртүрлі нүктеде қабылданады.

Табиғи жарықтандырудың көру дәрежесі жасанды жарықтандырудағы сол шамаға теңестіріледі, жарықтандырудың нормаланған минималды мәні үшін ұсынылған ТЖК минималды шамасын алуға болады

Жасалған есептеулер табиғи және жасанды жарықтандырудағы көру дәрежесінің айырмасы 10 % аспайтынын көрсетті. ТЖК нормаланған шамасы жобаланған ғимараттар мен құрылыстардың орналасқан жарық климатына байланысты. Технология шартында, өндірістік ұйымдарда немесе құрылыс орынының климатына байланысты көлемдік-жобаланған есептеулерде, белгіленген норма бойынша табиғи жарықтандыруды қамтамасыз етпейтін жағдайларда, араласқан жарықтандыру қолданылады.

Араласқан жарықтандырудағы ТЖК нормаланған шамалары көру жұмыстарының разрядын, табиғи жарықтандырудың жүйесін, жарық саңылауларының жарық активтілігін, жасанды жарықтандырудың ЖҚ параметрлерін, ғимараттағы және құрылыстағы орналасқан жылуға, вентиляцияға, климаттық зонаға кететін шығындарды,  есепке алып табиғи және жасанды жарықтандырудағы келтірілген жалпы шығынның минималды шартына байланысты қойылған.

Қызметінің принципі және анықтамасы. Жасанды жарық көздері (ЖК) деп энергияның бір түрін жарықтандыру көзіне (толқын ұзындығы 1 ден 10^б нм болатын электр магниттік сәулелендіру) айналдыруға арналған құрылғыны атаймыз.Физикалық табиғатына байланысты жарықтандыру көзінің екі түрін байқаймыз: жылулық және люминесценциялау.

Жылулық деп дене қызғандағы пайда болатын жарық көзін атаймыз. Қатты денелерде ол үздіксіз спектрге ие, ол дененің температурасына және оның оптикалық қасиетіне байланысты болады. Жылу шығарушылар деп жылумен сәйкестендірілген барлық көздерді айтамыз: электрлік ЛШ, қарапайым көмір доғасы, барлық жалындық жарық көздері.

Люминесценциялау деп спонтанды сәулелендіру, жылулық сәулеленуден асатын, егер оның ұзақтығы сәйкестендірілген сәулелендірудің электр магниттік толқынындағы тербеліс периодынан біршама асатын болса. Люминесценттік газ тәрізді, сұйық және қатты денелерде байқалады. Әртүрлі қоздыру жағдайының арқасында жарық шығару қасиетіне ие қатты және сұйық заттар, люминофорлар деп аталады.  Люминесценттік спектр бөлек сызықтардан  (бөлек сәулелендірілген -атомдар мен иондардан), жолақтардан (молекула шығарушы) және үздіксіз бөліктерден (қатты және сұйық денелер жасаушылардан) тұруы мүмкін. Люминесценциялау кезінде жылулық қоздыруға қарағанда жарықтандыру көзіндегі өтетін энергияның басқаша эффективті түрде айналдыру мүмкін, өйткені люминесценциялау денені қыздыруды қажет етпейді.  Жарық көздерінде люминесценттеудің келесі түрлері кездеседі.

Электрлі люминесценциялау – атомдардың, молекулалардың, сұйық және қатты денелердің электрондардың (иондар) соққысы әсерінен, қоздыруға жететін жылдамдықпен қозғалатын жарықтандыру көздері. Разрядты жарық көздерінің сәулелендірілуі (газ разрядтаушы шамдар - ГШ) газ бен будың электрлі люминесценциялауын байқатады. Электрлі люминесценциялаудың әр түрі электрлі люминесценциялаудың панельдері мен жарық беруіш диодтарда қолданылады.

Люминофорлардың қажетті жылдамдықпен электрондардың шоғыры әсерінен жарқырауы катодолюменесценция деп атайды (иондар-ионолюминисценция). Ол электронды-сәулелі түтікшелерде, кинескоптарда және басқа аспаптарда қолданылады.

Фотолюминисценция –жарықтандыру көздерініңі денелерін жұтудан пайда болатын, жарықтандыру көздері. Булар мен газдарда фотолюминисценцияның көптеген түрлері байқалады, флтондардың жұтылуынан және жұтушы атомдар, иондар және молекулалар энергиясымен анықталады, мысалы будың және газдың резонансты флюоресценциясы және ГШ сәулелендіруде үлкен қызмет атқаратын көптеген басқа түрлері. Люминофорлардың фотолюминесценциясы люминисцентті және басқа да ГШ кеңінен қолданылады. Радиолюминисценция -  радиоактивті заттардың шашылудың әсерінен болатын кейбір заттардың жарықтандыру көздері

Жарық көздерінің параметрлері (шамдар). Шамның сәулеленуі ағынмен (жарық) Ф_е (Фu), сәулелендіру күшімен 1_е (жарық күші I_v), энергетикалық (жарық) ашық жарықпен L_e(L_v), жарықтанған дененің бетіндегі таралуымен, бағытталуымен жоғарыда аталған шамалардың спектральді тығыздығымен (сәулелендіру спектрі) сипатталады. Шамның сәулелендіру түсі қосымша параметрлермен сипатталады:  түстің координатасымен х и у, түс температурасымен Т_цв  және жарық беру индексімен; жалпы R_a және арнайы Ri; ДРЛ шамының сәулелендірудің түсі «қызыл қатынас» деп бағаланады. Электрлі режим шамның қуатымен Р_л, шамның жұмыстық кернеуімен U_л,  қоректендірудің кернеуімен U_с, тоқпен I және тоқтың түрімен (тұрақты, айнымалы f жиілігімен және т.б.). ГШ электрлі режимдерін қарастырғанда келесі түсініктер енгізілген: іске қосқыш аппараттардың қуатының шығыны (ПРА), шам қуатының коэффициенті (Kл) және іске қосқыш аппараттардың шамы (cosj), разрядтың қосылуы мен өшірілуіне байланысты кернеудің бірнеше жолы, іске қосу режимі және басқалар.

Жарық көздерінің негізгі түрлері (ЖК), пайдалану аумағы және даму тенденциясы. Қазіргі замандағы жарық көздері электрлі категориясына жатады. Жұмыс жасау қағидасы бойынша оларды екі үлкен топқа бөлуге болады, олар бірігіп барлық жарық ағынының 98 - 99 % өндіреді. Бұлар ЛШ және ГШ. Массалық жарық көзі болып жасанды жарықтандыруда қолданылатын жарықтандыру шамы табылады, оларға барлық өндірілген электр энергиясының 13 % шығындалады. Мұнда жасалатын нәтиже, жарық берудің жоғарылауы және қызмет ету мерзімі, жану кезіндегі жарық ағынының төмендеуі және жарықтандыру шамының бағасының төмендеуінің маңыздылығы. Барлық жарықтандыру көздерінің ішінде ЛШ қолдаылуы бойынша бірінші орында тұр. Шамдарды қолдануды кеңейту тек қана жарықтандыруда емес, сонымен қатар сәулелендіру және жарық сигналын беретін қондырғыларда өсуде, сонымен бірге әртүрлі қызметі көрінетін ғана емес УФ және ИҚ сәулелендіруде кеңінен қолданылуда. Әсіресе әртүрлі параметрі бойынша қоректендіру көзін жасайтын ГШ құрастырылғаннан кейін бұл пайдалану аумағы кеңейді.

 

4 № 4 дәріс. Электрлік қыздыру вольфрам шамдары

Дәрістің мазмұны:

- қыздыру шамдарының дамуындағы негізгі кезеңдер;

- ҚШ құрылысы ;

- галогенді қыздыру шамдары.  

Дәрістің мақсаты:

- қыздыру шамдарымен танысу және олардың негізгі параметрлері.

4.1 Қыздыру шамдарының дамуындағы негізгі кезеңдер.

Өткізгіштерді тоқпен қыздыру арқылы жарықты алудың тәжірибесі 1800 ж. электр тоғының жылу әсері ашылғаннан кейін басталды. Осы аумақтағы көптеген жұмыстар көп жылдар бойында сәтті нәтижелер бермеді. Тек 1873 жылы орыс өнертапқышы А.Н.Лодыгин (1847 - 1923) жеңіске жетті, ол қазіргі заманғы қыздыру шамына ұқсайтын, жарық көзін ұсынды.

Шыны баллондағы көмір стерженьі, оның ішіндегі оттегі тоқ өткеннен кейін көмірдің жартысы өртенуі есебінен, көмірдің қалған бөлігі біразға дейін жұмыс жасады, яғни жарық шығарды. 1879 жылы американдық өнертапқыш Т. А. Эдисон (1847 - 1931) Лодыгин шамындағы идеялар негізінде бірқатар шамдарды жасады, қыздыру денесі ретінде ұзын және қысқа бамбук талшықтарын  өртеу арқылы алынған көмір жібін пайдаланды. Сонымен қатар ол баллондағы ауаны шығару жолын енгізді. 1913 жылы американдық физик И. Ленгмюр ҚШ бейтарап газбен толтыруды және қыздыру денесі ретінде жіптің орнына спираль қолдануды ұсынды. Бұл шаралар вольфрам сымдарының жоғары температуралы себілуін азайтып, осының арқасында шамның қызмет ету мерзімін ұзартуға көмегін тигізді. 1959 жылы кварц колбасындағы галогенді шамның (ГЛН) жасалуы жылу жарық көздерінің дамуындағы жаңа үлкен жаңалық болды, олар қазіргі заманда кеңінен қолданылуда.

4.2 ҚШ құрылысы 4.1суретте. Негізгі бөлігі қыздыру денесі болып табылады. Ол жіп, спираль, биспираль, триспираль, әртүрлі көлемде және формаларда болуы мүмкін. Қыздыру денесі вольфрамды сымнан жасалады, оның балқу температурасы жоғары (3650±50 К) және булану жылдамдығы 3000 К кезінде 9.9-10^-3 г/(м²с), ол жоғары жұмыс температурасында көлемін сақтайды және механикалық жүктемеге төзімді; ыстық кезінде майысуға бейім, осының арқасында калибрацияланған тесіктер арқылы оны созып өте кіші диаметрдегі жіптер алуға болады; жіңішке сымдар жақсы спиральданады.

Қыздыру денесі 1 кеңістікте тоқ кірмелері 2 мен ұстағыштардың 3 ішкі үзбелері арқылы бекітеді . Шамдардың түрлеріне байланысты кірмелер бір-, екі- және үш үзбелі болуы мүмкін. Үш үзбелі кірмелер ішкі үзбеден, олар никел, ферроникель, мыс және платиниттен – шамның түріне байланысты, орта үзбе, шыныға дәнекерленген (көп бөлігі платиниттен) 4 және сыртқы үзбеден (шықпалар) 5, әдетте мыстан немесе платинадан тұрады.

Кірмелер және ұстағыштар аяқшалардың негізгі бөлігі болып табылады. Бұл шамдардың конструктивті шыны түйіні болып табылады, онда кірмелер мен ұстағыштардан басқа, толы және бос денелі штабик 6 линзасы 7 бар, шыны бос денелі штенгельден 8 және шыны трубка-тарелка 9, төменгі жағында жайылған (развертка 10), күрекшелер 11 аумағында шыны элементтермен бір конструкциямен қосылып дәнекерленіп штампталған. Аяқшалар шамның қыздыру денесін ұстап тұруға арналған және колбамен 12 бірге шамды герметизациялайды.

Қалыпты жұмыс жасау үшін аяқшалар қыздыру денесімен бірге шыны колбаға 12 салынады; колбаның тұмсығы 13 тарелка жайылғышымен саңылаусыз (герметично) дәнекерленеді; штенгель және  ауа сорғыш саңылау 14 арқылы колбаның ішіндегі кеңістіктен, ауаны сорып шығарады (газ толтырылған шам болған жағдайда инертті газ ендіреді); соңына штенгель дәнекерленеді, ол шамның ішкі кеңістігін қоршаған ортадан оқшауламаның толық саңылаусыздыған қамтамасыз етеді.

Қолданғанда оңай болуы үшін шамның тұмсығына 15 цоколь көпіршелері арқылы цоколь бекітеді, корпусқа 16 және контактілі пластинаға 17 электродтар кірмелерін дәнекерлейді немесе пісіріп жапсырады.

4.1 суретте келтірілген түйіндер мен бөлшектер барлық ҚШ бар, бірақ кейбір ҚШ түрлерінде жекеленген түйіндер мен бөлшектер оңайлатылған немесе жоқ. Бірақ та барлық электрлік ҚШ  жекеленген түйіндер мен бөлшектердің негізгі функциялары өзгерусіз қалады.

ҚШ классификациясы  көбінесе екі белгі бойынша жасалады: тағайындалуы және құрылысына байланысты (дайындау әдісі). Барлық ҚШ әдетте жалпыға тағайындалған және арнайы тағайындалған шамдар деп бөледі. Классификация негізінде құрылысы бойынша шамдарды топтастыру қағидасы жатыр, оларды бір типті технологиялық қондырғылармен жасауға  болады. Бұл алдымен колбаның формасы мен көлеміне байланысты анықталады, аяқшалардың құрылысы мен көлемі, қыздыру денесі, кірмелер, цоколь түрі соған тәуелді, сондықтан да технологиялық қондырғылар сипаттамасы сәйкес келеді.

Қыздыру шамдары басқа да белгілермен классификацияланады, мысалы кернеумен, қуатпен, қыздыру денесін қоршаған ортаның сипаттамасымен (вакуумдық, газ толтырылған, яғни аргондық, криптондық, құрамында әртүрлі азоты бар ксенондық, галогендік – толтырғыш газға белгілі бір галогеннің бөлігі қосылған).

ҚШ  спектральді және түстік параметрлері. ҚШ  бірқалыпты (үздіксіз) сәулелендіру спектріне ие. шамамен жоғары емес Жұмыстық дененің қыздыру температурасы (2400 - 2600 К, сонымен бірге Т_цв » 2500¸2700 К) ЛШ көрінген сәулелендіруде қызғылт-сары – қызыл сәуле басымырақ. Сондықтан да, осындай шамдармен жарықтандырғанда «жылы» түстік түрлер күшейеді және «суық» түстер әлсірейді, ол жарық берудің жоғары сапа беруіне кедергі жасайды.

Геометриялық және конструктивті параметрлер – бұл габаритті өлшемдер (шамның толық ұзындығы 1, колбаның диаметрі d_K); таңдалған цоколь мен потрондармен анықталатын қосылу өлшемдері, жарық орталығының биіктігі h; қыздыру денесінің формасы мен орналасуы; аяқшалардың құрылысы, колбаның формасы, цоколь түрі.

4.3 Галогенді қыздыру шамдары. ГҚШ жұмыс жасау принципі колбаның қабырғасындағы ұшқыш қосылымдар – вольфрамның галогендері, қабырғадан буланып, қыздыру денесіне жайылады және оған буланған вольфрамның атомдарын қайтаруына негізделген.

4.1 Сурет - Электрлік қыздыру шамының сұлбалық (принципиалдық) бейнесі

4.2 Сурет - Йодты-вольфрамды қайтару циклі әсер етудің оңайландырылған сұлбасы

 

Галогенді қыздыру шамдары қарапайым шамдарға қарағанда уақыт бойынша тұрақты жарық ағынына, және жоғары қызмет көрсету мерзіміне, сонымен қатар көлемі кіші, кварцты колбаны қолданғандықтан жоғары термо төзімділікке және механикалық беріктікке ие. Кіші көлемі және қабыршығының беріктігі шамды қымбат тұратын ксенонмен жоғары қысымға дейін толтыруға мүмкіндік береді және осы негізде бұдан да жоғары жарықтықты және жоғарылатылған жарық беруді (немесе созылған физикалық қызмет ету мерзімі) алуға болады.

Қыздыру денесі вольфрамды ЛШ-ғы галогенді қоспа тұйықталған химиялық циклді тудырады. Бұл циклдің мысалы 4.2 суретте йод мысалында сұлба түрінде көрсетілген.

Йодты-вольфрамды циклге келесі талаптар қойылады:

1. Колбаның ішкі қабырғасындағы температура барлық жерде 250 және 1200 °С жоғары болмауы керек ;ең дұрыс температура 500 - 600 °С, сондықтан да колбаны кварцтан жасап оған температура жақсы таралуы үшін қажет форманы жасайды.                                                                                                         

2. Қыздыру денесінің минималды температурасы 1600 °С жоғары болуы қажет.

3. Йод, шамның қабырғасында WI₂ басқа ешқандай химиялық қоспалар қалдырмауы қажет, сондықтан да галогенді шамдарда йодпен активті түрде өзара әсер ететін никель және молибденді, алюминий, цирконий және фосфорлы газ жұтқыштар қолдану болмауы керек.

4. Йод шамасы дозаланған; йод буы әсіресе 500-520нм аумағында көрінетін сәулелендіруді жұтатындықтан, шығынды компенсациялау үшін йодтың артық болуы мүмкін болмауы керек.                

Йодты-вольфрамды цикл вольфрамның колба түбінде қалуына кедергі жасайды, бірақ қыздыру денесіндегі ақаулы бөліктерге оның бөліктерін жеткізуді қамтамасыз етпейді. Сондықтан да йрдты шамдардағы қыздыру денесінің күйіп кетуі, қарапайым ЛШ сияқты болып қалады. Йодты ГЛШ қолдану оның кейбір кемшіліктерін анықтады: металлды бөлшектерге деген агрессивтігі, дозалаудың қиындығы, сары-жасыл аумақтағы сәулелендірудің біршама жұтылуы. Басқа галогендер (бром, хлор, фтор), одан да агрессивті болғандықтан, таза күйінде оларды алмастыра алмайды. Қазіргі уақытта ГЛШ-дың басым бөлігінде галогендердің химиялық қоспасы қолданылады.

ГҚШ құрылысы 4.3 суретте көрсетілген. Шамның колбасы - жіңішке ұзын кварцты түтік 1; қыздыру денесі – колбаның осіндегі ұзын сызықты вольфрамды спираль 2, вольфрады ұстағыштармен бекітілген 3. Түтіктің екі жағында орналасқан вольфрамды кірмелер 4 шықпалармен байланысқан 5 кварцқа молибден фольгасымен 6 түйістірілген. Штенгельдің ажыратылған 7 орны колбаның жанындағы қабырғада орналасқан. Колба-түтіктің диаметрі және қыздыру денесінің орналасуы ГҚШ жанғанда қабырғадағы температура 500-600°С тең болуы қажет, 250 және 1000°С жоғары емес болып таңдалуы қажет.

4.3 Сурет – Йодты-вольфрамды циклді түтікшелі қыздыру шамы

 

ГҚШ қыздыру денесі арнайы маркалы вольфрамды сымдардан, көбінесе спираль түрінде жасалады, шамда электрод және ұстағыштар арқылы қажет форма беріледі.

ГҚШ негізгі түрлері. Галогенді шамдар жалпы жарықтандыру шырақтарында және прожекторларда; инфрақызыл сәулелендіруде; кинофототүсірілімде және телевизиялық жарықтандыруда; автомобиль фарларында; аэродром оттарында; арнайы қолданылатын оптикалық аспаптарда қолданылады. ГҚШ конструктивті қасиетіне қатысты екі топқа бөлінеді: қыздыру денесі ұзын спиральді ГҚШ ұзындығының диаметрге қатынасы 10 – сызықты немесе түтікті шам; қыздыру денесі ықшамдалған ГҚШ ұзындығының диаметрге қатынасы 8- бұл ГҚШ күштік және аз көлемді болып бөлінеді, оның электроды әдетте бір жағында орналасады.

Шырақтар мен прожекторлар көбінесе 220В қуаты 1-ден 20кВт-қа дейін шығарылады; жарық беруі 22÷26 лм/Вт; қызмет ету мерзімі 2000с; шамдар түтікті; жану жағдайы көлденең.

Инфрақызыл сәулелендірудің шамдары 127÷380 В кернеуге 0,5÷5 кВт қуатқа арналып шығарылады; қызмет ету мерзімі жоғарылаған (2500÷5000 ч), өйткені бұл шамдардың қыздыру денесі төмен температурада жұмыс жасайды 2400÷2700 К; шамдар түтікті; жану жағдайы көлденең.

Әртүрлі қолданысқа арналған аз көлемді шамдардың кернеуі 30В қуаты 15÷650 Вт арналып шығарылған, шамның қыздыру денесі ықшамдалған формаға ие. Бұл шамдардың көбіне қойылатын талап жоғары жарықтық, олардың қыздыру денесінің температурасы 3000÷3200 К арнап шығарылған және қызмет ету мерзімі бірнеше ондаған және жүздеген сағат; жану жағдайы кез-келген.

 

5 № 5 дәріс. Газразрядтаушы шамдар

Дәрістің мазмұны:

- газразрядтаушы шамдардың жалпы қасиеті;

- люминесцентті шамдар .

Дәрістің мақсаты:

- ГШ негізгі жұмыс жасау қағидаларымен танысу, олардың қасиеттері мен параметрлері.

5.1 Газразрядтаушы шамдардың жалпы қасиеті

Газразрядтаушы шамдар (ГШ) деп  оптикалық сәулелендіру газдың, будың және олардың қоспасының электр разрядының әсерінен пайда болатын шамды атаймыз.

ГШ ерекшелігі және қолдану аумағы ГШ  жарық беруі өте жоғары және қызмет ету мерзімі ЛШ қарағанда ұзақтығымен анықталады, сонымен қатар әртүрлі сәулелендіру спектріне ие және қуатының шамасы кең диапазонда, жарықтығы және басқа параметрлері болады. Сондықтан да жаңа ГШ жарықтандыруда кеңінен қолданыла бастап, ЛШ ығыстырып жатыр. Қазіргі таңда әлемнің алдыңғы қатарлы елдерінде ГШ жарық ағынының жартысынан көбін жасауда, мысалы АҚШ заңды тұрғада электр энергиясын тұтынушыларды үйді жарықтандыру үшін ГШ ауысуға міндеттелген.

ГШ ауыл шаруашылығының көп саласында, медицинада, жаңа техникада және т.б. қолдану, электр разрядын әртүрлі аралас параметрлер арқылы сәулелендіру көздерін жасайтын ерекшелігімен түсіндіріледі. Қажетті толықтырулар мен разрядтар шартын ала отырып, тек қана көрінетін емес, сонымен қатар УФ және ИҚ спектрлердің кез-келген бөлігінде жоғары эффективті сәулелендіру көзін жасауға болады. Сонымен бірге, бір сызықты, көп сызықты және үздіксіз болатын сәулелендіру спектрін алуға болады. Бұл ГШ артықшылығы тек қана жарықтандыруда ғана емес, сонымен қатар басқа да көптеген мақсаттарда қолдану мүмкіндігін ашты.

Жоғары және өте жоғары қысымның разряды ЛШ жарықтығына қарағанда он және жүз есе асатын жоғары жарықтыққа ие. Сондықтан да ГШ жарық оптикалық аспаптарда және қондырғыларда табысты қолданылуда. ГШ сәулеленуінің аз инерциялығы оларды сәулелендірудің модуляциясы керек жерде, мысалы дыбыс жазуда, оптикалық телефонияларда және басқа жағдайларда қолдануға мүмкіндік береді. Жоғары жарықтықтың және ұзақтықтығы аз сәулелендірудің жарқылын беретін, импульсті шамдар (ИШ) кеңінен және әртүрлі қолданылуларда табысты бола бастады. Олар машиналар мен механизмдердің жылдам қозғалатын бөліктерін тану және бақылау кезінде (стробоскоптар), суретке түсіру және тез өтетін процесстерде, аэро суретке түсірілімдерде, оптикалық алыс өлшеуіштерде және т.б. көптеген аспаптарда және қондырғыларда қолданылады. Соңғы уақытта ИШ лазерлерді оптикалық толтыруларда да қолданыла бастады.

ГШ кемшілігі оның разрядының ерекшелігіне байланысты, жүйеге қосылуының қиындығында. Оны жағу үшін тұрақты жануға қарағанда жоғары кернеуді қажет етеді. Тұрақты жануды қамтамасыз ету үшін әрбір шамның жүйесіне, тоқ разрядын шектейтін балласт қосылады.

Тағы бір кемшілігі, буы бар ГШ, температура шамның жұмыстық қысымын анықтайтындықтан, жылу режимінің сипаттамасына тәуелділігімен түсіндіріледі. Номиналды режим қосылғаннан кейін біршама уақыт ішінде орнатылады. Металл буларында разряды бар шамдарды жоғары және өте жоғары қысымда арнайы әдісссіз қайта қосу, өшірілімнен кейін бірнеше уақыт өткен соң мүмкін болады.

ГШ жұмыс жасау қағидасы белгілі бір формадағы колбаға оптикалық сәулелендіру үшін тұнық дәнекерленген, екі электрод арасындағы электр разрядына негізделген. Кейде қосылуды оңайлату үшін қосымша электродтар дәнекерленеді. Колбаның ішкі кеңістігі, ауа алынып тасталғаннан кейін және шамды мұқият тазалаған соң (колбадағы және электродтағы су буы және басқа газдар қыздыру арқылы сорылып ластанған материалдар  алынып тасталынған), белгілі-бір газбен (көбінесе инертті) берілген қысымда немесе инертті газбен және будың жоғары серпінділікті, мысалы сынап, натрий және т.б.,  аздаған металлдың санымен толтырылады.

Электродты ГШ категориялары бар, олар ашық атмосфераларда жұмыс жасайтын, ағымды газдағы разрядты немесе жоғары жиілікті электродсыз разрядты.

ГШ разрядының түрі доғалы, бықсып жанатын және импульсті болуы мүмкін. Стационарлы қызметтегі ГШ доғалы және бықсып жанатын разряд түрінде қолданылады. Импульсті қызметтегі (ИШ) қоректенуде – импульсті разряд.  Разрядтың түрі ішкі жүйедегі (қоректендіруші кернеумен және балластық кедергімен) элементтердің параметрлерімен, катод түрімен және шамды толтыратын газ немесе будың қысымымен анықталады.

ГШ классификациясы физикалық, конструктивті жағдайы, пайдалану қасиеті және қолдану аумағы болуы мүмкін. Бұл жерде физикалық жағдайына байланысты классификациялау ұсынылған, ГШ маңызды қасиеттерін анықтайтын  спектр және сәулелендірудің түсі, жарықтық, потенциалдың градиенттігі, энергетикалық ПӘК. Оларды анықтаушы факторлар газды ортаның құрамы (жұмыстық зат), газдық қоспалы компонентердің парциалды қысымы және тоқ.

Разрядты тұтату газдық электродты аралықта зарядтардың көптеп жиналуы кезі мүмкін болғанда, кернеу шамасы берілгеннен жоғарылағанда мүмкін. Бұл тоқтың бірден (10^-5 - 10^-7 с) жоғарылауына және жарқылдың пайда болуына алып келеді. Бұл процесс разрядтың өзіндік тұтануы деп аталады, ал оған сәйкес кернеу – тұтату кернеуі деп аталады. Кернеу аз болғандағы электродтар арасындағы саңылау диэлектрик деп аталады. Өзіндік разрядты тұтатудың U₃ кернеуі төменгі шекараның кернеуін анықтайды, оны ГШ тигізіп өзіндік разрядты тудыру үшін қажет және ол колбаны толтыратын газдың түріне, оның қысымына р, электродтар арасындағы қашықтыққа d_эл. Катодтың материалы мен қасиетіне, сондай ақ басқа да қасиеттерге байланысты. Разряд пайда болғаннан кейін оны тұрақтандыру үшін қажет, кернеу  әдетте U₃ төмен. ГШ жұмыстық кернеу электродтар срасындағы қашықтық пен разряд шартына байланысты анықталады, ал берілген қуатты алуға арналған тоқ, қоректену көзіне қосылатын ГШ балласт кедергісін таңдаумен қамтамасыз етіледі.

Разрядты тұрақтандыру ГШ көбі вольтамперлік сипаттаманың төмендейтін (немесе көлденең) бөлігінде жұмыс жасау үшін қажет, ГШ тоқ кернеуі өскен кезде ол төмендейді. Сондықтан да ГШ тұрақты жұмысы шектелген шамадағы тоқ күшін шектейтін сұлбада қондырғы бар болған кезде мүмкін.

Люминофордың көмегімен разрядты сәулелендірудің түрленуі арқасында ГШ әртүрлі сәулелендіру спектрімен жасауға болатын әртүрлі мүмкіндіктері ашылды. Әдетте люминофорды қоздыру үшін разрядтың УК сәулеленуі пайдаланылады, оны люминофор бірқатар шығындармен түрлендіреді.

Электродтар ГШ негізгі конструктивті түйіндерінің бірі болып табылады. Екі негізгі электродтар бар: катод және анод. Катод разрядты ұстап тұру үшін қажет электрондармен қамтамасыз етеді, анод разрядтық ара қашықтықтың электрондарын қабылдағыш болып табылады. Тұрақты тоқта жұмыс жасағанда анод пен катод, әдетте әрқайсысының жұмысы оптималды болуы үшін олардың құрылысы әртүрлі болып келеді. Айнымалы тоқта жұмыс жасайтын және столб сәулеленуін пайдаланатын ГШ –дың екі электроды да, бірдей құрылыс пен көлемге ие, өйткені әр жарты период сайын олардың қызметтері өзгеріп отырады. Разряд түріне байланысты суық, қыздырылған және пленкалы катод қолданылады.

5.2 Люминесцентті шамдар

Люминесцентті шамдар (ЛШ) УК сәулелендірудегі сынапты разряд люминоформен ұзын толқынды сәулеленуге түрленетін, төменгі қысымдағы жарық көзін разрядтаушы. ЛШ негізгі артықшылығы: 

а)  жоғары жарық беруі және қызмет ету мерзімі көп;

ә) бағасы арзан, жоғары дәрежедегі механизациясына байланысты, құрылысы қарапайым және материалы мен шикізатын қол жетерлік;

б) түс берудің жоғары сапасын қамтамасыз ететін қолайлы сәулелендіру спектрі;

в) төмен жарықтық және шамның температурасы.

Сонымен қатар ЛШ бірқатар кемшіліктері бар – сыртқы жарықтандыруға және үлкен ғимараттарды жарықтандыруға керегі аз, өйткені оның қуаты аз (4Вт 150Вт дейінгі аралықта), ЛШ көлемі үлкен, кеңістіктегі жарық ағынының концентрациясы мен қайта таратылуының қиындығы, және де қоршаған ортаның температурасы төмендегенде жұмысының берік еместігі.

ЛШ классификациясы разряд сипаттамасы бойынша ЛШ доғалы разрядтың ыстық катоды және суық катодты бықсыған разрядты шамдар деп бөлуге мүмкіндік береді. Стандартты жүйелі кернеуден тұтанатын, алдын-ала катоды қыздырылған доғалы разряд шамдары үнемді, қолдануы бойынша қарапайым және жарықтандыру техникасында кеңінен қолданылады. ЛШ тұтату әдісі бойынша стартерлі, тез және лезде тұтанатын болады. Бықсыған разрядты шамдар лезде жанады және сигналдарда және жарық жарнамаларында қолданылады. Доғалы разрядты ЛШ жалпы жене арнайы арналған деп бөлуге болады. Жалпыға арналған шамдар – бұл жүйедегі кернеуі 127 және 220В тік колбадағы және электр қуаты 0,05Вт/см², стартерлі жану ЛШ. Арнайы қолданыстағы шамдар ерекше қолдану қасиетіне ие, конструкциясының ерекшелігімен шартталған: аз көлемді ЛШ, фигуралы колбалы ЛШ, амальгамды, тез тұтанатын, жоғары интенсивті, рефлекторлы (шамдар), панельді, түрлі-түсті және спектрі арнайы сәулелендірілген (фотосинтездеу үшін, ультракүлгін сәулелендіру үшін, эритемді). Инертті газдағы разряды бар ЛШ бар – сынапсыз ЛШ, олардың маңызды ерекшеліктері бар: олар уыттылығы жоқ және төмен температурада жұмыс жасай алады. Бірақ олардың жарық беруі біршама төмен және қызмет ету мерзімі аз. Бұл параметрлер неонды қызыл ЛШ басқаларына қарағанда қанағаттанарлық. Перспективті болып сирек кездесетін элементтер негізіндегі люминофорлар табылады, олар жіңішке спектральді жолақтарда люминесценция береді, галофосфатты люминофорларға қарағанда жарық берудің жоғарылығын қамтамасыз етеді.

Түсті ЛШ декоративті жарықтандыруда және жарнамалар жарығында, бөлме ішінде қолдануға арналған. Көлемі бойынша оларды стандартты шамдармен алмастыруға болады, бірақ сұлба бойынша тез қосылу жұмысына арналған.

Бықсыған разрядты сигналды аз көлемді ЛШ  жұмыстық тоғы 3 мА автоматика және радиоэлектроника жүйелеріне арналған, әртүрлі люминофорлармен шығарылады, олар шамның жарықтығын анықтайды: , жасыл, көгілдір және сары. Оның түсі шамның түріндегі соңғы әріппен белгіленеді.

Жарық жарнамасында қолданылатын газ жарықты шамдар (түтіктер), бықсыған разряд шамын бейнелейді, оларда оң столбтың сәулелендірілуі және түтікке келтірілген және разрядтың сәулеленуімен қоздырылатын люминофорлардың жарықтануы қолданылады.

ЛШ айнымалы тоқтан қоректенген кездегі жарық ағынының пульсациясы столб разрядындағы ультракүлгін сәулеленудің пульсациясымен жасалған және люминофорлардың жарықтануынан кейін біршама түзеледі. ЛШ жарықтанудың пульсациясын түзету үшін, олардың тоғы фаза бойынша бір-біріне қарай жылжитындай етіп қосады, соның арқасында пульсация коэффициенті нормаға жетеді. Әсіресе жарықтанудың пульсациясы ЛШ соңында қатты байқалады, өйткені пульсация жиілігі – ЛШ ортасында 100Гц болудың орнына 50Гц төмен, ал пульсация коэффициенті жоғары. Сондықтан ЛШ соңын экрандау қажет. Пульсацияны төмендетудің бір әдісі жоғары жиілікті қоректендіруге өту болып табылады. ЛШ барлық түрдегі және қуаттағы радио кедергілері 0,15-тен 1,5 МГц диапазонына дейін генерацияланады, яғни ұзын жәнеқысқа толқын диапазондарында. Радио кедергілер ЛШ жанған кездегіге қарағанда, тұтанған кезде жиірек. Радио кедергілерді төмендету үшін шамның электрлік сұлбасының элементі болып табылатын фильтрлер қызмет етеді. Фильтрлі ЛШ қолдану кезінде радио кедергілер нормадан аспайды.

Қызметін жасап біткен ЛШ пайдаға асыру кезінде ЛШ толтырылымында болатын сынаптың улылығын ескеру қажет.

 

6 № 6 дәріс. Жоғары және өте жоғары қысымды газразрядтаушы шамдар

Дәрістің мазмұны:

- ДРЛ шамының және сынапты-вольфрамды шамдардың түрі;

- жоғары қысымдағы сынапты шамдар;

- металлды галогенді шамдар;

- натрийлі шамдар;

- ксенонды шамдар.

Дәрістің мақсаты:

- ГЛВД және ГЛСВД негізгі түрлерімен танысу, олардың пайдалану аумағы және қолданылуының ерекшеліктері.

6.1 ДРЛ шамының және сынапты-вольфрамды шамдардың түрі.

Д - доғалы, Р - ртутьтті, Л – люминесцентті, әріптен кейінгі сандар: шамның қуаты ватта, ары қарай жақшада- «қызыл қатынас», %, сызықшадан кейін, сан – шығарудың номері немесе вольфрамды спиральмен.

ДРЛ жұмыс жасау қағидасы және құрылғылары ГЛВД ртуттьті разрядын УК люмионфор көмегімен, спектрдің қызыл бөлігіне жетіспейтін сәулелендіруге, барлық сәулелендірудің » 40 % құрайтын, түрлендіруге негізделген. ДРЛ түс беруінің сапасын түзету «қызыл сәулелендіруге» қатысты мазмұнымен анықталады – спектрдің қызыл бөлігіндегі жарық ағынының шамының («қызыл қатынас») жалпы жарық ағынына қатынасы. ДРЛ-ды люминофорсыз жарықтандырған кезде заттың түсінің қатты бұзылуы байқалады, әсіресе адам терісінің, ол спектрдің қызғылт сары-қызыл бөлігіндегі сәулелендірудің жоқ болуымен түсіндіріледі. Қазіргі замандағы ДРЛ түтік түріндегі кварцты шыныдан жасалған, тығыз еритін шыныдан жасалған колбаға бекітілген сынапты оттықты түрде берілген. Ішкі колбадағы ішкі бет ұнтақ түріндегі люминофордың жіңішке қабатымен жабылған және резьбалы цокольмен жабдықталған. Көптеген ДРЛ екі негізгі электродтан басқа тағы да бір немесе екі разрядтаудың тұтануын жеңілдететін және жүйеге дроссель арқылы қосылуға арналған тұтандырғыш электродтары бар оттықпен жасалады. Екі электродты ДРЛ қосылу сұлбасы дроссельден басқа арнайы тұтандыратын бөлігі болады. Жану жағдайы кез-келген болуы мүмкін. Бірақ көлденең тұрған жағдайда оттықтағы доға конвекциялы ағынның әсерінен жай ғана жоғары майысады, ол қуаттың және жарық берудің кішкене төмендеуіне алып келеді. Кварцтық шынының қызуынан оттықтың жоғары жағындағы бөлігінде қызмет ету мерзімі төмендейді. Ішкі колбаның орта бөлігіндегі жұмыстық температура 220 ден 280 °С. Цоколдегі температура шамнаың қуатына байланысты ортадағыдан 110°С - 150 °С аспауы қажет. Оттықтың температурасы 700 - 750 °С жетеді. қоршаған ортаның температурасы тұтану кернеуіне Uз әсер етеді. Минустық температурада сынып буларының пары азайғандығы соншалық, разрядтың тұтануы таза аргонда болады және сынап пары болғандағыдан жоғары кернеу қажет. Жүйедегі кернеу Uс  шамның жұмыс режимін анықтайды. Uс ақырын өзгергенде ± (10-15) % аралығында жарық ағынының өзгеруі DФ_u/Ф_u @ 2.5DUс/Uс қатынасынан есептеледі, қуаты DРл/Pл @ 2DUс/Uс. Жарық ағынының пульсациясы жүйенің екі еселенген жиілігімен болады. 50Гц жиіліктегі жүйеде ДРЛ бөлек жұмысының стандартты дроссельдегі сұлбасында пульсация коэффициенті 63 - 74 % құрайды. Осы жиілікте (100Гц) пульсация көзге байқалмайды, бірақ машинаның айналмалы бөліктері болған кезде олар қауіпті стробоскопиялық эффект шақыруы мүмкін. Суммалы ағынның пульсациясы шамды жүйенің әртүрлі үш фазасына қосқанда азаюы мүмкін. Қызмет ету мерзімі стендтік тексеру кезінде 12-15 мың сағат және қосылу саны көбейген кезде жоғарылайды. ДРЛ жұмысының процесі кезінде жарық ағынының және қызыл қатынастың дәрежелік төмендеуі болады. Аз қуатты және қуатты ДРЛ құлауының жылдамдығы, орта қуаттағы шамдікінен жоғары. Негізгі қолдану аумағы: НО, түс беру сапасының жоғары болуын талап етпейтін, төбесі 3-5м биік өндіріс кәсіпорындарын жарықтандыруда.

6.2 Жоғары қысымдағы сынапты шамдар ДРШ типіндегі шар тәріздес сынапты шамдарда кеңінен таратылған; СВД түтікті шамдары аз қолданылуда. Д-доғалы, Р-ртутьті, Ш-шар тәріздес. Әріптерден кейінгі сандар – қуат ватпен, сызықшадан кейінгі сандар – шығарылымның номері. Проекциялық оптикаға ыңғайлы жарықтанған дене ұршық тәріздес немесе бөшке тәріздес формада жоғары жарықтықпен ерекшеленеді. Көптеген шамдар айнымалы тоқта жұмыс жасауға арналған. Олар қалың қабырғалы (2-3мм) шар тәріздес немесе соған жақын формадағы, мөлдір кварцтық шыныдан жасалған колба түрінде болады, оның екі жағына вольфрамды электродтар дәнекерленген. Тұрақты тоқ шамдарында анод катодқа қарағанда үлкендеу. Катодттар әдетте активтендірілген. Электродтар санының арасындағы қашықтық 4-8мм (немесе арнайы типтерде 0,3-0,5мм). Доғаның орналасу жағдайын бекіту үшін электродтар соңы конус тәріздес болып келеді. Шықпалар фольганың соңы мен цокольдар қызып кетпес үшін біршама ұзын етіп жасалған. РЛСВД жарық беруі 50-55 мм/Вт. Екі электродты (тұтандырушысы жоқ электрод) шамды тұтату электродтарға жоғары кернеудің жоғары жиілікті импульсін беру арқылы іске асырылады. Тұтану уақыты 2-5 мин құрайды және сынаптың булану жылдамдығымен анықталады. Барлық сынап буланған соң оның буының қысымы бірнеше мегапаскальға дейін жетеді, ал колба температурасы 750-850⁰С жетеді. Шамның орналасу жағдайы электрод немесе колбаның қызып кетуіне жол бермеуі керек, және қолдануға арналған ережелерге сәйкес есептелуі керек. Шамдар тігінен жану жағдайына арналған, ал кез-келген жағдайда жанса, қызмет ету мерзімі азаяды. Сәулелендіру спектрі сызықтық сипаттамаға ие, бірақ РЛВД-ға қарағанда біршама интенсивті үздіксіз фоны бар, соның арқасында қызыл қатынас 4-6% жетеді. Қоршаған ортаның температурасы және салқындату шарты ДРШ шамының параметрлеріне кәдімгідей әсер етеді. Төмен температурада және күшейтіп салқындату кезінде сынап конденсацияға ұшырайды және барлық параметрлер бірден өзгереді. Артық жылуландыру әсерінен температураның жоғарылауы колбаның қауіпті жылуына алып келеді, ол кварцтың кристаллдануына және колбаның бұзылуына жалғасады, сондықтан да шамның қолданылу шарттарының температурасы қатаң сақталуы керек. ДРШ типті шамның қызмет ету мерзімі (пайдалы) бірнеше жүздеген сағатты құрайды және колба қараюынан жарықтықтың төмендеуінен және элекродтар бұзылуынан болған, доға жағдайының тұрақсыздығымен анықталады. Сақтандыру шаралары арнайы қызметкерлерді УФ сәулеленуден, сонымен бірге колба жарылған кездегі кварц шыныларының ыстық сынақтарынан қорғау үшін жасалуы керек. Қолданылу аумағы  - жарық сәулелі осциллографтар, фотолитография, люминесцентті талдау және люминесцентті микроскопия, жобалау жүйелері және басқа жағдайларда, мысалы көрінетін аумақ спектрінде немесе жақын және орташа УФ сәулелендіруде жоғары жарықтық көздері керек болғанда.

6.3 Металлды галогенді шамдар.  Оларды пайдаланудың перспективасы жоғары ПӘК-мен жоғары меншікті қуатта біртектіден үздіксізге дейінгі сәулелендіруді таратудың спектральді түрлендірудің ерекше кең мүмкіндіктерімен анықталады. МГШ құрылысы мен жұмыс жасау қағидасы көптеген металлдардың галогенидтері, металлға тқарағанда тез жоғалады, және де кварцты шыныны бүлдірмейтініне негізделген. Сондықтан да МГШ ращрядты колбаның іші сынап (ртуть) пен аргоннен басқа, сынаптық ЛВД-дағы сияқты қосымша галоидтер түріндегі әртүрлі химиялық элементтер енгізіледі. Разряд жанған соң, колбаның жұмыстық температурасы шегіне жеткен кезде, металлдардың галогенидтері біртіндеп бу күйіне ауысады. Бірнеше мың Кельвин температурамен разрядталудың орталық зонасына түсіп, галогенидтер молекуласы галоген және металлға диссоциаланады. Металлдың атомы қызып, соған сәйкес спектр шашылады. Олар разрядтану каналының шегінен шығады да колба қабырғасына жақын төмен температурадағы зонаға түсіп, галогенидтерге қосылып қайтадан буланады. Бұл тұйықталған цикл екі принципиалды ерекшелікті қамтамасыз етеді:

а) разрядта металл атомадарының қажетті сәулелендіру спектрін беретін жеткілікті концентрациясы пайда болады, өйткені кварцтық колбаның жұмыстық температурасы 800-900⁰С болғанда, көптеген металл галогенидтердің бу қысымы металлдардың өздерінікіне қарағанда, мысалға талий, скандий, диспрозий және т.б. жоғары;

б) разрядқа сілті (натрий, литий, цезий) және басқа агрессивті металлдар (мысалы, кадмий, цинк) енгізудің мүмкіндігі пайда болады, олар таза күйінде 300-400⁰С жоғары температурада кварцтық шынының тез сынуына алып келеді, ал галогенидтер түрінде мұндай сынуға алып кемлмейді. Галогенидтерді пайдалану сәулелендіруді генерациялау үшін қажет химиялық элементтердің санын күрт көбейтіп, әртүрлі спектрлі МГШ шығаруға мүмкіндік береді, әсіресе галогенидтер қоспасын пайдалану кезінде сынапты бу буфердің ролін ойнайды, разрядтағы жоғары температураны потенциалдың жоғары градиентін, аз жылу шығынын және т.б. қамтамасыз етеді.

МГШ қолданылуына байланысты классификацияланады:

1. Жалпыға арналған МГШ.

2. Түс беру мысалы, түсті телебағдарлама және кинотүсірілім сапасы жақсартылған түтікті және шар тәріздес МГШ.

3.Көптеген арнайы қолданысқа арналған МГШ, негізінде технологиялық.

6.5 Натрийлі шамдар. Натрийлі шамдар көрінетін сәулелендіру көзінің ең бір эффективті тобының бірі болып табылады: олар барлық белгілі ГШ (ГЛ) ішіндегі ең жоғары жарық беру және ұзақ қызмет ету мерзімінде жарық ағынының байқаусыз төмендеуінің қасиетіне ие. Сондықтан да, натрийлі шамдар бірінші кезекте жоғары қысымдағы, жарықтандыруды үнемдеуде, әсіресе сыртқы жарықтандыруда кеңінен қолданылып жүр. Бұл шамдардың кемшілігі жарық беру сапасының төмендігінде. Натрийлі шамдардың жұмыс жасау қағидасы Д-натрий қатарының резонанстық сәулеленуін пайдалануға негізделген. Натрийдің жұмыстық қысымына байланысты натрийлі шамдар екі түрге бөлінеді – төмен қысымды НЛНД және жоғары қысымды НЛВД. Натрийлі разрядтың жарық беру сәулеленуінің  натрий буының қысымына тәуелділігінің қисықтығы екі максимумға ие. Бірінші максимум аумағы 0,2 Па жақын қысымға сәйкес және сұйық фазаның температурасы 270-300⁰С жетеді; жарық берудің екінші максимум шегі НЛВД-да 10 кПа жақын қысымда жетеді. Бұл қысым жарық өткізетін жоғары температуралы материалдан жасалған разрядты түтіктің температурасы 650-750⁰С болғанда натрийдің қанған буына ие болады.

Қолдану аумағы. НЛНД-автостраданы, туннельді, жол қиылыстарын, қоймалар мен жүк станцияларын, өндірістік обьектілерді жарықтандыру; архитектуралық және декоративтік жарықтандыру. НЛНД өзінің сары монохроматикалық жарығының арқасында, тұман болғанда төменгі жарық дәрежесінің жақсы көруін қамтамасыз етеді, сигнал беру қондырғыларында қолданысқа ие. Түс берудің жақсы сапасын және көрудің ұнамды сәттерін, жарықтандыру қондырғыларында НЛВД-ны басқа әффективті көздермен араластыру арқылы алуға болады, олар спектрдің көк-жасыл бөлігінде басым сәулелендіруді береді. Мысалы РЛВД бірге. НЛВД бағасы РЛВД типтегі ОРЛ және МГШ типіндегі ДРИ шамдарына қарағанда 7-10 рет алып тұрса да, оларды пайдалану жаңа жобадағы қондырғыларды жарықтандыруда және құрылысты жөндеу жұмыстарында қолдану  капиталды және қолдану шығындарын үнемдейді.

6.6 Ксенонды шамдар.  Ксенонды шамдарда жоғары және өте жоғары қысымдағы және тығыздықтағы тоқ ксенонындағы разряд пайдаланылады, оның құраушысы ондаған және жүздеген А/см². Бұл түрдегі разряд бірқатар ерекшеліктерге ие:

а) сәулелендіру спектрінің үздіксіздігі, көрінетін аумақта спектр сәулеге жақын болады да түс берудің жоғары сапасын қамтамасыз етеді, жақын аумақта бірнеше интенсивті спектральді сызықтар бар;

ә) жоғары тоқ диапазонындағы өсіп келе жатқан ВАХ аз балластпен разрядты тұрақтандыру мүмкіндігін береді, аз ұзын түтікті шамдар жүйеге балластсыз да қосылады;

б) жану периодының болмауы;

в) жанудың жоғары кернеуі, ол жанған кездегі шамдағы қысымның Пашен қисығының минимумынан алыс болғандығы; шамға жағудың қиын сұлбасын қажет етеді;

г) шам параметрлерінің колбаның жұмыстық температурасынан тәуелсіздігі және параметрлердің өзгеруінсіз төменгі температурада (-50⁰С дейін) жұмыс жасау қабілеттілігі;

д) жоғары разрядты тоқ, ол ксенондағы потенциал градиентінің төменгі шамасымен шартталған, шамамен сынап буындағыдан 3-4 рет аз; осының әсерінен электродтар мен кірмелерді үлкен көлемде жасауға тура келеді;

е) шамды құрастырғанда және қолданғанда конвекция мен ішкі магнит өрісінің іске қатысын есепке алу керек.

Шамның классификациясы конструктивті белгілерімен негізделген:

а) табиғи және сумен салқындататын түтікті ГЛВД;

ә) табиғи және мәжбүрлеп (ауамен немесе сумен) салқындататын қысқа доғалы ЛСВД. Осыдан басқа арнайы шамдардың түрлері болады, мысалы үлкен қуатты металлды алмалы-салмалы шамдар, электродсыз шамдар және т.б.

Шамның маркировкасы: Д-доғалы, Кс-ксенонды, Т-түтікті, Ш-шар тәріздес, РБ-разборная (алмалы-салмалы), М-металлды, Э-эритемді, В-сумен салқындататын. Сандар ваттағы қуатқа, сызықшадан кейінгі сан-шығарылымның реттік номеріне сәйкес.

 

7 № 7 дәріс. Арнайы оптикалық сәулелендіру көздері

Дәрістің мазмұны:

- импульсті шамдар;

- бір рет қызмет ететін тұтанғыш шам;

- бықсып жарқырайтын шамдар;

- спектральді шамдар;

- электр люминесцентті панелдер;

- жарық шашушы диодтар;

- радиоактивті изотопты жарық көздері және тұрақты әсердегі жарық құрамдары;

- лазерлер.

Дәрістің мақсаты:

- арнайы оптикалық сәулелендіру көздерінің негізгі жұмыс жасау қағидаларын оқып білу.

7.1 Импульсті шамдар. ИШ –интенсивті оптикалық сәулелендірумен бірге жүретін, қуатты импульсті электрлік разрядтарға арналған ГШ. Шамдар химиялық активті емес газбен толтырылған, шыны немесе кварцтан жасалған герметикалық баллоннан тұрады.

ИШ тұтандыру шамның ішінде немесе бетінде орналасқан үшінші басқарушы электродтың, жоғары вольтті импульс беруімен іске асырылады. Кейбір жағдайларда ИШ-ың басқарушы электродтары болмайды және негізгі электродтардағы кернеудің қысқа уақытты көбеюімен тұтанады. ИШ қосылу сұлбасында тұрақты тоқ көзі көзінен оқталатын жинаушы, зарядтық қондырғының, импульсті тұтандыратын генератордың, разрядты контурдың жұмысын реттейтін, синхрондайтын, қорғайтын басқару қондырғылары бар. Конструктивті белгілеріне қарап түтікті және шар тәріздес ИШ сипаттамасының ерекшеліктері бар, олар аз ұзақтығымен және импульстен импульске дейін жарықтанатын канал бейнесінде өзгеретін, қабырғамен шектелмеген аз ұзындықтағы разрядты қашықтығымен шартталады. Негізінен лазерлерді оптикалық толтыруға арналған. Шамдардың қосымша параметрлері: t_ин – жарқырау кезіндегі уақыт интервалы; t_ин – үздіксіз жұмыстың ең көп ұзақтығы; Р_ср –Wpf –орташа электр қуаты; f_мах –жарқыраудың ең көп жиілігі; N- қызмет ету мерзіміндегі жарқыраудың саны;

7.2 Бір рет қызмет ететін тұтанғыш шамы (ЛВ) кислород атмосферасындағы магний немесе цирконий фольгасының жану реакциясының есебінен сәулелендіру импульсін береді. Халықаралық стандартпен құрылымы, классификациясы, жарық параметрлері және суретке түсіруге арналған тұтанғыш шамдар (ЛВ) параметрін өлшеу әдісі қойылған. Фотографиялық шамдардың тұтануының эффективті ұзақтығы 10 және 30 мКс шегінің арасында жатыр. Өндірісте мөлдір пластмассса кубтың сыртында орналасқан төрт тұтанғыш шамнан тұратын фотографиялық тұтанғыш-куб шығарылуда

7.3  Бықсып жарқырайтын шамдар (ЛТС) негізінде индикатор ретінде қолдануға арналған. Сонымен қатар, олар көптеген басқа арнайы қолданылымдар табуда.

Құрылысы мен жұмыс жасау қағидасы катодты бықсып жарқырауды пайдалануға негізделген. Шамның шыны баллонына екі электрод дәнекерленеді, олар бір-біріне жақын орналасқан. Тұтанудың кернеуін төмендету үшін шам, әдетте неонды-гелийлі қоспамен, аргонның кішкене қоспасымен толтырады. Электродтар формасы бықсып жарқырайтын шамдардың (ЛТС) тағайындалуына байланысты болады. Көбінесе электродтар тұтандыру кернеуін төмендететін активтендірілген заттармен жұқаланып жабылады. Айнымалы тоқпен жұмыс жасағанда жарқырау кезекпен екі электродты да (жүйе жиілігімен) жабады. Сәулелендіру біршама аз серпіндікке ие болады және 20-22 кГц жиілігінде модульдене алады. Бықсып жарқырайтын шамның (ЛТС) жарық ағыны шам түріне байланысты 0,02-ден 5 лм құрайды. Жарқыраудың жарықтығы – 10²-10⁴ кд/м². Жарық беру – 0,2-ден 1 лм/Вт дейін, БЖШ (ЛТС) қуаты -0,01-ден 10 Вт дейін. БЖШ қызмет ету мерзімі 1000с. жоғары  және шамды толтыратын газ және электродтың шашылуымен колбаны қарайтумен шектеледі.

7.4 Спектральді шамдар (СЛ) дәл анықталған толқын ұзындықтарын сәулелендіру немесе сәулелендіру ағынының белгілі спектральді тығыздығының үздіксіз спектрінің көзі ретінде қызмет етеді. Құрылысы және әсер ету қағидасы бойынша спектральді шамдар бірнеше топқа бөлінеді.

7.4.1 Металлдар буы мен инертті газдары бар доғалы разрядты шамдарда кішкене разрядты түтік түріндегі сәуле шығарушысы бар, ол түтік тұтанатын газы бар бір металлдың бу қоспасымен және бір металлмен немесе инертті газбен толтырылған сәуле шығарушысы цокольмен жабдықталған шыны колба ішіне орналастырылған. Сәуле шығарушы түтіктің көлемі мен шыны сорты, толтырушы мен жылу режиміне байланысты, ол толтырушы металл қатарының интенсивті сәулеленуін қамтамасыз етіп, қажетті электрлі режим мен жетерліктей қызмет ету мерзімін есептеп таңдалады. Шамдар металл және газ оттығын толтырушы атомдарға сай сызықты спектр шашады.

7.4.2 Доғалы төмен вольтті шамдар УФ-ке жақын аумақтағы үздіксіз интенсивті сәулелендіру береді. кейбір шамдарда активтендірілген қыздырылған катод қолданылады, ол экрандалған цилиндрге салынады, және де саңылаулы диск түріндегі анод, разрядты бақылауға арналған. Анод пен катод арасындағы кеңістік разряд өту үшін кішкене саңылаулы экранмен (1-2 мм шамасында) бөлінген. кішкене саңылаудағы плазма концентрациясы тоқ тығыздығын және сәулелендірудің энергетикалық жарықтығын жоғарылатады. Шамның колбасында УФ сәулелендіруді шығаруды қамтамасыз ететін арнайы терезе бар. Шам колбасының жанында монокристалды фторлы магнийден жасалған тегіс терезе бар. Мұндай конструция шамды, тығыздау арқылы спектральді аспап камерасына тікелей сәулелендіру түсіру арқылы вакуумды-тығыз қосуға мүмкіндік береді. Металлдар буы бар шамдарда нормальді режим қосылған соң 7-10 минуттан кейін орнықтырылады, газы бар шамдарда жану периоды болмайды.

7.4.3 ВСБ-2 түріндегі жоғары вольтті электродсыз шамдар дөңгелек формадағы Æ 20 мм болатын шынылы колба түрінде болады. Ол бірнеше жүз Паскаль қысымдағы инертті газбен толтырылған және құрамында аз металлы бар. Шам генератордан шыққан жоғары жиілікті өріске (≈100 мГц) салынады да, сол металлдың тар спектральді сызықтарын шығарады. Шамдар атомды-абсорбциялық, атомды-флюоросцентті спектрметрлерде, рефрактометрлерде және сол сияқты аспаптарда қолданылады.

7.4.4 Неонды доғалы шамдар қызғылт сары – қызғылт сәулелендірудің эффективті және қуатты көзі болып табылады. Шам 220 В жүйесінде жұмыс жасайды, жиілігі 50 Гц және дроссельмен тізбектей қосылады. Тұтату үшін алдын-ала қыздырылған активтендірілген электродтардың жоғары кернеулі импульс сұлбасы қолданылған, бұл люминесцентті шамның стартерге қосылу сұлбасына ұқсас. осы мақсат үшін әр электродтың соңы шығарылған. жанудың орташа ұзақтығы 1000сағат. шамдар -40-тан +40°С температураға дейін берік жұмыс жасайды және басты түрде аэродромды сигналдандыруды жарықтандыруда қолданылады.

7.5 Электрлі люминесцентті панельдер (ЭЛП) тегіс конденсатор ретінде бейнеленеді, оның электрлік өрісіне люминофор орналастырылған. Электролюминесцентті конденсатордың тегіс параллельді айналмалары бір-бірінен бірнеше ондаған микрометр қашықтықта орналасқан. Олардың арасындағы кеңістік мөлдір диэлектрикпен толтырылған, онда люминофорлардың бөлшектері ілінген, бір немесе екі айналмалы мөлдір болып жасалады, әдетте шыныдан (кейде керамикадан) немесе майысқақ негізде, соңғы жағдайда ЭЛП жеңіл майысуы мүмкін. Шыныдағы стандартты ЭЛП 220 В жүйеде 50,400,1000 және 1200 Гц жиілікте жұмыс жасауға арналған және көлемі 10х20-дан 300х300 мм²-ге дейін тік бұрышты пластина түрінде болады, қалыңдығы 4-5мм. Люминофор ретінде цинк сульфиді және сульфидтер, цинк, кадмий селениді қолданылады. Қажет кезінде ЭЛП қарапайым және күрделі белгілер формасына ие бола алады. Қолданылу аумағы – сигнал жүйесіндегі жарқырайтын белгіде және ақпаратты бейнелеуде, сонымен қатар әртүрлі қолданыстағы аз қуатты сәулелендіру көзі ретінде.

         7.6 Жарық шашушы диодтар – дегеніміз жартылай өткізгіштікте электрондар мен «саңылаулар» комбинациясының әсерінен сәулелендіру пайда болатын, микроминиатюралы жартылай өткізгіш жарық көзі. Жарық шашыратушы диодтарда жоғары жиілікті жартылай өткізгіш материалдар қолданылады. Материалдар түйісетін p және n-типті жерде, өткізгішті p – n өткізгіш пайда болады. Егер p – n өткізгішіне тіке полярлы (яғни, n-материалына минус, p-материалына плюс) бірнеше вольтті тұрақты кернеу берсек, онда берілген өріс электрондар және «саңылауларды» бір-біріне қарай жылжытады және олар түйісу зонасында қайта араласып, жекеленген фотондар шығарады. Сәулелендіру спектрі жартылай өткізгіш материалға және енгізілген қоспаға байланысты болады. Жарық шашыратушы диодтар басты түрде аз көлемді жарықтандырулар, әртүрлі индикаторлар және оптрондағы элементтерде қолданылады: оларды көбінесе оптикалық изоляторлар (ОИ) деп атайды.

7.7 Радиоактивті изотопты жарық көздері және тұрақты әсердегі жарық құрамдары (СПД). Бұл типтегі жарық көздері ішкі қоректендіру көзін қажет етпейді, жарылысқа қауіпсіз, қызмет ету мерзімі ұзақ, бірақ аспаптардың шкаласын, жарқырайтын белгілерді және сол сияқты мақсаттарға арналаған жарық ағыны мен жарықтығын береді. Олар іші люминофор қабатымен жабылған және тритий газы – сутегі изотобымен (³Н) толтырылған, дәнекерленген шыны колба немесе  диаметрі 1-3 см түрінде бейнеленеді.

Тұрақты әсердегі жарық құрамдары (СПД), радиоактивті заттармен араласқан люминофорды білдіреді. Қазіргі уақытта қоздыру үшін p-сәулелендіруді: тритий және прометий 147 беретін радиоактивті изотоптар қолданылады. Олардың артықшылығы, электрондар заттың кішкене ғана қорғау қабаттарында да толық ұстап тұратынында және люминофор негізін бұзбай тұратындығында. «Изотоп» компаниясы әр түрлі түсті тритий негізінде жасалған тұрақты әсердегі жарық құрамдарды (СПД) жеткізеді. Жарықтық түске байланысты 0,05-тен 0.2 кд/м² құрайды. Тұрақты әсердегі жарық құрамдары (СПД) өзі жарқырайтын бояулар шығаруда қолданылады. Олар қауіпсіз, өйткені бояудың жіңішке қабаты тритийдің b-сәулелендіруін толық жұтады. Жарықтықтың төмендеуі тритийдің жартылай жоғалу периодымен анықталады.

7.8 Лазерлер.  Лазерлер керемет қасиетке ие оптикалық сәулелендіру генераторын көрсетеді: а) кеңістіктегі және уақыттағы жоғары когерентносттігімен, ә) ерекше енсіз бағыталғандығымен (0,4' дейінгі шығындалу), б) қуаттың үлкен концентрациясымен (үздіксіз режимде 10¹¹ Вт/см² дейін, импульсте 10¹⁸ Вт/см² дейін), в) монохроматиканың жоғары дәрежесімен (l  = 500 нм болғанда _Dl = 10^-9 нм), г) ерекше аз көлем қатарында l³ фокусталу қасиетіне ие.

Бірінші лазерлер 1960 жылы жасалды. Лазерлердің жұмыс жасау қағидасы қоздырылған атоммен немесе сол жиілігі бар сәулелендіру әсерінен болған молекуламен фотонды міндетті түрде (ынталандырылған) шығару процесін қолдануға негізделген. Бұл процестегі ең маңыздысы және тамашасы, міндеттеліп шығарылған фотон, оны шақырған ішкі фотонмен бағыты, жиілігі, фаза және поляризациямен мүлдем бірдей.

Толқындық оптика тілінде бұл міндетті түрде сәулелендіру ынталандырумен когерентті. Бұл қағида барлық электр магнитті сәулелендіру үшін әділ. Лазер негізгі үш түйіннен тұрады: сәуле шығарушы, толтыру жүйесі және қоректендіру көзі, және де оның нормальді жұмысын қамтамасыз ететін және лазерлік сәулелерді басқаратын қосымша қондырғылар. Сәуле шығарушы толтыру энергиясын лазерлік сәулеленуге түрлендіру үшін арналған. Активті элемент сәуле шығарушының негізгі құраушы бөлігі болып табылады, оның құрамында толтыру процесі кезінде активті орта пайда болатын, лазерлік заттар бар. Лазерлік заттар газ түрінде, сұйық және қатты түрде болады. Соған сәйкес: 1) газдық, 2) сұйықтық, 3) қатты денелі және 4) жартылай өткізгішті лазерлерлер деп бөлінеді. Лазерлердің жұмыс жасау режимі үздіксіз және импульсті болады, соңғы жағдайда үздіксіз импульс сериясын беретін импульсті-периодикалық, және сәулелендірудің бірлік импульсін беретін импульсті.

 

8 № 8 дәріс. Жарықтандыру қондырғыларының жарық техникалық бөлігі жобаларының негізгі қағидалары. Жарықтандыруды есептеудің әдістері

Дәрістің мазмұны:

- жарықтандыру жүйесін таңдау;

- жарықтандырудың түрлері;

- жарықтандыруды таңдау және қор коэффициенті;

         - шырақтардың түрін таңдау;

- жарықтандыруды есептеудің негізгі әдістері.

Дәрістің мақсаты:

- жарықтандыру қондырғыларының жарық техникалық бөлігін жобалаудағы негізгі принциптер және жарықтандыруды есептеу әдісімен танысу.

8.1 Жарықтандыру жүйесін таңдау

Жарықтандыру қондырғыларын орналастырғанда екі жүйе қолданылады: жалпы және аралас жарықтандыру. Жарықтандыру қондырғыларының сапасы мен үнемділігі көп жерде жарықтандыру жүйесін дұрыс таңдауға байланысты болады.

Жалпы жарықтандыру жүйелері барлық бөлмелерді сонымен бірге жұмыстық бетті де жарықтандыруда қолданылады және екі әдіспен іске асырылады: жарықтанған бөлмедегі шырақтарды төбеге біркелкі және әртүрлі орналастыру.

Аралас жарықтандыру жүйелері жоғары жарықтандыруды талап ететін, нәзік көру жұмыстары бар бөлмелерде қолданылады.

Мұндай жүйелерде шырақтардың бір бөлігі жұмыс орындарын (сол жердегі шырақтар), келесісі-барлық басқа бөлмелерді, негізінде өтпелер мен коридорларды (жалпы жарықтандыру) жарықтандырады.

8.2 Жарықтандыру түрлері

Электрлік жарықтандырудың келесі түрлері болуы мүмкін: жұмыстық, апаттық және эвакуациялық.

Жұмыстық жарықтандыру барлық бөлмелерде орналастырылады және жұмыстық беттерде нормаланған жарықтандыруды жасайды. Апаттық жарықтандыру кенеттен жұмыстық жарықтандыру өшіп қалған кезде, жарылыс немесе өрт, жаппай травма алу, технологиялық процестің ұзақ бұзылуы және т.б., сонымен қатар жауапты обьектілердің (электр станциялары, радиохабар, сумен жабдықтау, жылуландыру түйіндерінде) жұмысының бұзылу орындарында қажет. Апаттық жарықтандыру авариялық режимде жұмыс орындарында жарықтандырудың 5% құрауы керек, жалпы жарықтандыру жүйесінің жұмыстық режим нормасы бойынша, бірақ 2 лк аз болмауы керек. Эвакуациялық жарықтандыру бөлмедегі жұмыстық жарықтандыру апаттық жағдайда өшіп қалғанды адамдарды қауіпсіз эвакуациялау үшін қызмет жасайды. Эвакуациялық жарықтандыру негізгі өтпелер мен баспалдақтарды 0,5 лк аз емес жарықтандыруды қамтамасыз етуі керек. Апаттық және эвакуациялық жарықтандыруда люминесцентті шамдарды (шектеулі) және қыздыру шамдарын қолдануға рұқсат етіледі. ГШ басқа түрлерін қолдану рұқсат етілмеген. Шырақтар көп жағдайларда жұмыстық жарықтандырудың ішіндегі шырақтарды ерекшелейді, және нормальді режимде олар нормаланған жарықтандыру мен жұмыстық беттің пайда болуына әсерін тигізеді. Апаттық және эвакуациялық жарықтандырудың шырақтары тәуелсіз қоректенуге бөлек желімен жалғанады немесе жұмыстық жарықтандыру кенеттен өшіп қалған кезде автоматты түрде ауысады. Сонымен бірге, олар жұмыстық жарықтандыру шырағынан көлемі немесе арнайы жазылған белгілермен ерекшеленуі қажет.

8.3 Жарықтандыруды таңдау және қор коэффициенті.

Ішкі және сыртқы жарықтандырудың минималды жарықтануы СНиП немесе салалар нормасымен, және де сапалық көрсеткіштеріне байланысты таңдалады.

Шағылысудың көрсеткішіне келесі факторлар әсер етеді: а) шырақтардың жарық тарату сипаттамасы және шамның қуаты; б) жұмыстық беттегі шырақтардың іліну биіктігі және шырақтар арасындағы немесе олардың қатарының арасындағы қашықтықтың қатынасы; в) жарықтандырылған бөлменің жан-жағының қатынасы.

Қоғамдық орындардың жарықтандыру қондырғыларында, жарық көздерінің көз аумағындағы жарықтықты тарату кезінде пайда болатын ыңғайсыз жылтырауын бағалау үшін, ыңғайсыздық көрсеткіші қабылданған М, ол шырақтың жарықтығымен, шырақ көрініп тұрған бұрышпен, шырақтың бақылаушының көзіне қарағандағы жағдайы (положение), үйренудің жарықтығы және бөлмедегі шырақтардың санымен анықталады.

Шағылысып әсер ету жағдайын шектеу үшін көру жұмысы жағдайының максималды ыңғайсыздық көрсеткіші рұқсат етілген шамаларға байланысты нормалармен белгіленген. Оның шамасы бөлмедегі қабырғаның жерден 1,5 м биіктігіндегі, нүктемен нормаланады.

Жердің бетіндегі жарықтандыру аспаптары  қондырғыларының екі еселік биіктігінен аспайтын бөлмелерге, және адамдар өтуге арналған немесе қысқа уақытта ғана болатын бөлмелерге ыңғайсыздықтың көрсеткіші белгіленбеген.

Бөлменің жарыққа қанығу сезімінің сипаттамсы цилиндрлік жарықтандыру Е_ц болып табылады, ол осі тік орналасқан, радиусы мен биіктігі нөлге ұмтылатын цилиндрдің жан қабырғасындағы жарық ағынының орташа тығыздығымен анықталады.

Цилиндрлік жарықтандыру шырақтардың сипаттамасына, оның орналасуына, жарықтандырылған бөлменің геометриялық көлеміне және төбенің, қабырғаның, жердің қасиеттеріне тәуелді.

Жарықпен қанығу пайда болу үшін сол бөлмеге арналып есептелген цилиндрлік жарықтандыру нормадан аз болмауы керек, яғни Е_црасч £ Е_цнорм.

Қор коэффициентінің шамасы қолдану кезіндегі жарықтандырудың төмендеуін есепке алады.

         8.4 Шырақтардың түрін таңдау

Жарықтандыру қондырғыларының берік жұмысы және үнемділігі үшін шырақты дұрыс таңдаудың үлкен маңызы бар. Таңдау кезінде жобалаушы шырақ жұмыс жасайтын қоршаған орта шарттарын, бөлменің жасалу сипаттамасына, арналуына қажет жарық ағынын және шырақтың үнемділігін есепке алуы керек. Егерде таңдалған шырақ ішкі ортаның шарттарына сәйкес болмаса, онда ол оның шектен тыс шаң болуына, соның әсерінен берілетін жарық ағынының төмендеуіне, металл бөліктерінің коррозияға ұшырауына және оның істен шығуына; сымдардың оқшауламасының бұзылуына; жарылысқа қауіпті және өртке қауіпті бөлмелерде - өртке немесе жарылысқа алып келуі мүмкін

Бөлмелерді технологиялық тағайындалымдарына байланысты жарықтандыруға арналған шырақтарды таңдағанда, шырақтардың жарық техникалық классификациясын да (кеңістіктегі жарық тарату класы мен жарық күші қисықтарының формасы) есепке алу қажет.

8.5 Жарықтандыруды есептеудің негізгі әдістері. Жарықтандыру қондырғыларын есептегенде жарық көздерінің санын және қуатын анықтайды, олар жарықтанған беттің нормаланған жарықтануын немесе жарық көзінен орналасқан кез-келген нүктедегі факті түрдегі жарықтандыру үшін қажет. Негізгі есептеу әдістерін қарастырайық.

8.5.1 Жарық ағынын пайдалану коэффициенті әдісімен жарықты есептеу. Көлденең бетті жалпы біркелкі жарықтандыруға арналған бөлмелерде, жарықтандыруды жарық ағынын пайдалану коэффициенті әдісімен есептейді.

Бұл әдіс бойынша көлденең беттегі жарықтануды, шырақтан бетке тікелей түсетін және қабырғадан, төбеден, бетке дейін шағылысып түскен жарық ағынынынан пайда болған жарықтандыру бөлігін де есептейтіндіктен, оны шағылысқан жарық ағыны маңызды роль атқаратын, яғни қабырғалары жарық бөлмелерде және шырақтары шашылып, шағылысып, әсіресе шашырау жарығы бар бөлмелерді жарықтандыруда қолданады.

Коэффициенттерді К_зап және жарықтанған бетке z түсірілген жарық ағынының әртүрлі болып құлауын есептеп әдістің негізгі теңдеуін аламыз

Фл шамасы бойынша жүйедегі кернеуге байланысты стандартты шамды жарық ағынының жақын шамасымен (қыздыру шамдарына арнап) таңдайды.

8.5.2 Меншікті қуатқа байланысты есептеудің жақындатылған әдісі. Меншікті қуат Р_уд дегеніміз бөлмеде орналастырылған барлық шамдардың қуаты суммасының, жарықтанған еден (пол) (Вт/м²)ауданына қатынасы.

Жобалау практикасында жарық техникалық есептеусіз қажет бөлмедегі біргелкі жарықтанған барлық шамдардың қуатын анықтайтын меншікті қуат әдісі қолданады. Сонымен қатар меншікті қуат әдісі жарық қондырғыларының жарық техникалық есептеулерінің шамамен дұрыстығын бағалауда қолданады.

Меншікті қуат әдісімен есептеудің қатары келесідей. Жарықтанған бөлмеге арнап шырақтың типін және ілудің есептелген биіктігін таңдайды. Қыздыру шамдары бар шырақтарда олардың пайдалы саны қарастырылады N_cв; нормаланған жарықтанудың шамасына Е_норм, жарықтанған бөлменің ауданына S, ілінудің есептелген биіктігіне h_расч және шағылысу коэффициентіне байланысты кестеден меншікті қуат суммасын Р_уд, шамның тағайындалған қуат суммасын (Р_уд=Р_удS) және бір шамның қуатын анықтайды(Р_л =Р_уст/N). Люминесцентті шамды шырақтарда есептелу қатары біршама өзгереді, өйткені әр шырақтағы шамның қуаты алдын-ала белгілі. Сондықтан жарықтандыру қондырғысының қуатын анықтағаннан кейін  (Р_уст = Р_удS) шырақтар санын анықтайды N_cв = Р_уст/(NР_л), мұнда N – шырақтағы шам саны.

         8.5.3 Жарықтандыруды нүктелік әдіспен есептеу. Нүктелік әдіс пайдалану коэффициентіне қарағанда жұмыстық беттің кеңістігінде әртүрлі жағдайда орналасқан, мысалы көлденең, тік және еңкейген кез-келген нүктенің жарықтануын анықтауға мүмкіндік береді. Пайдалану коэффициенті әдісін, мысалы жергілікті және ішкі жарықтандыру еңкейген немесе тік беттік жарықтандыруды нүктелік әдіспен шығару қолданылады. Көптеген нүктелік әдіс тағы да жарықтанған беттегі факті бойынша жарықтанудың тарауын бағалау қажет болғанда тексеру есептеулері ретінде қолданылады. Бірақ нүктелік әдістің кәдімгідей кемшілігі бар: қабырға мен төбеден шағылысып пайда болған жарық ағынын есепке алмайды, соның әсерінен жарықтандыру біршама төмендетілген болып шығады.

         Нүктелік және сызықтық сәуле шығарушылардың есептелуі кезінде кішкене өзгеріс бар.

         Есептелу келесі кезекпен жасалады. 1. Таңдалған типтегі стандартты шырақтардың жоба бойынша анықталған іліну биіктігіне h және қашықтығының d қисығына байланысты, әр шаманың шарт бойынша жарықтандырылғанын көрсететін жақын датқан қисығын табады. Егер h және d координаталарындағы берілген нүкте қисыққа келмейтін болса, онда жарықтандыру шамасы екі жақын жатқан қисықтың интерполирленуімен анықталады. 2. Әртүрлі шырақтардағы қисық бойынша табылған шартты жарықтандыру нүктелік есептеу үшін қосылады. 3. Егер орнатылған шырақтар бірдей қуаттағы ЛШ бір типті болса, берілген жарықтандырудағы Ег бір шамның жарық ағынының шамасы былай анықталады

 

 

мұнда m - алыста орналасқан шырақтардың берілген нүктесіндегі åе_n анықтағанда және қабырға мен төбеден шағылысу және бөлменің бетін есептегенде саналмаған қосымша жарықтандыруды, есепке алатын коэффициент. m шамасы бөлменің бетіндегі шағылысу коэффициентіне байланысты 1-1,2 шамасында қабылданады.

Әдебиеттер тізімі

 

1. ГОСТ 16703-79. Приборы и комплексы световые. Термины и определения.   

2. ГОСТ 26695-85. Светильники. Общие технические требования.   

3. ГОСТ 26092-84. Приборы световые. Установочные и присоединительные размеры.   

4. ГОСТ 15597-82. Светильники для производственных зданий. Общие технические условия.   

5. ГОСТ 8607-82. Светильники для освещения жилых и общественных помещений. Общие технические условия.   

6. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга – 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1995.

7. Энергосбережение в освещении / Под ред. Ю.Б. Айзенберга /, изд. Дом Света.- М.: «Знак», 1999.

8. Рохлин Г.Н. Разрядные источники света.- М.: Энергоатомиздат, 1991.

9. Трембач В.В. Световые приборы (теория и расчет).- М.: Высшая  школа, 1991.

10. Оболенцев Ю.В., Гиндин Э.Л. Электрическое освещение  общепромышленных помещений.- М.: Энергоатомиздат, 1990.

11. Афанасьева Е.И., Скобелев В.М. Источники света и пускорегулирующая аппаратура.- М.: Энергоатомиздат, 1986.     

12. Азалиев В.В., Варсанофьева Г.Д., Кроль Ц.Е. Эксплуатация осветительных установок промышленных предприятий. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

13. Кнорринг Г.М. Светотехнические расчеты в установках искусственного освещения. - Л.: «Энергия», 1973.

14. Справочная книга для проектирования электрического освещения. Под ред. Г.М. Кнорринга. - Л.: «Энергия», 1976.

15. Живов М.С. Монтаж осветительных электроустановок. - М.: Высшая школа, 1984.    

16. Лесман Е. А. Освещение административных зданий и помещений. - Л.: Энергоатомиздат, 1985.

17. Правила устройства электроустановок, 6-е изд. - М.:  Энергоатомиздат,  2001.

18. Пикман И.Я. Электрическое освещение взрывоопасных и пожароопасных зон. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

19. Пособие по расчету и проектированию естественного, искусственного и совмещенного освещения (к СНиП  11-4-79)/ НИИСФ. - М.: Стройиздат, 1985.    

 

Наталья Анатольевна Туканова

Гульназ Сайпудиновна Жунусова