При расчете самодельных светил для фотания нужны параметры ламп.
Книжку из империи зла про импульсные ксеноновые лампы найти так и не удалось еще, но в книжке оттуда про вообще ксеноновые лампы упомянуты и кратковременные перегрузочные режимы и почти отдельно импульсные.
Важная информация имхо есть в книжке из почти конца империи зла "Ксеноновые трубчатые лампы и их применение. А.Л.Вассерман 1989".
Принцип перевода лампы из непрерывного в импульсный режим - подача повышеного напряжения на короткий период чтобы колба не успела перегреться и повторение импульсов неочень часто чтобы не превышать допустимую среднюю мощность рассеяния. Т.е. принципиального разделения ламп на импульсные и непрерывные нет - импульсные можно использовать в непрерывном режиме при малой мощности, а непрерывные типа ДКсТ в импульсном. Основная разница между более импульсными и более осветительными мож только в конструкции электродов - у импульсных они должны помедленее распыляться.
Основные зависимости параметров при изменении режима лампы напряжением (стр.14 книжки):
Uc/Ul = (Pл/Рном)^(1/3.5) = (Iл/Iном)^0.4 = (Фл/Фном)^(1/4.2) = (nл/nном)^(1/0.7) = (Rл/Rном)^(-1/1.5)
Где P - мощность, I - ток, Ф - световой поток, n - КПД, R - сопротивление.
Что-то неочень понятно со степенями, но вроде получается мощность пропорциональна степени 3.5, световой поток степени 4.2, а сопротивление обратно пропорционально степени 1.5 от отношения номинального напряжения к текущему приложеному.
Формула удельного сопротивления разряда (Ом см):
p = 5.63*10^-3*(O^2)*(U/l)^(-1.5)*(p0/r1)^0.5
где O - отношение радиуса столба разряда к радиусу r1 (внутреннему радиусу трубки). U - напряжение, l - длина столба разряда (расстояние между электродами) см, p0 - начальное давление ксенона Па, r1 - внутренний радиус трубки.
Сопротивление лампы -
Rл = p*l/(O^2*pi*r1^2)
где p - удельное сопротивление по формуле выше, l - длина разряда, pi - 3.1415, r1 - внутренний радиус трубки. Сопротивление от параметра О не зависит.
При попытке посчитать сопротивление ИФК-2000 (l = 16 см, r1 = 0.45 см) для давления ксенона 20 кПа и 250В, получается порядка паспортных 0.48 Ом.
При установившемся режиме горения большой мощности (порядка 100 кВт на см^3 и больше) сопротивление считается по другим формулам (или выбирается по графикам зависимости напряженности поля от плотности тока см ниже).
Так что для коротких импульсов надо повышать напряжение.
Параметры ксеноновых ламп
Всего 2 сообщ.
|
Показаны 1 - 2
Параметры ксеноновых ламп
Re[Print2Film]:
Таки нашлась возможно главная книжка из середины империи зла про импульсные ксеноновые лампы - "Импульсные источники света. 1978 ред. Маршака И.С.". Есть много где утянуть из инета - например http://lib.prometey.org/?id=17696 . Если всю прочитать - в принципе почти все будет известно и можно конструировать свое светило.
Краткие принципы фотоосветительного импульсного режима ксеноновой лампы:
При определенной мощности электроразряда в ксеноне возникает состояние достаточно непрозрачной плазмы с эффективной температурой порядка 5..10+ тыс К при которой столб разряда светится примерно как серое тело, с такой же температурой нагрева.
Практические следствия:
1. Долго такой разряд в колбах существовать не может из-за перегрева колбы, но даже за короткое (типовое время 1 мс) время пыха всеравно часть внутренней стенки колбы успевает испариться.
2. Для наилучшего фотоосветительного кпд необходимо поддерживать такой режим разряда, при котором в нем удерживается тепература порядка 6..8 тыс К. При слишком больших удельных мощностях столб плазмы перегревается выше 10..12 тыс К и возникают большие потери из-за ухода большой части излучения в область ультрафиолетового излучения (которое безполезно для фотоэкспозиции и сильно поглощается даже кварцем и еще и термомеханически нагружает колбу). При слишком малых удельных мощностях температура может упасть ниже 5 тыс К и будут больше потери на инфракрасную область излучения.
3. Для регулируемых пыхов с большой глубиной регулирования выходной освещенности удержать оптимальный по кпд режим лампы достаточно сложно. При проектировании пыха возможно нужно считать режим максимальной выходной освещенности максимально оптимальным, а режимы пониженой выходной освещенности уже как получится.
4. Одинаковые переданные в лампу Джоули совершенно не гарантируют получения одинаковой светоэнергии в видимом диапазоне, поэтому конструкция оптимальная по кпд может давать большую освещенность при тех же или меньших Джоулях в накопительной части пыха.
Краткие идеи из книжки про фотоосветительные применения в видимом диапазоне:
1. Оптимальное наполнение ламп - ксенон, у других инертных газов светоотдача вцелом хуже.
2. Оптимальное давление - 10..40 кПа, при меньшем давлении лампа поджигается при меньшем напряжении, при большем давлении немного возрастает светоотдача. Большая часть ламп для хороших источников поджига имеет давление (холодное) порядка 40 кПа. Иногда меньшее давление используется для особо коротких и мощных импульсов для уменьшения газодинамического удара по колбе.
3. Оптимальная средняя за неравномерный импульс удельная мощность для максимального фотоосветительного кпд в видимом диапазоне - порядка 0.1..0.5 МВт/см^3, со слабо выраженым максимумом в диапазоне 0.1..0.2 МВт/см^3. При превышении 1 МВт/см^3 кпд в видимом диапазоне быстро падает из-за смещения макстиума в ультрафиолетовый диапазон из-за перегрева. Следствие - лампы на большую мощность должны иметь определенный и достаточно большой объем.
Есть несколько режимов по получению приемлемого качества освещения по цветовой температуре в видимом диапазоне:
3.1. Режим достаточно простого пыха в схеме конденсатор - дроссель - лампа. При этом при близком к критическому значению индуктивности получается колоколообразная форма мощности пыха и при правильно подобраной средней мощности (энергии в конденсаторе деленной на время пыха) получается достаточно короткий импульс с свечением лемпы по схеме желтый - белый - голубой - белый - желтый. При этом наиболее мощная голубая фаза достаточно короткая и компенсирует желтость на разгорании и затухании. На интегральной экспозиции за все время пыха цветовая температура близка к требуемому белому. Этот режим плохо регулируется по световой мощности напряжением заряда и возможно емкостью конденсатора бо при этом нарушаются балансировочные соотношения между голубыми (температура плазмы больше 8000 К) и желтыми фазами (температура меньше 5000 К). Режим соответствует "средней" мощности порядка 0.1..0.5 МВт/см^3, средней т.к. в нем при длительностях порядка 1 мс есть фазы желтого свечения при разгорании и погасании при удельной мощности меньше 0.05 МВт/см^3 и фаза максимальной мощности (и интенсивности излучения) с голубым свечением, соответствующая мощности за интервал этой фазы больше 0.1..0.2 МВт/см^3.
3.2. Режим пыха при стабилизации средней мощности (например при питании от разрядной линии) - при заданой энергии вводимой в пых приводит к более удлиненному времени пыха, но обезпечивает наиболее равномерную цветовую температуру. Для средней цветовой температуры 6000...7000 К имхо это соответствует удельной объемной мощности порядка 0.05 МВт/см^3. Хорошо регулируется по энергии изменением длительности пыха практически без изменения цветовой температуры. Но для максимальных энергий за минимальное время требует достаточно больших объемов лампы (размеры).
Некоторые недостатки режима свечения при удельной мощности, соответствующей средней требуемой цветовой температуре около 6500К -
- менее равномерный спектр по сравнению с более мощными режимами из-за достаточно холодной и достаточно прозрачной для излучения плазмы, из которой все еще хорошо торчат отдельные спектральные линии
- меньшая максимальная мощность лампы, приводящая к ограничению минимальной длительности пыха при заданой достаточно большой вводимой энергии.
Эти недостатки можно частично компенсировать увеличением удельной квазистационарной мощности пыха до 0.1..0.3 МВт/см^3 (или средней мощности неравномерного пыха от простого разрядного контура до значений больше 0.2 МВт/см^3 - где-то до 1 МВт/см^3), но при этом надо будет компенсировать сдвиг цветовой температуры цветокорректирующим фильтром и принимать больше мер по фильтрации ультрафиолетового излучения, зато этот режим обезпечивает более равномерный спектр из-за меньшей прозрачности более горячей плазмы (характер свечения ближе к черному телу) и возможно из-за заметно большей эффективности излучения в видимом диапазоне (и меньше в инфракрасном) обезпечит больший кпд даже с учетом потерь в цветокорректирующем фильтре.
Краткие принципы фотоосветительного импульсного режима ксеноновой лампы:
При определенной мощности электроразряда в ксеноне возникает состояние достаточно непрозрачной плазмы с эффективной температурой порядка 5..10+ тыс К при которой столб разряда светится примерно как серое тело, с такой же температурой нагрева.
Практические следствия:
1. Долго такой разряд в колбах существовать не может из-за перегрева колбы, но даже за короткое (типовое время 1 мс) время пыха всеравно часть внутренней стенки колбы успевает испариться.
2. Для наилучшего фотоосветительного кпд необходимо поддерживать такой режим разряда, при котором в нем удерживается тепература порядка 6..8 тыс К. При слишком больших удельных мощностях столб плазмы перегревается выше 10..12 тыс К и возникают большие потери из-за ухода большой части излучения в область ультрафиолетового излучения (которое безполезно для фотоэкспозиции и сильно поглощается даже кварцем и еще и термомеханически нагружает колбу). При слишком малых удельных мощностях температура может упасть ниже 5 тыс К и будут больше потери на инфракрасную область излучения.
3. Для регулируемых пыхов с большой глубиной регулирования выходной освещенности удержать оптимальный по кпд режим лампы достаточно сложно. При проектировании пыха возможно нужно считать режим максимальной выходной освещенности максимально оптимальным, а режимы пониженой выходной освещенности уже как получится.
4. Одинаковые переданные в лампу Джоули совершенно не гарантируют получения одинаковой светоэнергии в видимом диапазоне, поэтому конструкция оптимальная по кпд может давать большую освещенность при тех же или меньших Джоулях в накопительной части пыха.
Краткие идеи из книжки про фотоосветительные применения в видимом диапазоне:
1. Оптимальное наполнение ламп - ксенон, у других инертных газов светоотдача вцелом хуже.
2. Оптимальное давление - 10..40 кПа, при меньшем давлении лампа поджигается при меньшем напряжении, при большем давлении немного возрастает светоотдача. Большая часть ламп для хороших источников поджига имеет давление (холодное) порядка 40 кПа. Иногда меньшее давление используется для особо коротких и мощных импульсов для уменьшения газодинамического удара по колбе.
3. Оптимальная средняя за неравномерный импульс удельная мощность для максимального фотоосветительного кпд в видимом диапазоне - порядка 0.1..0.5 МВт/см^3, со слабо выраженым максимумом в диапазоне 0.1..0.2 МВт/см^3. При превышении 1 МВт/см^3 кпд в видимом диапазоне быстро падает из-за смещения макстиума в ультрафиолетовый диапазон из-за перегрева. Следствие - лампы на большую мощность должны иметь определенный и достаточно большой объем.
Есть несколько режимов по получению приемлемого качества освещения по цветовой температуре в видимом диапазоне:
3.1. Режим достаточно простого пыха в схеме конденсатор - дроссель - лампа. При этом при близком к критическому значению индуктивности получается колоколообразная форма мощности пыха и при правильно подобраной средней мощности (энергии в конденсаторе деленной на время пыха) получается достаточно короткий импульс с свечением лемпы по схеме желтый - белый - голубой - белый - желтый. При этом наиболее мощная голубая фаза достаточно короткая и компенсирует желтость на разгорании и затухании. На интегральной экспозиции за все время пыха цветовая температура близка к требуемому белому. Этот режим плохо регулируется по световой мощности напряжением заряда и возможно емкостью конденсатора бо при этом нарушаются балансировочные соотношения между голубыми (температура плазмы больше 8000 К) и желтыми фазами (температура меньше 5000 К). Режим соответствует "средней" мощности порядка 0.1..0.5 МВт/см^3, средней т.к. в нем при длительностях порядка 1 мс есть фазы желтого свечения при разгорании и погасании при удельной мощности меньше 0.05 МВт/см^3 и фаза максимальной мощности (и интенсивности излучения) с голубым свечением, соответствующая мощности за интервал этой фазы больше 0.1..0.2 МВт/см^3.
3.2. Режим пыха при стабилизации средней мощности (например при питании от разрядной линии) - при заданой энергии вводимой в пых приводит к более удлиненному времени пыха, но обезпечивает наиболее равномерную цветовую температуру. Для средней цветовой температуры 6000...7000 К имхо это соответствует удельной объемной мощности порядка 0.05 МВт/см^3. Хорошо регулируется по энергии изменением длительности пыха практически без изменения цветовой температуры. Но для максимальных энергий за минимальное время требует достаточно больших объемов лампы (размеры).
Некоторые недостатки режима свечения при удельной мощности, соответствующей средней требуемой цветовой температуре около 6500К -
- менее равномерный спектр по сравнению с более мощными режимами из-за достаточно холодной и достаточно прозрачной для излучения плазмы, из которой все еще хорошо торчат отдельные спектральные линии
- меньшая максимальная мощность лампы, приводящая к ограничению минимальной длительности пыха при заданой достаточно большой вводимой энергии.
Эти недостатки можно частично компенсировать увеличением удельной квазистационарной мощности пыха до 0.1..0.3 МВт/см^3 (или средней мощности неравномерного пыха от простого разрядного контура до значений больше 0.2 МВт/см^3 - где-то до 1 МВт/см^3), но при этом надо будет компенсировать сдвиг цветовой температуры цветокорректирующим фильтром и принимать больше мер по фильтрации ультрафиолетового излучения, зато этот режим обезпечивает более равномерный спектр из-за меньшей прозрачности более горячей плазмы (характер свечения ближе к черному телу) и возможно из-за заметно большей эффективности излучения в видимом диапазоне (и меньше в инфракрасном) обезпечит больший кпд даже с учетом потерь в цветокорректирующем фильтре.