Данная работа не уникальна. Ее можно использовать, как базу для подготовки к вашему проекту.

Лабораторная работа

Сравнение электрических ламп освещения

Цель работы: определить и сравнить эффективность работы лампы накаливания и энергосберегающей лампы.

Оборудование: измерительная установка им. Ломова, лампа накаливания общего назначения, энергосберегающая лампа, рулетка, люксметр, вольтметр, амперметр (“токовые клещи”), термопара, мультиметр 266 – FT.

Основные теоретические положения

В данной лабораторной работе используются такие виды ламп: лапма накаливания “Искра” и энергосберегающая лампа EUROLAMP.

Лампа накаливания общего назначения “Искра”

Технические характеристики лампа накаливания общего назначения фирмы “Искра”:

§ Вид лампы: матовая.

§ Материал: стекло, металл.

§ Назначение: для светильников внутреннего и внешнего освещения.

§ Мощность: 75 Вт

§ Напряжение: 230 В

§ Световой поток: 935 лм

§ Срок службы: 1000 ч

§ Форма: колба, L=94мм, D=55мм.

Лампа накаливания — электрический источник света, в котором тело накала (тугоплавкий проводник), помещённое в прозрачный вакуумированный или заполненный инертным газом сосуд, нагревается до высокой температуры за счёт протекания через него электрического тока, в результате чего излучает в широком спектральном диапазоне, в том числе видимый свет. В качестве тела накала в настоящее время используется в основном спираль из сплавов на основе вольфрама.

Конструкция

Конструкции ламп накаливания разнообразны и зависят от назначения. Общими являются тело накала, колба и токовводы. В зависимости от особенностей конкретного типа лампы могут применяться держатели тела накала различной конструкции; лампы могут изготавливаться бесцокольными или с цоколями различных типов, иметь дополнительную внешнюю колбу и иные дополнительные конструктивные элементы.

В конструкции ламп общего назначения предусматривается предохранитель — звено из ферроникелевого сплава, вваренное в разрыв одного из токовводов и расположенное вне колбы лампы — как правило, в ножке. Назначение предохранителя — предотвратить разрушение колбы при обрыве нити накала в процессе работы. Дело в том, что при этом в зоне разрыва возникает электрическая дуга, которая расплавляет остатки нити, капли расплавленного металла могут разрушить стекло колбы и послужить причиной пожара. Предохранитель рассчитан таким образом, чтобы при зажигании дуги он разрушался под воздействием тока дуги, существенно превышающего номинальный ток лампы. Ферроникелевое звено находится в полости, где давление равно атмосферному, а потому дуга легко гаснет.

Данная работа не уникальна. Ее можно использовать, как базу для подготовки к вашему проекту.

Рис. 1- Конструкция современной лампы

Конструкция современной лампы. На схеме: 1 — колба; 2 — полость колбы (вакуумированная или наполненная газом); 3 — тело накала; 4, 5 — электроды (токовые вводы); 6 — крючки-держатели тела накала; 7 — ножка лампы; 8 — внешнее звено токоввода, предохранитель; 9 — корпус цоколя; 10 — изолятор цоколя (стекло); 11 — контакт донышка цоколя.

Принцип действия

В лампе используется эффект нагревания проводника (тела накаливания) при протекании через него электрического тока. Температура тела накала резко возрастает после включения тока. Тело накала излучает электромагнитное тепловое излучение в соответствии с законом Планка. Функция Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов. При температуре 5770 K (температура поверхности Солнца) свет соответствует спектру Солнца. Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света, и тем более “красным” кажется излучение.

Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, часть уходит в результате процессов теплопроводимости и конвекции. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение. Для повышения КПД лампы и получения максимально “белого” света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь ограничена свойствами материала нити — температурой плавления. Температура в 5771 К недостижима, т. к. при такой температуре любой известный материал плавится, разрушается и перестаёт проводить электрический ток. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления — вольфрам (3410°C) и, очень редко, осмий (3045 °C).

Для оценки данного качества света используется цветовая температура. При типичных для ламп накаливания температурах 2200–3000 K излучается желтоватый свет, отличный от дневного. В вечернее время “тёплый” (< 3500 K) свет более комфортен и меньше подавляет естественную выработку мелатонина, важного для регуляции суточных циклов организма и нарушение его синтеза негативно сказывается на здоровье.

В обычном воздухе при таких температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. По этой причине тело накала помещено в колбу, из которой в процессе изготовления лампы откачивается воздух. Первые изготавливали вакуумными; в настоящее время только лампы малой мощности (для ламп общего назначения — до 25 Вт) изготавливают в вакуумированной колбе. Колбы более мощных ламп наполняют инертным газом (азотом, аргоном или криптоном). Повышенное давление в колбе газонаполненных ламп резко уменьшает скорость испарения вольфрама, благодаря чему не только увеличивается срок службы лампы, но и есть возможность повысить температуру тела накаливания, что позволяет повысить КПД и приблизить спектр излучения к белому. Колба газонаполненной лампы не так быстро темнеет за счёт осаждения материала тела накала, как у вакуумной лампы.

Преимущества:

· налаженность в массовом производстве

· малая стоимость

· небольшие размеры

· отсутствие пускорегулирующей аппаратуры

· нечувствительность к ионизирующей радиации

· чисто активное электрическое сопротивление (единичный коэффициент мощности)

· быстрый выход на рабочий режим

· невысокая чувствительность к сбоям в питании и скачкам напряжения

· отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации

· возможность работы на любом роде тока

· нечувствительность к полярности напряжения

· возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт)

· отсутствие мерцания при работе на переменном токе (важно на предприятиях).

· отсутствие гудения при работе на переменном токе

· непрерывный спектр излучения

· приятный и привычный в быту спектр

· устойчивость к электромагнитному импульсу

· возможность использования регуляторов яркости

· не боятся низкой и повышенной температуры окружающей среды, устойчивы к конденсату

Недостатки:

· низкая световая отдача

· относительно малый срок службы

· хрупкость, чувствительность к удару и вибрации

· бросок тока при включении (примерно десятикратный)

· при термоударе или разрыве нити под напряжением возможен взрыв баллона

· резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения

· лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 25 Вт-100 °C, 40 Вт — 145 °C, 75 Вт — 250 °C, 100 Вт — 290 °C, 200 Вт — 330 °C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается ещё сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут.

· нагрев частей лампы требует термостойкой арматуры светильников

· световой коэффициент полезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности, потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4 %. Включение электролампы через диод, что часто применяется с целью продления ресурса на лестничных площадках, в тамбурах и прочих затрудняющих замену местах, ещё больше усугубляет её недостатки.

Энергосберегающая лампа Eurolamp

Технические характеристики энергосберегающей лампы фирмы EUROLAMP:

§ Тип: FS-15272;

§ Мощность: 15 Вт;

§ Напряжение: 220/240 B;

§ Световой поток: 710 лм;

§ Срок службы: 12000 ч;

§ Частота: 50 Гц;

§ Тип цоколя: Е27;

§ Назначение: жилые и подсобные помещения, светильники наружного освещения, которые имеют соответсвующюю степень защиты от влаги;

§ Сила тока лампы: 118 мА;

§ Цветность: 2700 К;

Энергосберегающая лампа – электрическая лампа, обладающая существенно большей светоотдачей (соотношением между световым потоком и потребляемой мощностью), например в сравнении с наиболее распространёнными сейчас в обиходе лампами накаливания. Благодаря этому применение энергосберегающих ламп способствует экономии электроэнергии.

Конструкция

Рис.2 – Конструкция энергосберегающей лампы: 1- цоколь; 2 – электронный блок; 3 – люминесцентная лампа

С помощью цоколя лампа непосредственно подсоединяется к сети. Электронный блок включает зажигание и поддерживает последующее горение лампы. Он переводит напряжение сетевого тока, равного 220 В, в напряжение, необходимое для работы лампы. За счет данного устройства, энергосберегающая лампа включается и затем горит без мерцания, свойственного обычным люминесцентным лампам.

Энергосберегающие лампы состоят из колбы, наполненной парами ртути и аргоном, и пускорегулирующего устройства (стартера). На внутреннюю поверхность колбы нанесено специальное вещество, называемое люминофор. Люминофор, это такое вещество, при воздействии на которое ультрафиолетовым излучением, начинает излучать видимый свет. Когда мы включаем энергосберегающую лампочку, под действием электромагнитного излучения, пары ртути, содержащиеся в лампе, начинают создавать ультрафиолетовое излучение, а ультрафиолетовое излучение, в свою очередь, проходя через люминофор, нанесенный на поверхность лампы, преобразуется в видимый свет.

Размер. Как правило, энергосберегающие лампы больше по размеру, чем обычные. Есть две основных формы энергосохраняющих ламп: U-подобная и в виде спирали. Форма лампы не влияет на ее работу, однако спиралевидные лампы обычно несколько дороже, чем U-подобные, поскольку процесс их производства более сложный.

Мощность. Энергосохраняющие лампы бывают различной мощности: от 3 до 85 Вт. Учитывая то, что световая отдача энергосохраняющих ламп выше, чем у обычных приблизительно в 5 раз, выбирать необходимую мощность люминесцентной лампы нужно, исходя из соответствующей пропорции: там, где вы использовали лампочку накаливания мощностью 100 Вт, хватит энергосохраняющей лампы мощностью 20 Вт.

Тип цоколя. Перед покупкой лампы не забудьте проверить тип цоколя вашего светильника, которому подойдет только соответствующий цоколь лампы. Подавляющее большинство люстр, которые подвешиваются к потолку, имеют цоколь Е 27, в небольших светильниках и бра применяют немного меньший по размеру цоколь Е 14.

Цвет света. Еще одной уникальной характеристикой энергосохраняющих ламп является их цветовая температура, которая определяет цвет лампы: 2700 К – мягкий белый свет, 4200 К – дневной свет, 6400 К – холодный белый свет. Чем ниже цветовая температура лампы, тем ближе цвет к красному, чем выше – к синему. Поэтому перед выбором определенной лампы представьте, какой цвет света устроит вас (или подойдет к цветовой гамме интерьера) лучше всего и выберите люминесцентную лампу с соответствующей цветовой температурой.

Преимущества энергосберегающих ламп

Светоотдача. Главным преимуществом энергосберегающих ламп является их высокая светоотдача (она превосходит светоотдачу ламп накаливания в 5 раз), что видно из их названия. Таким образом, энергосберегающая лампа мощностью, скажем, 20 Вт способна создать световой поток равный световому потоку лампы накаливания 100 Вт, стало быть, такая светоотдача дает не просто экономию электроэнергии, а урезает её расход в разы.

Нельзя не отметить ещё одно достоинство энергосберегающих ламп, вытекающее из их экономичности потребления электроэнергии – значительное снижение нагрузки на группы освещения вашей электропроводки, т. е, более щадящий режим её работы.

Срок службы. Довольно, немаловажное преимущество энергосберегающих ламп. Опять – же, сравнивая их с лампами накаливания, можно сказать, что последние имеют меньший срок службы, относительно энергосберегающих примерно в 5-15 раз.

Низкая теплоотдача. Несмотря на довольно высокий уровень светоотдачи, энергосберегающие лампы отличаются незначительным тепловыделением, что существенно расширяет область их применения и является весомым преимуществом в плане пожаробезопасности.

Распределение света. Свет энергосберегающих ламп намного мягче, равномернее распределяется в помещении, отсутствуют резкие тени на стенах, как при использовании ламп накаливания. Связано это с тем, что излучение света, в отличие от последней, идет не от накалённой спирали, а по всей площади колбы.

Возможность выбора цвета освещения. Можно выбрать нужный вам оттенок освещения исходя из особенностей интерьера квартиры (дома) или особенностей вашего зрения: 2700 К – теплый белый свет; 4200 К – дневной свет; 6400 К – холодный белый свет.

Недостатки энергосберегающих ламп

Высокая стоимость. Опять-же, в сравнении с лампами накаливания. Даже сравнительно недорогая энергосберегающая лампа на сегодняшний день по стоимости превышает обычную лампу.

Длительность разогрева. Если лампы накаливания развивают максимальную интенсивность излучения света мгновенно, при их включении, то энергосберегающие лампы такой скоростью разогрева, как и многие люминесцентные лампы не обладают. Этот процесс у некоторых ламп может длится до 1,5 – 2 минут.

Ограниченный температурный диапазон. Большинство энергосберегающих ламп не предназначены для эксплуатации их при температуре ниже -15°С.

Жёсткие требования к напряжению в сети. В случае снижения питающего напряжения энергосберегающих ламп более чем на 10% они попросту не зажигаются. Т. е, “в полнакала”, как обычные лампы накаливания в “просаженной” сети эти лампы работать не будут. Весьма важный фактор, т. к, далеко не все электрические сети у нас имеют стандартные показатели качества электроэнергии (зачастую, это сельские сети, сети дачных массивов).

Галогенные лампы (рис.3).

Время не стоит на месте, изобретение Эдисона претерпело значительные изменения и усовершенствования. Галогенные лампы – новое улучшенное поколение ламп накаливания. Как и свои предшественники, они излучают тепло. Свет образуется при помощи спирали из жаропрочного вольфрама. Она находится в колбе, заполненной инертным газом. При прохождении электрического тока спираль накаляется, вырабатывая тепловую и световую энергию. По сравнению с лампами накаливания, спираль галогенной лампы нагревается до более высокой температуры, таким образом, света выделяется больше.

Рис.3 – Галогенная лампа

Галогенные лампы – компактные, низковольтные, долговечные и экономные. Спектр их излучения ближе к спектру белого света, чем у ламп накаливания. Но и они имеют свои недостатки. Такие лампы очень сильно нагреваются – до 500°С. Потому при их установке нужно соблюдать правила противопожарной безопасности. Среди минусов галогенных ламп – их высокая чувствительность к перепадам напряжения в сети. Их нужно включать через стабилизатор напряжения и не дотрагиваться голыми руками – колба испачкается и может неожиданно “взорваться” при включении света.

Галогенные лампы применяются везде, как и лампы накаливания. Они компактны, потому идеальны для комнат с подвесными потолками. Благодаря теплому белому свету такие лампы отлично передают цвета интерьера и мебели. Галогенный свет имеет свойство делать окружающие цвета более интенсивными, придавать особый блеск изделиям из металла, стекла и хрома, потому его часто используют в витринах магазинов.

Люминесцентные лампы (рис.4). Достоинство люминесцентных ламп низкие затраты электроэнергии. Светоотдача у них превышает в 5-ть раз, в отличии от стандартных. Первоначально такая лампочка обойдется дороже обычной, но и прослужит она более долгую службу. Если привычная “лампочка Ильича” выдерживает в среднем 1000 часов, то лампа накаливания может прожить в 10-ть раз дольше. Люминесцентные лампы работают за счет ультрафиолетового излучения. Преимущества таких ламп заключаются не только в экономии. Они излучают мягкий и приятный для глаза свет и не подвержены мерцанию. Но так было не всегда. До недавнего времени люминесцентные лампы не использовались в жилых помещениях, так как были только трубчатыми и давали холодный неуютный свет, в котором все выглядело тусклым и пасмурным. Но технологии не стоят на месте, и теперь люминесцентные лампы уменьшились до размеров обычной лампочки и приобрели различные оттенки спектра.

Рис.4 – Люминесцентные лампы

Благодаря тому, что люминесцентные лампы не нагреваются, их хорошо применять в пластиковых конструкциях. Светодизайнеры предпочитают именно такие лампы для создания световых композиций. А в домашних условиях они хороши в тех комнатах, где подолгу не выключают свет – например, в коридорах и прихожих.

Флуоресцентные лампы – это, как правило, стеклянные трубки, наполненные металлическим порошком, с электродами на каждом конце. Существует около 30 разновидностей таких ламп, самая распространенная – лампа дневного света. Флуоресцентные лампы имеют холодный спектр света и обычно используются для декоративного освещения.

Лампы на светодиодах

Светодиод – это полупроводниковый прибор, генерирующий при прохождении электрического тока оптическое излучение, которое в видимой области воспринимается как одноцветное. Главное преимущество таких лам – миниатюрный размер. А еще они излучают свет определенного цвета – от желтого и оранжевого до синего. Есть и светодиодные светильники дневного света, который ближе к холодному спектру. Они часто применяются в рекламе, а также для наружного и декоративного освещения.

Люксметр

Люксметр — переносный прибор для измерения освещённости, один из видов фотометров (рис. 5).

Рис.5 – Люксометр

Простейший люксметр состоит из селенового фотоэлемента, который преобразует световую энергию в энергию электрического тока, и измеряющего этот фототок стрелочного микроамперметра со шкалами, проградуированными в люксах. Разные шкалы соответствуют различным диапазонам измеряемой освещённости; переход от одного диапазона к другому осуществляют с помощью переключателя, изменяющего сопротивление электрической цепи. (Например, люксметр типа Ю-16 имеет 3 диапазона измерений: до 25, до 100 и до 500 лк). Ещё более высокие освещённости можно измерять, используя надеваемую на фотоэлемент светорассеивающую насадку, которая ослабляет падающее на элемент излучение в определённое число раз (постоянное в широком интервале длин волн излучения). Кривые относительной спектральной чувствительности селенового фотоэлемента и среднего человеческого глаза неодинаковы; поэтому показания люксметра зависят от спектрального состава излучения. Обычно приборы градуируются с лампой накаливания, и при измерении простыми люксметрами освещённости, создаваемой излучением иного спектрального состава (дневной свет, люминесцентное освещение), применяют полученные расчётом поправочные коэффициенты. Погрешность измерений такими люксметрами составляет не менее 10 % от измеряемой величины. Люксметры более высокого класса оснащаются коррегирующими светофильтрами, в сочетании с которыми спектральная чувствительность фотоэлемента приближается к чувствительности глаза; насадкой для уменьшения ошибок при измерении освещённости, создаваемой косо падающим светом; контрольной приставкой для поверки чувствительности прибора. Пространственные характеристики освещения измеряют люксметрами с насадками сферической и цилиндрической формы. Имеются модели люксметров с приспособлениями для измерения яркости. Точность измерений лучшими люксметрами — порядка 1 %.

Термопара

Термопара (термоэлектрический преобразователь температуры) — термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах, а также в системах автоматизации.

Принцип действия

Принцип действия основан на эффекте Зеебека или, иначе, термоэлектрическом эффекте. Когда концы проводника находятся при разных температурах, между ними возникает разность потенциалов, пропорциональная разности температур. Коэффициент пропорциональности называют коэффициентом термо-ЭДС. У разных металлов коэффициент термо-ЭДС разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников, будет различная. Помещая спай из металлов с отличными коэффициентами термо-ЭДС в среду с температурой Т1, мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуре Т2, которое будет пропорционально разности температур Т1 и Т2.

Рис.6 – Термопара

Применение термопар

Для измерения температуры различных типов объектов и сред, а также в автоматизированных системах управления и контроля. Термопары из вольфрам-рениевого сплава являются самыми высокотемпературными контактными датчиками температуры. Такие термопары незаменимы в металлургии для контроля температуры расплавленных металлов.

Преимущества термопар:

§ Высокая точность измерения значений температуры (вплоть до ±0,01 °С)

§ Большой температурный диапазон измерения: от ?200 °C до 2500 °C

§ Простота

§ Дешевизна

§ Надежность

Недостатки:

§ Для получения высокой точности измерения температуры (до ±0,01 °С) требуется индивидуальная градуировка термопары.

§ На показания влияет температура свободных концов, на которую необходимо вносить поправку. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового сенсора и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС.

§ Эффект Пельтье (в момент снятия показаний, необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный).

§ Зависимость ТЭДС от температуры существенно нелинейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.

§ Возникновение термоэлектрической неоднородности в результате резких перепадов температур, механических напряжений, коррозии и химических процессов в проводниках приводит к изменению градуировочной характеристики и погрешностям до 5 К.

§ На большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект “антенны” для существующих электромагнитных полей.

Мультимерт

Мультиметр — комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе это вольтметр, амперметр и омметр (рис. 7).

Существуют цифровые и аналоговые мультиметры.

Рис.7 – Мультимметр 266 FT

Мультиметр может быть как лёгким переносным устройством, используемым для базовых измерений и поиска неисправностей, так и сложным стационарным прибором со множеством возможностей.

Цифровые мультиметры

Наиболее простые цифровые мультиметры имеют разрядность 2,5 цифровых разряда (точность обычно около 10 %). Наиболее распространены приборы с разрядностью 3,5 (точность обычно около 1,0 %). Выпускаются также чуть более дорогие приборы с разрядностью 4,5 (точность обычно около 0,1 %) и существенно более дорогие приборы с разрядностью 5 и выше. Точность последних сильно зависит от диапазона измерения и вида измеряемой величины, поэтому оговаривается отдельно для каждого под диапазона. В общем случае точность таких приборов может превышать 0,01 %, несмотря на портативное исполнение.

Разрядность цифрового измерительного прибора, например, “3,5” означает, что дисплей прибора показывает 3 полноценных разряда, с диапазоном от 0 до 9, и 1 разряд — с ограниченным диапазоном. Так, прибор типа “3,5 разряда” может, например, давать показания в пределах от 0,000 до 1,999, при выходе измеряемой величины за эти пределы требуется переключение на другой диапазон (ручное или автоматическое).

Типичная погрешность цифровых мультиметров при измерении сопротивлений, постоянного напряжения и тока менее ±(0,2 % +1 единица младшего разряда). При измерении переменного напряжения и тока в диапазоне частот 20 Гц…5 кГц погрешность измерения ±(0,3 %+1 единица младшего разряда). В диапазоне высоких частот до 20 кГц при измерении в диапазоне от 0,1 предела измерения и выше погрешность намного возрастает, до 2,5 % от измеряемой величины, на частоте 50 кГц уже 10 %. С повышением частоты повышается погрешность измерения.

Входное сопротивление цифрового вольтметра до 11 МОм, емкость — 100 пФ, падение напряжения при измерении тока не более 0,2 В. Питание обычно осуществляется от батареи напряжением 9В, потребляемый ток не превышает 2 мА, при измерении постоянных напряжений и токов и 7 мА при измерении сопротивлений и переменных напряжений и токов. Мультиметр обычно работоспособен при разряде батареи до напряжения 7,5 В.

Типичные диапазоны измерений, например для распространённого мультиметра M832:

§ постоянное напряжение: 0..200 мВ, 2 В, 20 В, 200 В, 1000 В

§ переменное напряжение: 0..200 В, 750 В

§ постоянный ток: 0..2 мА, 20 мА, 200 мА, 10 А (обычно через отдельный вход)

§ переменный ток: нет

§ сопротивления: 0..200 Ом, 2 кОм, 20 кОм, 200 кОм, 2 МОм.

Аналоговые мультиметры

Аналоговый мультиметр состоит из стрелочного магнитоэлектрического измерительного прибора, набора добавочных резисторов для измерения напряжения и набора шунтов для измерения тока. Измерение сопротивления производится с использованием встроенного или от внешнего источника.

Советские аналоговые мультиметры чаще всего производились под шифром, начинающимся с буквы Ц, из-за чего широко распространилось их неофициальное название “цэшка”.

Одним из первых измерительных приборов такого рода был тестер ТТ-1, комбинированный измерительный прибор — один из первых, и первый массово изготовленный промышленностью СССР, портативных измерительных приборов. Даже в настоящее время, несмотря на появление новой элементной базы, концепции измерительных приборов такого класса принципиально не изменились (диапазоны, методы измерения величин, способы переключения электрических цепей, способ работы), что свидетельствует о тщательно продуманной конструкции прибора ТТ-1..

Амперметр

Амперметр — прибор для измерения силы тока в амперах (рис.8). Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют; для увеличения предела измерений — сшунтом или через трансформатор. (Примером амперметра с трансформатором являются “токовые клещи”,

Рис.8 – Амперметр

Популярность данного прибора связана с тем, что он позволяет с наибольшей эффективностью и достоверностью контролировать силу тока в цепи.

Общая характеристика

Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол крена, пропорциональный величине измеряемого тока.

Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.

Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными — силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.

Принципы действия

Принцип действия магнитоэлектрического прибора основан на создании крутящего момента, благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки. С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки пропорционален силе тока.

Электродинамические амперметры состоят из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействия между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки. В электрическом контуре амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при высоком напряжении или больших токах – через трансформатор.

Вольтметр

Вольтметр – это электрический прибор, относящийся к классу гальванометров и предназначенный для определения электродвижущей силы и напряжений (рис.9). Основная единица измерений устройства – вольт, помимо этого существует видовые измерители в микровольтах, милливольтах, киловольтах и так далее.

Вольтметры подключаются параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.

лампа накаливание энергосберегающий освещение

Рис.9 – Вольтметр

Классификация

§ По принципу действия вольтметры разделяются на:

§ Электромеханические – магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические;

§ Электронные – аналоговые и цифровые

§ По назначению:

§ постоянного тока;

§ переменного тока;

§ импульсные;

§ фазочувствительные;

§ селективные;

§ универсальные

§ По конструкции и способу применения:

§ щитовые;

§ переносные;

§ стационарные

Рулетка (измерительная)

Рулетка — инструмент для измерения длины (рис.10). Представляет собой металлическую или пластмассовую ленту с нанесёнными делениями, которая намотана на катушку, заключённую в корпус, снабжённый механизмом для сматывания ленты.

Рис.10 – Рулетка измерительная

Механизм сматывания может быть одного из двух видов:

§ с возвратной пружиной — тогда лента сматывается при отпускании, а вытравливается из корпуса рулетки с некоторым усилием;

§ с выступающей наружу вращающейся рукояткой, связанной с катушкой ленты, — тогда лента сматывается при вращении рукоятки.

Рулетки с возвратной пружиной обычно оснащены стопором, который предотвращает самопроизвольное сматывание ленты. На свободном конце ленты такие рулетки содержат прочно закреплённый зацеп (обычно это изогнутая под прямым углом металлическая пластина), который

§ не позволяет концу ленты безвозвратно уйти внутрь корпуса

§ служит для точного совмещения начала ленты и ребра обмеряемого предмета.

Типичная длина измерительной ленты рулетки 3-5 метров, однако встречаются рулетки с возможностью измерения длины до 100 метров. Обычно рулетки с более короткой лентой имеют механизм сматывания с возвратной пружиной, а с более длинной — с рукояткой.

Рулетка требует бережного и осторожного обращения. Поскольку лента тонкая и жёсткая, её легко повредить при неосторожном обращении. Неосторожное использование рулетки может также повлечь серьёзные порезы.

Существуют модели рулеток, в которых механизм сматывания снабжён электрическим приводом, что позволяет разматывать и сматывать ленту просто нажатием и удержанием кнопки. Привод обычно питается от батарейки.

Рулетка может быть также снабжена электроникой для считывания показаний. Такие схемы электронными средствами считывают значение с участка ленты, ближайшего к выходу из корпуса, и отображают соответствующие показания на жидкокристаллическом дисплее на корпусе.

Секундомер

Секундомер– прибор, способный измерять интервалы времени с точностью до долей секунды (рис.11). Обычно используются секундомеры с точностью измерения в сотую долю секунды. Но с появлением современных технологий появилась возможность измерять время гораздо более точно — до десятитысячных долей и еще точнее.

Рис.11 – Секундомер

Применение:

§ В научных лабораториях

§ В заводских лабораториях

§ В учебных лабораториях ВУЗов, техникумов и школ

§ В спорте

§ В военном деле (засекание времени хода торпеды, определение момента поражения торпедой цели)

В первую очередь секундомеры используются в спорте для точного измерения отрезка времени, потребовавшегося спортсмену для проведения некого упражнения, например в спринте или плавании.

§ В быту (на кухне, для определения времени готовки пищи)

Ход работы:

1) Вотльтметр показывает что в сети 220 В. Включаем лампу накаливания и регистрируем показания амперметра, значение равно 0,33. Измеряем мощность лампы накаливания общего назначения:

220 В?0,33 А=72,6 Вт

2) Вотльтметр показывает что в сети 220 В. Включаем энергосберегающую лампу и с помощью токових клещей регистрируем показания амперметра, значение равно 0,03. Измеряем мощность энергосберегающей лампы:

220 В?0,03 А=6,6 Вт

3) Меряем освещенность лампы накаливания общего назначения и энергосберегающей лампы с помощью люксметра прямо по оси на расстоянии 1м измеренного с помощью рулетки на протяжении 2мин с интервалом 5с:

Лампа накаливания

Энергосберегающая лампа

Время, с

Значение, лк

Время, с

Значения, лк

0

173

0

141

5

170

5

135

10

170

10

139

15

172

15

144

20

172

20

154

25

174

25

156

30

175

30

157

35

176

35

157

40

178

40

157

45

178

45

160

50

180

50

160

55

181

55

161

60

181

60

163

5

181

5

163

10

182

10

164

15

182

15

168

20

183

20

168

25

183

25

170

30

184

30

172

35

185

35

170

40

185

40

172

45

186

45

172

50

188

50

172

55

189

55

172

60

189

60

172

4) Меряем освещенность лампы накаливания общего назначения и энергосберегающей лампы с помощью люксметра прямо по оси на расстоянии 75см измеренных с помощью рулетки на протяжении 2мин с интервалом 5с:

Лампа накаливания

Энергосберегающая лампа

Время, с

Значение, лк

Время, с

Значения, лк

0

251

0

185

5

250

5

190

10

253

10

193

15

254

15

197

20

254

20

202

25

251

25

207

30

256

30

210

35

256

35

215

40

257

40

218

45

258

45

221

50

260

50

224

55

262

55

226

60

263

60

229

5

263

5

230

10

265

10

232

15

266

15

234

20

266

20

236

25

267

25

237

30

269

30

237

35

270

35

238

40

272

40

241

45

266

45

240

50

268

50

241

55

273

55

242

60

273

60

242

5) Меряем освещенность лампы накаливания общего назначения и энергосберегающей лампы с помощью люксметра прямо по оси на расстоянии 50см измеренных с помощью рулетки на протяжении 2мин с интервалом 5с:

Таблица

Лампа накаливания

Энергосберегающая лампа

Время, с

Значение, лк

Время, с

Значения, лк

0

340

0

203

5

365

5

227

10

370

10

240

15

371

15

252

20

370

20

260

25

365

25

269

30

365

30

278

35

372

35

284

40

377

40

288

45

378

45

291

50

382

50

297

55

384

55

298

60

384

60

300

5

386

5

301

10

386

10

303

15

389

15

305

20

389

20

305

25

392

25

306

30

394

30

305

35

398

35

308

40

400

40

309

45

401

45

309

50

402

50

309

55

405

55

310

60

410

60

310

6) Меряем освещенность лампы накаливания общего назначения и энергосберегающей лампы с помощью люксметра прямо по оси на расстоянии 25см измеренных с помощью рулетки на протяжении 2мин с интервалом 5с:

Лампа накаливания

Энергосберегающая лампа

Время, с

Значение, лк

Время, с

Значения, лк

0

850

0

370

5

844

5

437

10

845

10

484

15

856

15

522

20

874

20

557

25

879

25

585

30

882

30

604

35

883

35

622

40

884

40

630

45

891

45

634

50

890

50

644

55

896

55

650

60

898

60

652

5

902

5

657

10

906

10

658

15

913

15

666

20

916

20

669

25

917

25

670

30

920

30

674

35

924

35

679

40

929

40

680

45

932

45

682

50

935

50

683

55

938

55

686

60

942

60

689

7) Меряем освещенность лампы накаливания общего назначения и энергосберегающей лампы с помощью люксметра перпендикулярно к оси на расстоянии 1м измеренного с помощью рулетки:

Лампа накаливания: 161лк;

Энергосберегающая лампа: 132 лк.

8) Используя цифровую термопару, замеряем начальную температуру обоих лампочек в выключенном состоянии. Измеряем температуру лампы накаливания общего назначения и энергосберегающей лампы с помощью термопары на протяжении 2 мин:

Таблица

Лампа накаливания

Энергосберегающая лампа

Время, с

Значение, ?С

Время, с

Значения, ?С

0

20

0

20

5

30

5

24

10

38

10

24

15

43

15

26

20

47

20

27

25

52

25

28

30

55

30

30

35

60

35

33

40

67

40

34

45

72

45

36

50

75

50

38

55

77

55

40

60

79

60

41

5

83

5

42

10

86

10

44

15

89

15

42

20

90

20

45

25

91

25

45

30

92

30

48

35

92

35

49

40

92

40

50

45

92

45

51

50

92

50

51

55

92

55

52

60

92

60

53

9) Рассчитаем сколько будет стоить нам использование лампочки накаливания в год. Для этого 0,38?0,075?5?30=4,30 грн. – это цена использования лампочки в месяц. Эту сумму нужно прибавить к цене лампочки 4+4,30=8,30 грн. То есть за первый месяц использования лампочки накаливания мы тратим 8,30 грн. Таким же образом просчитаем сумму за год.

10) Рассчитаем сколько будет стоить нам использование энергосберегающей лампочки в год. Для этого 0,38?0,015?5?30=0,86 грн. – это цена использования лампочки в месяц. Эту сумму нужно прибавить к цене лампочки 25+0,86=25,86 грн. То есть за первый месяц использования энергосберегающей лампочки мы тратим 25,86 грн. Таким же образом просчитаем сумму за год.

Данные о цене лампочек за год представлены в таблице:

Месяц

Лампочка накаливания

Энергосберегающая лампочка

1

8,30

25,86

2

12,60

26,72

3

16,90

27,58

4

21,20

28,44

5

25,50

29,30

6

29,80

30,16

7

34,10

31,02

8

38,40

31,88

9

42,70

32,74

10

47

33,60

11

51,30

34,46

12

55,60

35,32

Обработка экспериментальных данных

Используя данные таблиц, строю графики зависимости силы света от времени и температуры от времени, а так же стоимости использования лампочек накаливания и энергосберегающей за год.

Выводы

В данной лабораторной работе сравнивалась эффективность работы энергосберегающей лампы и лампы накаливания. В ходе работы были сделаны такие выводы:

1) Была определена мощность энергосберегающей лампы и лампы накаливания – действительные значения оказались меньше, чем на упаковке.

2) Срок службы энергосберегающей лампы больше, чем лампы накаливания.

3) Световая отдача энергосберегающей лампы в 5 раз превышает световую отдачу лампы накаливания. Выбирая энергосберегающую лапочку, идёт экономия электрической энергии.

4) Отличие энергосберегающей лампы от лампы накаливания – это тепловыделение, что значительно расширяет область их примнения и является преимуществом в пожаробезопасности.

5) Исходя из графика стоимости ламп за каждый последующий месяц, со временем становится ясно, что использование энргосбереающей лампы намного экономнее, чем использование лампы накаливания.

4.59
alex89
Дисциплины: высшая математика, экономическая теория, статистика, эконометрика, экономико-математическое моделирование. Опыт написания студенческих работ- 4 года. Обращайтесь! Заказывайте у авторов- не заказывайте у агентств!