 |
 |
 |
 |
теплопередаче играют конвекционные потоки газа, которые могут вызывать заметное перераспределение локального нагрева по внутренней поверхности колбы. Так, при вертикальном (или наклонном) положении горения горячие потоки газа, поднимающиеся вверх в канале разряда, вызывают дополнительный нагрев верхнего электрода и более сильный нагрев верхней части трубки, в то время как нижняя часть трубки, нижний электрод и примыкающая к нему часть разряда оказываются более холодными.
В лампах высокого и сверхвысокого давления с короткой и средней длиной дуги (длина дуги меньще или сравнима с диаметром колбы) в колбах компактной формы трудно разделить роль столба и нагретых электродов в нагреве отдельных частей колбы. К этому надо добавить, что в этих лампах чем больше размер колбы, тем большую роль играет конвекция в перераспределении локального нагрева на колбе.
Температурное поле приэлектродных частей колбы и вводов играет очень важную роль в лампах, работающих в режиме насыщающих паров (см. § 7.8), поскольку в этих частях колбы у многих типов ламп образуется холодная зона, определяющая давление паров и все характеристики разряда.
Конкретные примеры расчета теплового баланса колб для основных типов ламп приведены в соответствующих главах.
Из сказанного выше ясно, что детальный расчет распределения мощности нагрева по колбе с учетом перераспределения нагрева за счет конвекционных потоков и переноса излучения достаточно сложен и трудоемок. Поэтому для практических инженерных расчетов - оценок, не требующих высокой точности, предлагается использовать усредненные эффективные значения величин, которые для отдельных частей колбы или всей колбы в целом могут быть определены из их внешнего баланса. Приближенный метод расчета колб, использующий усредненные значения, приведен в следующих параграфах, там же рассмотрены определения эффективных мощностей нагрева колбы и баланса мощности разряда и лампы.
7.4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ИНТЕГРАЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ИЗЛУЧЕНИЯ КОЛБ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА
Экспериментальные методы определения температуры поверхности колб и вводов источников света. Все известные методы делят на контактные и бесконтактные. К контактным относят термометры сопротивления, термопары, термокраски и некоторые другие, к бесконтактным - методы, основанные на измерении тех или иных характеристик теплового излучения тел (оптическая пирометрия) или нх других оптических свойств, зависящих от температуры, например показателя преломления.
Для измерения температуры поверхностей широко применяют термопарные методы, что объясняется относительной простотой измерений, возможностью измерения температуры небольших участков поверхности (около 1 мм) и широким диапазоном измеряемых температур, полностью перекрывающим рабочие температуры колб и вводов.
На практике часто используют так называемые пятачковые термопары в трубке. Оии представляют собой небольшой диск из металла (пятачок), к которому приварены перпендикулярно два термопровода, и сверху на них надета трубочка. Во время измерений диск прижимается к измеряемой поверхности при помощи трубки.
При измерении температуры поверхности колб и вводов термопарным методом без соблюдения определенных условий могут иметь место весьма значительные ошибки. Наиболее существенны погрешности, связанные с недостаточным тепловым контактом термоспая с измеряемой поверхностью, с теплоотводом от измеряемой поверхности по термопарным проводам и по прижимающей трубке и с нагревом термоспая излучением разряда, осоЗенно при больших яркостях. Экспериментальные и расчетные оценки показывают, что ошибка при измерениях пятачковой термопарой может достигать многих десятков градусов [4,3, 7.9, 15.8].
Для устранения теплоотвода по термопарным проводам от места спая и улучшения теплового контакта спая с поверхностью нами был разработан и и течение многих лет применяется метод измерения при помощи ленточных термопар охватывающего типа [4.3]. В них место спая внахлест и прилегающие участки термопроволок раскатаны в виде ленточки, которая при измерениях охватывает часть колбы или ввода и плотно прижимается к поверхности. Для измерений горелок во внещних колбах применяется универсальная установка с разборной внешней колбой на шлифе, позволяющая откачивать или наполнять колбу газами и поворачивать ее. Плотное прилегание термоспая и термопроводов, раскатанных в ленточку, обеспечивается натяжением термопроволок при помощи специального миниатюрного пружинящего устройства, закрепляемого на траверсе. Сила натяжения регулируется двумя миниатюрными винтами. В качестве термопар используются платино-платинородиевые или алюмель-хромелевые проволоки диаметром 0,2-0,3 мм
Нагрев термоспая излучением разряда оценивается по скачку температуры сразу после выключения разряда Экспериментальные и расчетные оценки показывают, что при соблюдении всех необходимых условий и учете hci а жающих факторов ошибка измерений может быть снилжна до 15-30 К. Более подробно см. в [4.3, 15.8].
Определение температуры колб по их тепловому излучению возможно только в ИК-области спектра, в которой спектральный коэффициент излучения материала колб ек(Л., Т) имеет заметную величину. Для этих измерений орименяют специальные ИК-пирометры, в которых ИК-излучение преобразуется в видимое при помощи электронно-оптического преобразователя. При этих измерениях должна быть известна зависимость ек{К Т) в измеряемой области спектра от температуры. У большинства ламповых стекол ек{К Т) приближается к 1 при 4-5 мкм, для кварцевого стекла - в области 8- 50 мкм, для оксида алюминия при X7-f-8 мкм, а вообще носит сложный ха-
рактер. Отсюда ясно, что для измерения этим методом температуры горелок из кварцевого стекла или оксида алюминия, работающих во внешних стеклянных колбах, в них должно быть сделано окно, прозрачное для ИК-излучения до 8-10 мкм, например из кристалла NaCI. По указанным причинам этот метод применяется редко и преимущественно в исследовательских работах.
Температурное поле прозрачных материалов, например кварцевого стекла или монокристаллического оксида алюминия (сапфира) и т. п., может быть определено сравнительно просто интерферометрическим методом по изменению показателя преломления с температурой [7.10]. Однако контрольную калибровку установки, по-видимому, следует проводить с помощью термопары.
Весьма остроумный метод измерения температуры оболочек натриевых ламп ВД был предложен Де Гроотом. После выключения разряда температура плазмы падает до температуры внутренней стенки разрядной колбы в течение миллисекунд и далее изменяется со скоростью остывания стенок, т. е. значительно медленнее. В этих условиях оптически плотное излучение в центре £)-линий натрия совпадает с излучением черного тела, соответствующим температуре паров натрия, равной температуре внутренней стенки. Таким образом, измеряя абсолютное значение спектральной плотности энергетической яркости в центре Д-линий натрия в моменты сразу после выключения разряда и экстраполируя их к моменту выключения, можно определить температуру внутренней поверхности стенки разрядной колбы, конечно, учитывая поглощение излучения в стенках. Метод не требует изготовления специальных ламп, сравнительно прост и весьма точен (см. § 18.10 и [18.22]),
Экспериментальное определение интегрального коэффициента излучения колб источников света в зависимости от температуры [7.11]. Для расчетов потерь мощности колбами за счет теплового излучения необходимо знать значения интегрального полусферического коэффициента излучения материалов, применяемых для колб в зависимости от температуры е(7). Главный вопрос при экспериментальном определении е(7) прозрачных или частично прозрачных материалов заключается в устранении попадания излучения нагревателя в термоприемник. Для этой цели была разработана следующая методика .[4.12]. Испытуемый образец нагревался в трубчатой печи до определенной температуры, которая непрерывно измерялась при помощи термопары охватывающего типа; место спая было раскатано в ленточку для лучшего теплового контакта с измеряемой поверхностью. После достижения заданной температуры образец прн помощи специального держателя быстро перемещался из печи к отверстию в экране с водяным охлаждением. При помощи открытого малоинерционного термостолбика фиксировался спад излучаемой мощности Q{t) и одновременно регистрировался спад температуры образца T{t) во времени. На основании полученных экспериментальных зависимостей строилась зависимость Q(t). Далее по формуле находилось значение-6(7):
e(7)=Q(r)/(oo7-nd2i3Kp),
где dl - наружный диаметр образца, представляющего собой обычно трубку; /экр-высота отверстия в экране.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 [ 82 ] 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239