мр ПО ЛП. 1 Организация и порядок выполнения лабораторных работ 1 Организация работ в лаборатории

• Название: 1 Организация и порядок выполнения лабораторных работ 1 Организация работ в лаборатории
• Анкор: мр ПО ЛП
• Дата: 01.02.2023
• Размер: 1.19 Mb.
• Имя файла: MP_po_LP_Laboratornye_raboty_1-9.docx
• Тип: Документы; #916289
• страница: 3 из 9

Исследование светотехнических материалов

Цель работы:

1. Изучение оптических свойств материалов.

Количество времени на работу - 2 часа.

Приборы для работы:

- Люксметр «ТКА-ЛЮКС».

План работы

1. 
   Изучить основные характеристики светотехнические материалов.
   
2. 
   Определить коэффициенты отражения, поглощения и пропускания предложенных для исследования материалов.
   
3. 
   Изучить оптические свойства поверхностей в учебном помещении (аудитории, лаборатории).
   
4. 
   Составить отчет о работе.
   

Указания по выполнению работы

Необходимый теоретический материал приведен ниже. При его изучении следует записать в конспект основные определения и понятия, формулы для нахождения коэффициентов отражения, поглощения и пропускания светотехнических материалов.

Отражение, поглощение и пропускание излучения

В облучательных и осветительных установках применяют различные светотехнические материалы - как прозрачные, так и непрозрачные. При изготовлении и эксплуатации установок необходимо знать основные оптические (светотехнические) свойства материалов. Поток излучения, падающий на тело из непрозрачного материала, частично поглощается им, частично отражается. Прозрачное тело не только отражает и поглощает, но и пропускает часть потока излучения. Для количественной оценки отражения, поглощения и пропускания пользуются соответствующими коэффициентами.

Коэффициентом отражения называют отношение потока излучения Ф_ρ, отраженного телом, к потоку излучения Ф, падающему на него:

(2.1)

Коэффициент поглощения равен отношению потока излученияФ_α, поглощенного телом, к потоку излучения Ф, падающему на него:

(2.2)

Коэффициент пропускания равен отношению потока излученияФ_τ, прошедшего сквозь тело, к потоку излучения Ф, падающему на него:

(2.3)

Коэффициенты отражения, поглощения и пропускания могут относиться к интегральному (общему) потоку излучения, потокам излучения отдельных участков оптического спектра (видимый, ультрафиолетовый, инфракрасный) или к эффективным потокам (световой, эритемный, бактерицидный и т.д.). В соответствии с законом сохранения энергии во всех случаях,

Ф=Фρ+Фα+Фτ,

(2.4)

а, следовательно, для одного и того же падающего потока

ρ+α+τ=1

(2.5)

Значения коэффициентов отражения, пропускания и поглощения светового потока при перпендикулярном падении его для наиболее распространенных материалов приведены в таблице 2.1.

Большинство материалов отражают и поглощают излучение избирательно, то есть их коэффициенты отражения, поглощения и пропускания для различных длин волн не одинаковы.

В зависимости от свойств поверхности тела и внутренней его структуры отраженный и пропущенный им поток излучения может по-разному распределяться в пространстве. Различают три вида отражения и пропускания: направленное, рассеянное (диффузное) и направленно-рассеянное

Направленным (зеркальным) отражением обладают гладкие поверхности, у которых размеры неровностей малы по сравнению с длиной волны падающего излучения (полированный материал, зеркальное стекло).

Диффузным пропусканием обладают молочные стекла. Объемное рассеивание излучения обусловлено наличием в их составе частиц вещества с разными показателями преломления.

Материалов с идеально зеркальным и идеально диффузным отражением или пропусканием в природе нет. Существующие материалы обладают одновременно обеими разновидностями отражения или пропускания. В облучательных и осветительных приборах применяют материалы с направленно-рассеянным отражением (травленые металлические поверхности) и пропусканием (матированные стекла).

Таблица 2.1 Коэффициенты отражения, поглощения и пропускания некоторых материалов

Материал	Коэффициенты
	ρ	α	τ
Белая бумага тонкая	0,45	0,15	0,40
Мел	0,85-0,9	0,15-0,1	-
Белая клеевая краска	0,7-0,8	0,3-0,2
Свинцовые белила (свежепокрытые)	0.9	0,1	-
Сернокислый барий	0,95	0,05	. -
Черный бархат	0,002	0,998	-
Оконное стекло	0,08	0,02	0,9
Молочное стекло (2-3) мм	0,45	0,15	0,4

Порядок проведения опыта

При неизменной площади облучаемого (освещаемого) тела при определении коэффициентов отражения, пропускания и поглощения можно заменить поток излучения (световой поток Ф) в формулах 1-4 на излученность (освещенность Е).

Для измерения освещенности используется люксметр «ТКА-ЛЮКС», которым сначала необходимо измерить:

1. 
   Освещенность образца материала, направив на него свет источника света и расположив датчик прибора на поверхности образца, воспринимающей поверхностью к источнику.
   
2. 
   Освещенность, создаваемую отраженным световым потоком, повернув датчик прибора воспринимающей поверхностью к поверхности образца. Чтобы тень от датчика не искажала отраженный поток, датчик должен находиться от поверхности образца на расстоянии 5-10 см.
   
3. 
   Освещенность, создаваемую пропущенным материалом световым потоком, повернув датчик прибора воспринимающей поверхностью к обратной стороне образца и поместив его непосредственно у образца.
   

Для исследования используются 3-4 материала; для повышения точности каждое измерение выполняется трижды; результаты измерений необходимо занести в таблицу 2 и вычислить по средним значениям каждой освещенности коэффициенты отражения и пропускания образцов.

Коэффициент поглощения находится по выражению:

α=1-ρ-τ

(2.6)

Номер измерения	Материал	Освещенность, лк			Коэффициенты
		от падаю- щего потока, Е	от отраже- нного потока, Ер	от пропущенного потока, Еτ	Отражения, ρ	Пропускания, τ	Поглощения, α

Таблица 2.2 Результаты измерений

В учебном помещении следует найти коэффициенты отражения пола, стен, потолка и рабочих поверхностей - столов, доски. Результаты измерений и расчетов свести в таблицу, форму которой составить самостоятельно.

Содержание отчета

1. 
   Сделать краткий конспект лабораторной работы.
   
2. 
   Рассмотреть и выбрать поверхности помещения для измерений.
   
3. 
   Произвести контрольные замеры (измерения), предусмотренные работой. Сделать вывод.
   
4. 
   Ответить на контрольные вопросы.
   

Контрольные вопросы

1. 
   Что такое коэффициенты поглощения, отражения и пропускания.
   
2. 
   Формулы для нахождения коэффициентов поглощения, отражения и пропускания.
   
3. 
   Методика проведения измерений.
   
4. 
   Принцип действия люксметра основан.
   

5. В чем измеряется освещенность, сила света, световой поток.

Литература

1. Баев В.И. Практикум по электрическому освещению и облучению. – М.: Агропромиздат, 1991. – 175 с., ил.

2. Баранов Л.А., Захаров В.А. Светотехника и электротехнология. – М.: КолосС, 2006. – 344 с., ил.

3. Козинский В.А. Электрическое освещение и облучение. – М.: Агропромиздат, 1991. – 239 с.: ил.

4. Клюев С. А. Освещение производственных помещений. – М.: Энергия, 1979. – 152 с., ил. – (Б-ка светотехника; Вып. 3).

5. Лямцов А.К., Тищенко Г.А. Электроосветительные и облучательные установки. – М.: Колос, 1983. – 224 с., ил.

6. Электротехнология/ А.М. Басов, В.Г.Быков, А.В.Лаптев, В.Б.Файн. - М.: Агропромиздаг, 1985. - 256 с., ил. - (Учебники и учеб. пособия для высш. с. - х. учеб. заведений).

Лабораторная работа № 3

Исследование светотехнических и электротехнических характеристик ламп накаливания общего назначения

Цель работы:

1. Изучить устройство, принцип действия ламп накаливания общего назначения.

2. Провести исследование их светотехнических и электротехнических характеристик.

Количество времени на работу - 2 часа.

Описание лабораторной установки:

Назначение

Лабораторный стенд «Основы светотехники» предназначен для обучения студентов различных специальностей средних специальных и высших учебных заведений, изучающих дисциплину «Светотехника». Стенд может быть использован для обучения учащихся профессионально-технических училищ и слушателей отраслевых учебных центров повышения квалификации инженерно-технических работников. Стенд предназначен для изучения основных характеристик источников света. Техническое описание стенда смотреть в приложении 1.

План работы

1. 
   Изучить конструкцию лампы накаливания, составить эскиз лампы.
   
2. 
   Ознакомиться с конструкцией лабораторной установки (рисунок1). В отчёте вычертить схему взаимного расположения исследуемой лампы и датчика освещённости с указанием расстояний между ними. Изучить принципиальную электрическую схему установки (рисунок 2) и отобразить её в отчете.
   
3. 
   Из приложения П1 перенести в отчёт основные технические данные исследуемой лампы.
   
4. 
   Подготовить к работе лабораторную установку, для этою:
   

• 
  подключить кабель управления к соответствующему исследуемой лампе разъёму;
  
• 
  установить датчик освещённости на штатное место, подсоединим, его кабель к разъёму «Вход» пульсметра, люксметра и измерить расстояние 11 между центром лампы и датчиком освещённости;
  
• 
  переключить тумблер на передней панели пульсметра, люксметра и положение «Реж 2»;
  
• 
  включить выключатель «СЕТЬ»;
  
• 
  установить напряжение на выходе регулятора напряжения 220 В;
  
• 
  включить выключатель «ПУСК»;
  
• 
  убедиться, что исследуемая лампа и измерительные прибор;
  
• 
  работают в штатном режиме.
  

5. 
   Определить технические характеристики лампы в номинальном режиме:
   

• 
  установить регулятором напряжения номинальное значение потребляемой лампой активной мощности Р=Р_Н;
  
• 
  измерить с помощью измерителя мощности реактивную (Q) и полную (S) мощности, номинальные действующие значения напряжения U_H и тока I_н коэффициент мощности (cos φ);
  
• 
  рассчитать по закону Ома значение активного сопротивления нити накаливания в номинальное режиме
  

(3.1)

- произвести с помощью люксметра, пульсметра ряд замеров освещенности Е и коэффициента пульсаций K_n,приняв один из замеров за основной с освещенностью Е₀;

- рассчитать поправочный коэффициент К_н на несимметричность силы света

(3.2)

где n-число замеров освещенности; ∑Е – сумма замеренных освещенностей.

Истинное значение средней освещенности в основном положении

(3.3)

сетевой поток

где 4π – полный телесный угол сферы, 1₁ –расстояние между центром лампы и датчиком освещенности;

световую отдачу Ψ

Ψ =  ,

(3.5)

световой (эффективный) поток лампы Ф_эф

 =

(3.6)

сетевой КПД лампы ŋ_св

 =

(3.7)

- рассчитать интегральный поток излучения Ф по формуле Стефана-Больцмана

где А_y – условная площадь нити (м²), табл. П1, σ– постоянная Больцмана (5.67·10^-8_Вт/(м2К4 ) ), ε_s – интегральный коэффициент степени черноты вольфрама, рисунок П-2, Т_cn-температура нити накаливания (К);

- лучистый КПД (КПД интегрального излучения) ŋ_s

 =

(3.9)

6. С помощью радиометра произвести замеры энергетической освещенности.

Полученные данные занести в таблицу 3.1 отчета и сравнить их со справочными данными основных технических характеристик исследуемой лампы.

Таблица 3.1 Результаты расчетов

Тип лампы

P,Вт

Q, ВАр

S, ВА

cosφ

U, В

I, мА

R, Ом

E, Лк

Кn, %

Фсв, Лм

Ψ, Лм/Вт

Ŋсв

Е, Вт/м2

Ф, Вт

ηS

7. При наличии в комплекте двухлучевого осциллографа снять осциллограммы электротехнических и светотехнических параметров от времени для нормального режима работы лампы:

- подключить щупы осциллографа к клеммам «U_вых» и «I_вых» на передней панели модуля управления и контроля;

- включить выключатель «ПУСК»;

- установить регулятор напряжения номинальное значение потребляемой лампой активной мощности P=P_н;

- настроить показания осциллографа;

- зарисовать в одной координатной плоскости и перенести в отчет осциллограммы U_вых=f(t) и I_вых=f(t) (рисунок 3.1);

Рисунок 3.1	Рисунок 3.2

- обработать полученные осциллограммы, учитывая, что коэффициент трансформации датчика тока К_т=2 А/В, и определить угол сдвига фаз между током и напряжением φ, рассчитать коэффициент мощности cosφ, сравнить это значение с показателями измерителя мощности, в котором cosφ рассчитывается как отношение активной мощности к полной

 ;

(3.10)

- подключить щупы осциллографа к клеммам «выход» пульсме ра/люксметра на передней панели модуля управления и контроля;

- настроить показания осциллографа;

- зарисовать и перенести в отчет осциллограммы освещенности от времени E=f(t) (рисунок 3.2);

- обработать полученные осциллограммы и определить графическим методом коэффициент пульсаций К_n (3.11, 3.12), сравнить это значение с показаниями люксметра, пульсметра;

	 =	(3.11)
	 =	(3.12)

8. При наличии в комплекте запоминающего осциллографа снять осциллограммы пускового режима:

- подключить щупы осциллографа к клеммам «I_вых» на передней панели модуля управления и контроля и клеммам «Выход» на лицевой панели индикатора температуры;

- установить регулятор напряжения номинальное значение потребляемой лампой активной мощности P = P_н;

- включая выключатель «ПУСК», настроить показания осциллографа;

- зарисовать в одной координатной плоскости и перенести в отчет несколько различных осциллограмм I_вых=f(t) и T_cn=f(t) пускового режима;

- обработать полученные осциллограммы и определить максимальное значение тока лампы в пусковом режиме I_выхmax и время выхода лампы в установившийся номинальный режим работы t;

- в выводах отчета отметить какие параметры электрической схемы и как влияют на характер осциллограмм пускового режима.

9. Исследовать изменение светотехнических и электротехнических характеристик лампы накаливания при изменении напряжения:

- установить регулятором напряжения минимальное значение выходного напряжение U_вых=U_выхmin≈0 В;

- включить выключатель «ПУСК»;

- изменяя выходное напряжение от U_выхmin до U_выхmax=250 В, в нескольких режимах работы лампы, включая номинальный (U_вых=U_н), снять показания измерителя мощности, люксметра/пульсметра и радиометра;

- рассчитать для этих режимов электротехнические и светотехнические параметры лампы;

- экспериментальные и расчетные значения внести в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 Результаты расчета

№

U, B

I, мА

R, Ом

Р, Вт

Q, ВАр

S, ВА

cosφ

E, Лк

Kn, %

Фсв, Лм

Ψ, Лм/Вт

Ŋсв

Е, Вт/м2

Ф, Вт

ηS

По данным таблицы 3.2 построить в соответствующих координатных осях зависимости:

I=f(U), R=f(U); P=f(U), Q=f(U), S=f(U), cosφ; E=f(U), K_n=f(U), Ф_св=f(U), Ψ=f(U), ŋ_св=f(U), Ф=f(U), ŋ_S=f(U).

На основании полученных зависимостей сделать в отчете выводы о зависимостях электротехнических и светотехнических характеристик ламп накаливания от напряжения питания.

10. По данным таблицы 3.2 рассчитать зависимости светотехнических и электротехнических характеристик лампы в относительных единицах, взяв за базовые значения параметры номинального режима. Полученные данные поместить в таблицу 3.3 и построить соответствующие зависимости.

11. По результатам лабораторной работы в отчете сформулировать выводы об особенностях электротехнических и светотехнических характеристик ламп накаливания по сравнению с другими источниками света, отметить их положительные и отрицательные качества.