Файл: Кривовяз, Л. М. Практика оптической измерительной лаборатории.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 81
Скачиваний: 5
излучения в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной обла стях. Излучение газоразрядных ламп практически безынерционно, что позволяет модулировать с любой частотой поток излучения, получать кратковременные вспышки большой мощности и дли тельностью от 1 до 0,5 с.
Спектральные характеристики излучения газоразрядных ламп обусловлены родом газа, его давлением и электрическим режимом. В газоразрядных лампах используют в основном дуговой и. тле ющий разряды, в импульсных источниках света — искровой разряд, получаемый с помощью специальных систем питания и управления. Лампы тлеющего разряда экономичны в эксплуата-
І.сВ
Рис. 2. График изменения силы света лампы тлею щего разряда в течение срока службы
ции, выделяют малое количество тепла по сравнению с лампами накаливания той же мощности. Используются в лабораторной практике в качестве стабильных датчиков опорного светового сигнала в тех случаях, когда измерительная электрическая схема построена по методу сравнения измеряемого потока с калибровоч ным потоком, принимаемым за неизменный в течение длительного срока.
Исследования, выполненные рядом авторов [12], показали правомерность такого применения ламп тлеющего разряда, в част ности, ламп типа ТНИ-1,5. Спектральная характеристика этих излучателей определяется (в заданном электрическом режиме лампы) наполняющим газом и практически не меняется в процессе эксплуатации. Сила света в направлении индикации колеблется от лампы к лампе в значительных пределах, что обычно учиты вается конструкцией датчика опорного сигнала, но изменение силы света в течение срока службы (1500 ч) не превышает 4% первоначального значения. Изменение силы света лампы ТНИ-1,5, полученное экспериментально в течение длительного времени, представлено на рис. 2.
Однако газоразрядные источники излучения имеют и недо статки: необходимость создания специализированных довольно сложных и громоздких пусковых устройств, в ряде случаев не возможность работы на переменном токе. Несмотря на это, газо разрядные лампы находят все более широкое применение, чему способствует непрерывное повышение светоотдачи вновь разра батываемых ламп.
И
Вкачестве мощных источников освещения в ряде интерферо метров используются аргоно-ртутные лампы типа ИГАР-2, пред ставляющие собой газоразрядные источники света. Лампа излу чает световой поток ~16 000 лм в видимой и ближней ультра фиолетовой области спектра (300—400 нм), ее включают в сеть переменного тока напряжением 220 В через балластное сопротив ление или дроссель.
Влабораторной практике в качестве мощных источников уль
трафиолетового излучения применяют ртутно-кварцевые лампы высокого давления. Лампы имеют форму трубок из кварцевого стекла, на концах которых впаяны электроды. Источником излу чения в лампах служит электрический разряд в парах ртути, возникающий под действием приложенного к электродам напря жения; лампы включают в цепь переменного тока последовательно
сбалластным сопротивлением.
Втабл. 3 приведены основные электрические параметры и раз
меры наиболее часто используемых ламп.
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
Напря |
Напря |
Сила |
Мощность |
Основные размеры |
|
Тип лампы |
жение |
жение |
|
|
||
в сети |
на лампе |
тока в А |
в Вт |
диаметр |
длина |
|
|
в В |
в В |
|
|
в мм |
в мм |
ПРК-4 |
127 |
70 |
3,7 |
220 |
20 |
190 |
ПРК-2 |
220 |
120 |
3,7 |
375 |
22 |
265 |
ПРК-7 |
220 |
135 |
8,0 |
1000 |
33 |
350 |
Ртутно-кварцевые лампы сверхвысокого давления являются источниками излучения большой яркости. Это достигается полу чением дугового разряда в парах ртути, концентрируемых между концами электродов. Лампы используют в оптических приборах, где требуется получение узкого пучка света большой интенсив ности, например, в приборах для контроля качества однородности стекла. Основные параметры ламп сверхвысокого давления даны в табл. 4.
Таблица 4
Тип лампы
ДРШ-250 ДРШ-500 ДРШ-1000
Номинальные световые и электриче |
Основные размеры |
||||||
|
|
ские параметры |
|
|
в мм |
|
|
|
напряжение на лампе в В |
|
световой по ток в лм |
яркость в центре в Мнт |
! |
1 |
расстояние между элек тродами |
|
напряжение в сети в В |
мощность в Вт |
диаметр |
длина |
||||
127 |
72 |
250 |
12 500 |
100 |
25,5 |
145 |
3,9 |
220 |
75 |
500 |
22 500 |
130 |
33 |
190 |
4,5 |
220 |
90 |
1000 |
53 000 |
120 |
40 |
232 |
8 |
15
Лампы включают в сеть переменного тока последовательно с балластным сопротивлением. Относительное распределение энер гии излучения ртутно-кварцевых ламп высокого и сверхвысокого давления различно. В табл. 5 приведены значения относительной энергии излучения ламп для некоторых спектральных линий,
выраженные в процентах по |
отношению к |
излучаемой энергии |
||||
с длиной волны 365 |
нм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5 |
|
Относительная энергия |
в % |
|
Относительная энергия в % |
||
Длина |
для |
|
|
Длина |
для |
|
волны |
Д Л Я |
|
волны |
Д Л Я |
||
излучения |
ртутно-квар |
ртутно-квар |
излучения |
ртутно-квар |
ртутно-квар |
|
в нм |
цевых ламп |
цевых ламп |
в нм |
цевых ламп |
цевых ламп |
|
|
высокого |
сверхвысо |
|
высокого |
сверхвысо |
|
|
давления |
кого давле |
|
давления |
кого давле |
|
|
|
ния |
|
|
|
ния |
248,2 |
12 |
28,1 |
|
365,0 |
100 |
100 |
265,0 |
26,9 |
— |
|
373,0 |
— |
16,8 |
289,5 |
5,4 |
9,4 |
|
404,5 . |
32,9 |
64,4 |
297,0 |
14,3 |
25,2 |
|
436,5 |
57,3 |
73,1 |
301,0 |
— |
31,2 |
|
546,5 |
65,3 |
77,3 |
302,0 |
31,5 |
38,3 |
|
578,0 |
73,6 |
86,2 |
313,8 |
68,2 |
61,1 |
|
605,0 |
— |
7,3 |
334,5 |
— |
19,9 |
|
|
|
|
В качестве источников монохроматического излучения в спек троскопии, рефрактометрии, при фотографических и визуальных исследованиях качества оптических систем применяют спектраль ные газоразрядные лампы с линейчатым спектром излучения. Разрядные трубки спектральных ламп наполняют аргоном и па рами металлов: ртути, кадмия, цинка, таллия, натрия, цезия. В зависимости от наполнения разрядные трубки выполняют из кварцевого или специального стекла, внешние колбы из обычного или увиолевого стекла. Спектральные, световые и электрические параметры ламп даны в табл. 6. Наиболее интенсивные линии
излучения, выраженные в нм, |
приведены в |
табл. 7. |
вспышек |
|
В качестве источника |
кратковременных |
световых |
||
многократного действия |
при |
фотографии, |
скоростной |
съемке, |
в стробоскопах применяют газоразрядные импульсные лампы. Разряд в лампе происходит в атмосфере наполняющего лампу инертного газа (ксенона или криптона) при подаче на ее электрод зажигания импульса высокого напряжения от импульсного трансформатора. После разряда конденсатора ток в лампе и ее свечение прекращаются. Повторная вспышка происходит после повторного заряда конденсатора лампы. Сила света и длитель ность вспышек зависят от емкости конденсатора в цепи питания и напряжения питания. Фотоосветительные лампы, наиболее употребляемые в лабораторной практике, подразделяют на три основных типа: лампы с концентрированным светящимся телом
16
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6 |
|
|
Световьіе и электр ические |
|
|
|
||
|
|
параметры |
|
Продол |
|
|
|
Тип лампы |
|
|
|
|
житель |
|
|
напряже |
мощность |
яркость |
ность |
Наполнение |
|||
|
|
ние на |
номи |
наимень |
горения |
|
|
|
|
лампе |
нальная |
шая |
в ч |
|
|
|
|
в В |
в Вт |
в кНт |
|
|
|
ДРС-50 |
|
55 |
50 |
1000 |
з о о |
|
Ртуть |
ДКдС-20 |
|
17 |
20 |
17 |
300 |
|
Кадмий |
ДЦнС-20 |
|
19 |
20 |
8 |
з о о |
|
Цинк |
ДТС-15 . |
|
18 |
15 |
20 |
50 |
|
Таллий |
ДНаС-18 |
|
19 |
18 |
80 |
200 |
|
Натрий |
ДЦзС-16 |
|
10 |
16 |
2,5 |
200 |
|
Цезий |
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7 |
|
|
|
Тип лампы |
|
|
|
|
|
ДРС-50 |
ДКдС-20 ДЦнС-20 ДТС-15 |
ДНаС-18 |
ДЦзС-16 |
|||
Длина волны |
253.7 |
298.1 |
280,1 |
535 |
589,0 |
|
455,5 |
для наиболее |
|
||||||
296.7 |
326.1 |
328.2 |
|
589,6 |
|
687,0 |
|
интенсивных |
|
|
|||||
312.6 |
340,4 |
330.3 |
|
|
|
697.3 |
|
линий излу |
|
|
|
||||
334,1 |
346.6 |
334,5 |
|
|
|
722.9 |
|
чения в нм |
|
|
|
||||
365.0 |
467.8 |
468.0 |
|
|
|
760.9 |
|
|
|
|
|
||||
|
404.7 |
480,0 |
472,2 |
|
|
|
794.4 |
|
435.8 |
508.6 |
481.1 |
|
|
|
|
|
546.1 |
643.8 |
632.2 |
|
|
|
|
|
577,0 |
|
|
|
|
|
|
для получения конусного светового пучка, лампы с длинной пря мой трубкой для получения протяженного источника света и лампы в виде кольца для получения бестеневого освещения.
В табл. 8 приведены световые и электрические параметры некоторых импульсных ламп.
Тип лампы
ИКФ-120
ИКФ-500
ИКП-200
ИКП-15000
Таблица 8
|
Энергия вспыш ки в Дж |
Рабочее напря жение в В |
Емкость конден сатора в мкФ |
Средняя мощность в Вт |
Материальный интервал между вспышками в с |
Напряжение за жигания в В |
Напряжение пробоя в В |
Номинальная световая энер гия в лм*с |
Ориентировоч ная длитель ность вспышки в мс |
|
|
|
; |
і |
|
|
|
|
120 |
300 |
2500 |
12 |
10 |
180 |
1000 |
2 500 |
112 |
500 |
500 |
4000 |
30 |
15 |
400 |
3500 |
10 000 |
8,0 |
200 |
500 |
1600 |
27 |
7,5 |
450 |
2000 |
4 000 |
1,5 |
15 000 |
2400 |
5000 |
1250 |
12 |
1600 |
5000 |
500 000 |
4,5 |
2 Л. М. Кривовяз |
17 |
Электрический разряд в насыщенных парах ртути низкого давления нашел применение при создании трубчатых люминесцент ных ламп, в которых излучение преобразуется в слое люминофора в ультрафиолетовое или видимое в зависимости от рода люмино фора. В практике оптической измерительной лаборатории полу чили распространение трубчатые люминесцентные лампы, спек
С отн |
тральное |
излучение которых наи |
||||||||
более |
близко |
воспроизводит |
рас |
|||||||
|
||||||||||
|
пределение энергии |
в |
естествен |
|||||||
|
ном дневном |
свете. |
|
|
|
|
||||
|
Существует три основных типа |
|||||||||
|
белых люминесцентных ламп: |
|
||||||||
|
1) |
люминесцентные |
лампы, |
|||||||
|
спектральный |
состав излучения |
||||||||
|
которых близок к излучению абсо |
|||||||||
|
лютно черного тела |
при |
темпера |
|||||||
|
туре 6500° К (лампы ДС); |
|
с |
|||||||
|
2) |
люминесцентные |
лампы |
|||||||
|
излучением, близким к излуче |
|||||||||
|
нию |
источника |
В |
при |
темпера |
|||||
|
туре |
4800° К,— лампы |
холодного |
|||||||
|
белого света (ХБС); |
|
лампы |
с |
||||||
|
3) |
люминесцентные |
||||||||
|
цветовой |
температурой, |
близкой |
|||||||
|
к 2700° К, получившие наимено |
|||||||||
Рис. 3. Относительное распределе |
вание ламп |
тепло-белого |
света |
|||||||
ние энергии в спектре излучения |
(ТБС). |
|
|
излучение |
этих |
|||||
люминесцентных ламп |
Спектральное |
|||||||||
|
ламп |
приведено |
на |
рис. |
3, |
из |
||||
которого видно, что в излучении люминесцентных ламп присут ствуют интенсивные линии ртути, которые приводят к цветовым искажениям при точных колориметрических измерениях. По этому в практике оптических измерительных лабораторий люми несцентные лампы используются лишь как источники общего освещения (например, в фотометрических шарах при измерении светорассеяния).
3. Лабораторные источники дневного света
Воспроизведение условий дневного освещения в том случае, когда спектральный состав должен быть строго нормирован, осу ществляется в соответствии с ГОСТами 7721—61 и 9411—66 путем применения лампы накаливания в сочетании со специально рас считываемыми стеклянными светофильтрами дневного света, со стоящими из трех компонентов (стекла марок ПС5, ПС14, СЗС17). Толщины компонентов в светофильтрах выбирают по свойствам конкретных варок стекла, полученных для изготовления свето фильтров, так, чтобы спектральные кривые пропускания свето-
фильтров были максимально близки к теоретическим кривым, а координаты цветности источника А в сочетании со светофиль трами возможно меньше отступали от значений координат цвет ности абсолютно черного тела при заданных стандартных темпе ратурах (от значений х — 0,351, у = 0,357 и х = 0,313, у =
=0,324 соответственно для температур 4800 и 6500° К) [62]. Если ЕАо(А,) представляет собой спектральное распределение
плотности излучения по спектру для абсолютно черного излуча
теля при Тцв = |
2854° К, а ЕВо (А) |
и ЕСо (А) соответственно при |
Гдв = 4800° К |
и Тцв = 6500° К, |
то светофильтры, служащие |
для перехода от источника Л 0 к источникам В 0 и С0, должны удо влетворять условиям:
Еа0(ä<) tBa (А) = |
аВо (А) Ев„ (ty', |
Еа0(A)fCoW = |
aCe (А)Е Со (А). |
Здесь с помощью коэффициентов аВо и аВо выполняется необ ходимое для всякого светофильтра условие: ü << 1, так как абсо лютные значения ЕВо (А) и ЕС(>(А) значительно превышают соот ветствующие значения ЁАо (А). Отсюда для определения 'требова ний к спектральному пропусканию теоретических светофильтров имеем следующие соотношения в логарифмической форме:
— Ig ^ . М - |
Е>в. (А) = |
lg ЕАо(А) - lg ЕВш(А) + |
dBo, |
|
— lg tc0 (Е) = Е>с0(А) = |
lg ЕАо(А) — lg Ес0(А) + |
dCo, |
|
|
где постоянные dBo и |
обеспечивают соблюдение условий |
для |
||
оптической плотности: D (А) > |
0, так как t (А) <5 1. |
б", б'" |
ком |
|
Имея три переменные величины — толщины б \ |
||||
понентов составного светофильтра (СЗС17, ПС5 и ПС14), можно решить задачу совершенно. точно только для трех длин волн в спектре, обеспечив в этих точках совпадение с теоретически заданными значениями D (А). Решение, которое дает максималь ное приближение спектральной кривой пропускания реального светофильтра к теоретической, следует искать по методу наимень ших квадратов, составляя уравнения вида
D(K) = D' (А,)+Я"(А,) + 0"(А,) = = «' (Яг)б' + а"(Яг.)б" + а"'(Я,.)б'",
где D (А;.) — значение плотности теоретического светофиль тра;
а (^j) — коэффициенты поглощения компонентов свето фильтра;
б', б", б’" — искомые толщины компонентов. Число точек я по спектру можно выбрать любое.
С помощью соответствующих преобразований переходим к си
стеме трех уравнений с тремя неизвестными: |
|
||
Лхб' + 5 1б ''+ С 1б," = |
Е1; I |
|
|
А2Ь' |
Еяб" -f- С2б'" = |
Е2; I |
(2) |
А,б' + |
7?зб'' + Сзб'" = |
Е3. J |
|
2 |
19 |