Люмінесцентні лампи. Переваги люмінесцентних ламп: широкий діапазон кольоровості; у порівнянні з лампами розжарювання забезпечує такий же світловий потік, але споживають в 4-5 разів менше енергії; мають низьку температуру колби; підвищений термін служби;
Недоліки люмінесцентних ламп: знижується світловий потік при підвищених температурах; вміст ртуті (хоча і в дуже малих кількостях, 40-60 мг). Ця доза нешкідлива, проте постійна схильність пагубному впливу може завдати шкоди здоров'ю; люмінесцентні лампи не пристосовані до роботи при температурі повітря нижче 15-20 ° С.
Енергозберігаюча люмінесцентна лампа. Переваги компактних ламп порівняно з лампами розжарювання: до 80% менше споживання струму при тій же кількості світла; термін служби в 6-15 разів більший в порівнянні зі звичайними лампами розжарювання і складає, відповідно, 6000-15000 годин в залежності від типу; менші втрати на обслуговування за рахунок тривалого часу служби люмінесцентних ламп: можливість вибору кольору світіння. Компактні люмінесцентні лампи мають універсальне застосування та використовуються у всіх сегментах нерухомості. Більш того, вони заощаджують більше, ніж коштують самі.
Газорозрядні лампи високого тиску.
До переваг металогалогенних ламп відносяться: висока світлова віддача (60 - 110 лм / Вт); великий термін служби (до 15000 годин); компактні розміри. Недоліки цих ламп: не підходять для плавного регулювання; довге запалювання і перезапалювання.
Позитивні характеристики натрієвих ламп: високий рівень світловіддачі (до 150 лм / Вт); тривалий термін служби (до 32 000 годин); енергетична економічність. Недоліки натрієвих ламп: погана передача кольору (Ra = 20); довге запалювання і перезапалювання (до 10 хвилин).
Переваги ртутних газорозрядних ламп: широкий діапазон потужностей; достатній рівень світлової віддачі (30-60 лм / Вт); великий термін служби (до 12 000 годин); ртутно-вольфрамові лампи не вимагають регулюючих апаратів запуску; компактні розміри.
Недоліки ртутних газорозрядних ламп: погана передача кольору; довге запалювання і перезапалювання (до 5 хвилин).
Світлодіоди.
Світлодіоди економлять електроенергію. Вони довговічні і надійні. Термін служби світлодіода досягає 100 тис. годин - 10 років безперервної роботи. У 100 разів більше, ніж у лампи розжарювання і 8-10 разів більше, ніж у люмінесцентної лампи. Ці лампи надійніше за лампу розжарювання через повну несприйнятливість до вібрацій і ударів. Мала тепловіддача і низька напруга визначають високий рівень безпеки. Екологічний продукт. Світлодіоди не шкодять екології, оскільки в їх склад не входить ртуть, і вони майже не нагріваються в процесі роботи. Світлодіодне освітлення володіє високим ККД. Електрична енергія перетворюється у випромінювання найбільш безпосереднім чином з всіх існуючих, що дозволяє добитися найбільшої світлової віддачі на сьогоднішній момент. ККД світлодіода – до 100%, люмінесцентна лампа – до 25%, лампа розжарювання – до 5% ( 95% йде на нагрів вольфрамової спіралі)
3. Стандартні джерела випромінювання та контроль кольору
Одним із факторів, що визначають оцінку кольору, являється спектральна характеристика джерела випромінювання, яка емалюється в контрольно-вимірювальному обладнанні. Детальніше розглянемо, які джерела стандартизовані Міжнародною комісією по освітленні та чим керуватися при виборі джерела для контролю кольору.
3.1 Розподіл світлової енергії по спектру
Найбільш повним описом світлового випромінювання в колориметрії являється графік розподілу енергії по спектру. На (рис. 3.1) представлена спектральна крива стандартизованого джерела D65, що імітує денне сонячне світло. З графіка видно, що в спектрі D65 домінує синє випромінювання, тому освітлена їм ахроматична поверхня має синюватий відтінок.
Рис. 3.1. Спектральна характеристика стандартного джерела D65
Кожне джерело світла характеризується унікальним спектральним розподілом енергії, від якого залежить сприйнятий спостерігачем колір, освітлений цим джерелом поверхні.
3.2 Стандартні джерела світла
Міжнародна комісія по освітленню в різний час стандартизувала джерела випромінювання A, B, C, D і F. Такі джерела характеризуються колірною температурою і графіками розподілу енергії по спектру. Колірна температура, що вимірюється в градусах Кельвіна – це температура абсолютно чорного тіла, при якій воно випромінює світло з необхідними спектральними характеристиками. В сучасних спектрофотометрах, призначених для поліграфії, як правило, емалюються наступні стандартні джерела випромінювання: A, C, D50, D55, D65, D75, F2, F7, F11 і F12.
3.3 Стандартне джерело випромінювання A
Рис. 3.2. Спектральна характеристика стандартного джерела A
Джерело освітлення A (рис. 3.2) було стандартизоване в 1931 році і моделює штучні джерела освітлення з колірною температурою 2856 K, до яких відносяться, наприклад, лампи розжарювання.
3.4 Стандартні джерела випромінювання B и C
Джерела освітлення B і С також були стандартизовані в 1931 році і моделюють денне світло. Стандартне джерело B зкорельовано. колірною температурою біля 4870 K моделює денне освітлення розсіяним і прямим сонячним світлом. Джерело С (рис. 3.3) з колірною температурою 6770 K моделює усереднене денне освітлення. Суттєвим недоліком стандартних джерел освітлення B и С являється значне розходження їх спектральних характеристик с реальним спектром денного освітлення в УФ зоні. Тому стандартні джерела B і С неможливо використовувати для оцінки флуоресцентних барвників і вводяться в запечатувані матеріали оптичних відбілювачів. В даний час замість них використовують стандартні джерела D.
Рис. 3.3. Спектральна характеристика стандартного джерела C
3.5 Стандартні джерела випромінювання D
Джерела освітлення D були стандартизовані в 1964 році з метою більш точного моделювання сонячного освітлення, ніж це дозволяли зробити джерела C і B. У результаті усереднення вимірювань природного освітлення в різний час доби в різних погодних умовах і в самих різних широтах була визначена спектральна характеристика джерела освітлення D65, що має колірну температуру 6500 K. На основі цієї характеристики також були розраховані спектральні характеристики для стандартних джерел D з іншими колірними температурами. У поліграфії, крім D65, знайшли застосування стандартного джерела D50 (рис. 3.4), D55 і D75 з колірними температурами 5000, 5500 і 7500 К відповідно. Перші два мають в порівнянні з D65 жовтуватий відтінок, D75 - блакитний.
Рис. 3.4. Спектральна характеристика стандартного джерела D50
Недоліком джерел D є складність їх емуляції за допомогою штучних джерел світла. В даний час для цього застосовуються галогенні лампи розжарювання з блакитним скляним фільтром, ксенонові лампи з фільтром, а також люмінесцентні лампи.
3.6 Стандартні джерела випромінювання F
Стандартні джерела випромінювання F застосовуються для моделювання люмінесцентних ламп з різними спектральними характеристиками. У спектрофотометра емулюються стандартні джерела, що моделюють холодне біле світло (F2 - рис. 3.5), лампи денного світла з широким діапазоном
(F7 - рис. 3.6) і лампи з вузьким діапазоном (F11 - рис. 3.7).
Рис. 3.5. Спектральна характеристика стандартного джерела F2
Рис. 3.6. Спектральна характеристика стандартного джерела F7
Рис. 3.7. Спектральна характеристика стандартного джерела F11
3.7 Індекс передачі кольору
Для оцінки відповідності спектральних характеристик реальних джерел випромінювання характеристикам стандартизованих джерел служить індекс передачі кольору IRC (Color Rendering Index). Значення цього індексу лежить в діапазоні від 1 до 100 одиниць: 1 означає повну невідповідність характеристик джерел, 100 - їх ідентичність. При виборі джерела світла для офісних і виробничих приміщень, не призначених для оцінки якості відтворення кольору, можна використовувати освітлювач з індексом IRC близько 60 одиниць; для приміщень, в яких технологічно необхідно виконувати візуальну оцінку відтворення кольору, слід вибирати джерело світла з індексом IRC не менше 90 одиниць.
4. Джерела випромінювання для калібрування та спектроскопії
4.1 Характеристика лампи ДРШ-100-2
Лампа ДРШ 100-2 – дугова ртутна шарова ультрафіолетова лампа надвисокого тиску з природним охолодженням.
Ртутно-кварцова лампа ДРШ 100-2 працює в безперервному режимі на постійному струмі і призначена для експлуатації в світло промінних осцилографах, оптичних приладах, для лабораторних робіт, а також в якості запасних частин для різного лабораторного і медичного устаткування.
Таблиця 4.1. Характеристика лампи Дрш-100-2
|
Напруга запалювання не більше (В) |
53,5 |
|
Допустима напруга на лампі (В) |
16–25 |
|
Яскравість не менше (Мкд·м−2) |
850 |
|
Номінальна потужність (Вт) |
100 |
|
Напрацювання не менше (год.) |
200 |
|
Допустимий пусковий струм (А) |
6-8 |
|
Довжина не більше (мм) |
85 |
|
Діаметр колби не більше (мм) |
15 |
|
Маса не більше (г) |
10 |
|
Робоче положення |
± 10 °, анод донизу |
При включенні лампи ДРШ 100-2 необхідно дотримуватись полярності електродів - виведення зі знаком «+» (анод) підключається до позитивного полюса джерела живлення.
Примусове охолодження лампи ДРШ 100-2 при її роботі не допускається і в усталеному режимі в закритому об'ємі гранична температура повітря на відстані 50 мм від скла колби у напрямку, перпендикулярному поздовжньої осі лампи не повинна перевищувати 250 ° C.
Повторне запалювання лампи ДРШ 100-2 можливо протягом 5 хвилин з моменту її виключення.
Через не менше 7 хвилин після запалювання лампа ДРШ 100-2 досягає вихідних параметрів, зазначених у (табл. 1) при номінальній потужності
100 Вт. Допускається використання джерела живлення постійного струму з напругою холостого ходу 60-120 В. У цьому випадку послідовно з лампою ДРШ 100-2 включається баластний опір, що обмежує струм лампи 6-8 А. Запалювання лампи при цьому здійснюється шляхом подачі напруги на електроди лампи. Потім до колби лампи необхідно підвести електрод індуктора і включити останній на час не більше 30 с. Довжина іскри індуктора повинна бути 10-15 мм. Після виникнення самостійного розряду в лампі індуктор вимикається.
Кварцове скло колби лампи ДРШ 100-2 легко втрачає свою прозорість при забрудненні його поверхні, наприклад, від дотику руками, від попадання вологи і т. д. Тому перед включенням лампи необхідно протерти колбу марлею, зволоженою спиртом.
При користуванні лампою ДРШ 100-2 повинні бути вжиті заходи для захисту персоналу від дії ультрафіолетового випромінювання.
Загалом лампи типу ДРШ застосовуються в різних освітлювальних і оптичних приладах для одержання вузького пучка світла великої інтенсивності. Лампи мають лінійний спектр, частка червоного світла у видимому випромінюванні при розряді сягає 6-10%. Включаються в мережу послідовно з баластними опором. На (рис. 4.1) видно, що в УФ - діапазоні лампа випромінює всього 1% світла із загального випромінювання.
Рис. 4.1. Спектральні лінії ртутної лампи з розрахованими площами кожного піку.
4.2 Лампа ДНаС 18
Лампа ДНаС 18 є дуговою натрієвою спектральною розрядною лампою низького тиску. Лампа ДНаС 18 має колбу з скла СЛ 97-1, всередині якої знаходиться трубка з натрієво-стійкого скла - випромінювач, який наповнений строго дозованою кількістю металевого натрію і аргону. Дуговий розряд відбувається в парах натрію. Лампа ДНаС 18 є джерелом, що випромінює жовте світло в діапазоні спектра з довжинами хвиль 589 і 589,6 нм і застосовується в спектроскопії, рефрактометрії, поляриметрії, хімії, світлотехніці, а також в медичній техніці і лабораторному обладнанні.
Таблиця 4.2. Характеристика лампи ДНаС 18
|
Номінальна напруженість (В) |
220 |
|
Номінальна потужність (Вт) |
18 |
|
Номінальна напруженість на лампі (В) |
19 |
|
Номінальна яскравість (кд/м²) |
100·10³ |
|
Тип цоколя |
E27/30 |
|
Робоче положення при експлуатації |
Вертикальне, цоколем вниз |
|
Напруженість на дроселі (В) |
215 |
|
Струм через дросель (А) |
1,05 |
|
Час запалювання лампи з моменту подачі напруженості не менше 210 В, не більше (хв.) |
1 |
|
Пауза до повторного запалювання не менше (хв.) |
15 |
|
Час виходу на граничні характеристики (час розпалювання) не більше (хв.) |
15 |
|
Середня тривалість горіння не менше (год.) |
200 |
|
Мінімальна тривалість горіння не менше (год.) |
100 |
|
Габаритна довжина не більше (мм) |
165 |
|
Діаметр колби не більше (мм) |
33 |
|
Маса лампи не більше (кг) |
0,08 |
Лампа ДНаС 18 застосовується в якості еталонної лампи в поляриметрах, спектрофотометрах.
Лампа ДНаС 18 має включатися в мережу послідовно з баластними дроселем. Натрій - хімічно активний метал. При попаданні на металевий натрій вологи відбувається його займання, що може викликати опіки, тому при заміні ламп слід дотримуватися обережності і не допускати її розбивання. Установку і заміну, а також підключення ламп ДНаС 18 необхідно робити тільки в сухих рукавичках при відключенні приладу від мережі живлення.
Рис. 4.2. Спектральна залежність довжини хвилі натрієвої лампи від потужності
Висновки
В даній курсовій роботі було висвітлено загальні характеристики різних джерел випромінювання в оптичній спектроскопії (ультрафіолетова, видима, інфрачервона область спектру).
За характером випромінюваного спектру джерела світла можна розділити на джерела суцільного спектру і на джерела лінійного спектру.
Суцільний спектр - континуум - випромінюють нагріті тіла: штифт Нернста, лампи розжарення, газорозрядні джерела на вільних зв’язаних переходах в молекулах. Лінійний спектр - випромінюють всі джерела, в яких порушуються атоми і молекули, що входять до складу навколишнього простору або до складу електродів, між якими здійснюється розряд – газорозрядні металогалогенні, ртутні, натрієві лампи.
Натрієва лампа низького тиску типу ДНаС-18 (Дугова Натрієва Спектральна), що генерує спектр атомарного натрію, а також газорозрядна ртутна кварцова лампа надвисокого тиску з природним охолодженням ДРШ 100-2 (Дугова Ртутна шарова), застосовуються для отримання спектру ртуті і додаткового калібрування монохроматора спектрофотометра СФ-26.
Ці лампи цікаві тим, що їх відрізняє висока інтенсивність спектральних ліній і висока чистота спектру, тобто відсутність ліній домішок або ліній іонів, що дає можливість досліджувати якісний спектр.
Попереднє ознайомлення з даними лампами являється основою у подальшому їх вивченні на практиці.
Список використаної літератури
1. Бобчук Л.Г. Прикладная оптика: Учеб. пособие для приборостроительных спеціальностей вузов / Л.Г. Бебчук, Ю.В. Богачев, Н.П. Заказнов. – Москва. – 1988. – С. 36 – 42.
2. Тарасов К.И. Спектральные прибори. 2-е издание, дополнительное и переработаное «Машиностроение» / К.И. Тарасов. – Ленинград. – 1977. – С. 239 – 254.
3. Панков С.Е. Производственное Объединение учебной техники «ТулаНаучПрибор», Изучение спектра атома натрия. Изучение тонкой структуры енергетических уровней сложных атомов на примере атома натрия / С.Е. Панков. – Россия, г. Тула. -2008. - web-страница: #"1.files/image024.jpg">
Рис. 1. Вихідний спектр ксенонової лампи XE-2000
Рис. 2. Вихідний спектр джерела світла – DHc (Compact Deuterium Halogen Light Source)
Рис. 3. Вихідний спектр джерела світла – DH-S (Deuterium-Halogen Light Source)
Рис. 4. Вихідний спектр каліброваних джерел світла DHS-Cal і HAL-Cal
Рис. 5. Вихідний спектр для різних флуоресцентних світлодіодів
Рис. 6. Вихідний спектр HAL-вольфрам-галогенне джерело світла
Рис. 7. Спектральний розподіл різних світлових джерел
Рис. 8. Спектральні лінії ртуті та аргону, випромінювані джерелом світла CAL-Spectral calibration source
Таблиця. 1. Сила світла (кд) для деяких джерел випромінювання
|
Найменування джерела |
Сила світла, кд |
|
Керосинова лампа |
5 |
|
Електрична лампа розжарювання освітлювальна 100 Вт |
120 |
|
Електрична лампа дзеркальна 500 Вт 5000 |
5000 |
|
Електрична лампа прожекторна 1000 Вт 2200 |
2200 |
|
Люмінесцентна лампа типу ЛД 15 Вт 45 |
45 |
|
Зенітний дугового прожектор діаметром 1,5 м 1,5 ⋅ 109 |
1,5⋅109 |
