Диплом. Диплом Ионов А.В. 1. Теоретическая часть
 Скачать 1.71 Mb.
|
|
4.3.4 Измерение температуры подложки светодиода при пассивном и активном охлаждении. 4.3.4.1 Пассивное охлаждение радиатором В данном эксперименте охлаждение диода происходило при помощи пассивного радиатора. Температура подложки измеряется NTC термистром TTF3A103J34D3AY. Яркость светодиода в этом эксперименте оставалась постоянной и составляла 6800 Кд/м2 Рабочий ток светодиода 350мА. . Блок схема проведенного опыта изображена на Рисунке 40. Модель теплого процесса показана на рисунке 41  Рисунок 40. Блок схема опыта  Рисунок 41. Модель теплого процесса. 1,2-индукция тепла, 3,4,- конвекция тепла Порядок проведения опыта: Подача питания на светодиод Снятие тепловых характеристик на подложке светодиода Температура подложки светодиода с течением времени возросла с 27 °C до 32 °C, после чего оставалась постоянной «Рис.42» Исходные данные в приложении 5, из графика «Рис.42» видно, что при охлаждении радиатора кулером результаты не изменились, следовательно, при данной элементной базе он не является необходимым.  Рисунок 42. Температура светодиода с пассивным охлаждением. 4.3.4.2 Активное охлаждение элементом Пельтье В данном эксперименте охлаждение диода происходило при помощи термоэлектрического модуля. Горячая сторона охлаждалась при помощи радиатора. Температура подложки светодиода измерялась NTC термисторам TTF3A103J34D3AY. Яркость светодиода в этом эксперименте оставалась постоянной и составляла 6800 Кд/м2 Рабочий ток светодиода 350мА. Блок схема проведенного опыта изображена на Рисунке 43.  Рисунок 43 Блок схема опыта  Рисунок 44. Модель теплового процесса, 1,2,5- индукция тепла, 4,3,6, конвекция в окружающую среду Порядок проведения опыта: Подача питания на светодиод Включение активного охлаждения Снятие тепловых характеристик на подложке светодиода К моменту включения элемента Пельтье подложка светодиода имела температуру 45 °C.После включения активного охлаждения опустилась до 27 °C и начала расти с линейной зависимостью. В течении 60 минут температура подложки светодиода достигла 60 °C и оставалась постоянной. Результаты опыта показаны на рисунке 6,исходные данные в приложении 6. Как видно из графика «Рис.45» в начальный момент времени активное охлаждение термоэлектрическим модулем дает положительный эффект, но с течением времени оно ухудшается. Происходит это из-за недостаточной эффективности теплоотвода радиатора, подключенного к горячей стороне элемента Пельтье.  Рисунок 45. Температура диода с активным охлаждением элементом Пельтье 4.3.5 Выводы по результатам эксперимента. Основываясь на результатах эксперимента можно сделать вывод о превосходстве ,рассмотренного пассивного охлаждения алюминиевым радиатором, перед активным охлаждением элементом Пельтье. Главной проблемой охлаждения термоэлектрическим модулем является необходимость отвода тепла от самого элемента Пельтье, радиатор используемый в экспериментах для этой цели справлялся плохо, в следствии чего он перегревался и начинал греть подложку светодиода. Это увеличивало температуру подложки светодиода в среднем на 30 °С по сравнению с пассивным охлаждением. Перегрев светодиода значительно уменьшает его время жизни, соответственно охлаждение выбранным элементом Пельтье является не приемлемым. 4.3.6 Недостатки эксперимента 1.Рассмотрен только один вид светодиода из-за нехватки финансирования 2.Не удалось измерить температуру кристалла светодиода из-за отсутствия нужной аппаратуры 3.Использование более точных методов измерения температуры подложки светодиода 4.Не исследовался режим ШИМ управления яркостью светодиода. Главной проблемой являлось отсутствие нужной аппаратуры и элементной базы на кафедре РЭТ. 4.3.7 Пути решения отмеченных недостатков Проведение эксперимента с рядом мощностей светодиодов 3, 5, 10 Вт и тд. Поиск более точных и новых датчиков для определения температуры компонентов стенда. По разработанной документации собрать ШИМ контроллер и провести новые исследования. Приобретения оборудования для дистанционного измерения кристалла лазерным методом и/или тепловизором. 5.Экологическая часть Главными условиями новых источников являются небольшой размер ламп, долговечность и низкое энергопотребление. Именно светодиоды, отвечающие всем этим требованиям, считаются основным претендентом на замену лампам накаливания и люминесцентным. В то время, как все существующие на сегодняшний день источники освещения достигли своей максимальной световой эффективности, светодиоды приблизились только к 10% своих возможностей. Основными преимуществами светодиодов перед лампами накаливания является длительный срок службы, более высокий световой выход, безопасность. Светодиоды испускают чистый белый свет, в то время как лампы накаливания излучают и в инфракрасном спектре. Почти 95% энергии потребляемой лампами накаливания, уходит в тепло которое переходит в окружающую среду, поэтому для помещений, в которых используется большое количество ламп накаливания, требуется проводить дополнительные работы по охлаждению воздуха. Лампы накаливания потребляют на 80% больше электроэнергии, чем светодиоды, для них требуется высокое напряжение. В сравнении с люминесцентными лампами у светодиодов тоже есть свои преимущества. Недостатки люминесцентных ламп: - снижает световой поток при повышенных температурах; - сложность схемы включения; - содержат ртуть. Компактные люминесцентные лампы содержат 3-6 мг ртути (в линейных люминесцентных лампах её гораздо больше, 20–50 мг). Зачастую на проблему утилизации люминесцентных ламп индивидуальные потребители не обращают внимания, а производители стремятся отстраниться от проблемы. Есть вероятность отравления ртутью из разбитой колбы, опасность загрязнения окружающей среды, ртуть легко абсорбируется самыми различными материалами. Если лампа падает на ковер и разбивается, то ртуть попадает на материал и очень сложно вычищается. Предельно допустимая концентрация паров ртути 0,3 мкг/м3, исходя из этого, одна разбитая заражает большой объем воздуха. - Необходимость утилизации изделий, отслуживших свой срок; -вредные для зрения пульсации светового потока (вызывают утомление глаз, ухудшение зрения); - акустические помехи и повышенная шумность работы; -люминесцентные лампы не приспособлены к работе при температуре воздуха ниже 15-20 °С; - ограниченная единичная мощность (до 150 Вт); - при снижении напряжения сети более чем на 10% от номинального значения лампа не зажигается; - дополнительные потери энергии в пускорегулирующей аппаратуре, достигающие 25...35% мощности ламп; - наличие радиопомех; - ультрафиолетовое излучение. Около 1% УФ пробивается наружу, что обычно не представляет проблемы. Однако компактные люминесцентные лампы, применяемые в настольных светильниках, находятся так близко от человека, что пренебрегать УФ-лучами уже нельзя. При длительном воздействии они могут вызвать раздражение кожи, обострить имеющиеся кожные заболевания и спровоцировать новые. Первыми это заметили в Британской ассоциации дерматологов, куда стали обращаться ювелиры и прочие специалисты, нуждающиеся в ярком освещении рабочего места. Немало людей с фоточувствительной кожей пострадали от перехода на компактные люминесцентные лампы. Медицинские эксперты советуют находиться не ближе 30 см от лампы, а также использовать дополнительное защитное стекло. - наличие стробоскопического эффекта (вызывается частыми (100 раз в секунду) неуловимыми для глаз миганиями люминесцентной лампы в такт с колебаниями переменного тока в осветительной сети, что может привести к искажению действительной картины движения освещаемых предметов); - Максимальное значение светового потока достигается не сразу, а спустя несколько минут после включения; - Чувствительность к частым включениям и выключениям. Не рекомендуется включать лампу, прежде чем после выключения не пройдет несколько минут; - Спектр такой лампы линейчатый (например для лампы OSRAM состоит из 5 полос в видимой области). Это приводит не только к неправильной цветопередаче, но и к повышенной усталости глаз; - Компактные люминесцентные лампы несовместимы с диммерами (регуляторами яркости), датчиками движения, фотоэлементами, таймерами и пр. При диммировании компактной люминесцентной лампы падает мощность, подаваемая на колбу, и идет разряд при недостаточно прогретых электродах. Естественно, это резко снижает ресурс лампы, а глубокой регулировки всё равно не добиться. Существуют специальные комплекты «диммер+лампа», где управляющий сигнал передается по отдельному проводу, но их стоимость выходит за рамки разумного. В последнее время появились компактные люминесцентные лампы, совместимые с обычными диммерами, однако и это не слишком практичное решение: при увеличенной на 40% цене экономичность лампы невысока. На малой яркости энергопотребление почти не снижается, а срок службы ощутимо падает; Сегодня большая часть исследований проводится в области развития светодиодных источников света. Преимущества светодиодов: - низкое энергопотребление - не более 10% от потребления при использовании ламп накаливания и не более 50% от потребления люминесцентных ламп; - длительный срок службы - до 100 000 часов; - высокий ресурс прочности - ударная и вибрационная устойчивость; - чистота и разнообразие цветов; - направленность излучения – нет потери светового потока (у других источников света излучение идет во все стороны, большие потери в рефлекторе, светодиод не освещает пространство сзади себя); - регулируемая интенсивность; - низкое рабочее напряжение; - низкие пусковые токи, отсутствие перенапряжения электросети в момент включения освещения; - нет необходимости в специальной утилизации; - нету пульсаций светового потока, поэтому светодиодное освещение не утомляет глаза; - не вызывает стробоскопический эффект; - отсутствие акустических помех; - работают при низких температурах, там где люминесцентная лампа не загорится, светодиодные будут работать без проблем; - незначительное снижение светового потока; - нет ограниченной единичной мощности (можно собрать светодиодный модуль любой мощности); - отсутствие радиопомех; - при снижении напряжения сети светодиодные лампы стабильно работают; - отсутствие ультрафиолетового и инфракрасного излучений; - совместимы с диммерами (регуляторами яркости), выключателями с подсветкой, датчиками движения, фотоэлементами, таймерами и пр. - максимальное значение светового потока достигается сразу после включения; -отсутствие чувствительности к частым включениям и выключениям; - высокий уровень цветопередачи; По сравнению с другими осветительными приборами, именно светодиодное освещение является на данный момент самым безопасным и как следствие востребованным в мире 6.Безопасность жизни деятельности 6.1 Эргономика зрительного восприятия Целью эргономики зрительного восприятия является: - максимальное улучшение восприятия зрительной информации при выполнении работы; - обеспечение соответствующего уровня выполнения производственных задач; - максимальное обеспечение безопасности работы; - обеспечение достаточного уровня зрительного комфорта. Указаны параметры «Рис.28», которые влияют на работоспособность персонала в данной зрительно воспринимаемой окружающей обстановке. Такие параметры, как зрительные способности рабочего и атрибуты задания по выполнению зрительной работы, определяют качество зрительного восприятия. Параметры освещения и рабочего пространства представляют собой зрительную характеристику, которая относится главным образом к окружающей среде. Все это влияет на качество воспринимаемой зрительной информации и, следовательно, на производительность и эффективность работы персонала. Соответственно можно несколько сгладить пониженное значение одного из этих факторов, улучшая один или несколько других факторов. Можно, например, получить адекватную зрительную информацию, улучшая контраст между элементами задания, и другие переменные параметры, связанные с заданием или оператором, при этом уменьшая общий уровень освещенности, если существует ограничение на освещенность, которую можно обеспечить.  Рисунок 28. Основные параметры, влияющие на работоспособность человека в окружающей обстановке Все эти соображения свидетельствуют о том, что применение эргономики зрительного восприятия может увеличить количество возможных решений. Эргономика зрительного восприятия позволяет выбрать наилучшее решение, основываясь на общих рекомендациях и на более детальных сведениях относительно параметра, который следует изменять, для обеспечения приемлемого зрительного восприятия окружающего пространства. |