PL225407B1

PL225407B1 - Research and control stand for the determination of tungsten filament lamp characteristics

Info

Publication number: PL225407B1
Application number: PL407402A
Authority: PL
Inventors: Cezary Suwart
Original assignee: Przedsiębiorstwo Produkcyjno Usługowo Handlowe Drewart Energy Spółka Z
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2017-04-28
Also published as: PL407402A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest stanowisko kontrolno-badawcze do wyznaczania charakterystyk lamp wolframowych w szczególności wysokotemperaturowych lamp grzewczych kwarcowohalogenowych wykorzystujących żarnik wolframowy, pracujących w zakresie promieniowania średnio i krótkofalowego - bliskiej podczerwieni przeznaczone do zastosowania w nowoczesnych systemach grzewczych wykorzystujących ogrzewanie promieniowaniem elektromagnetycznym w zakresie podczerwieni.The subject of the invention is a control and test stand for determining the characteristics of tungsten lamps, in particular high-temperature quartz-halogen heating lamps using tungsten filament, working in the range of medium and short-wave radiation - near infrared, intended for use in modern heating systems using heating with electromagnetic radiation in the infrared range.

Znane systemy grzewcze jako źródło promieniowania elektromagnetycznego stosują najczęściej lampy grzewcze niskotemperaturowe z wykorzystaniem drutu oporowego, pracujące w zakresie promieniowania długofalowego - dalekiej podczerwieni charakteryzują się niską temperaturą grzejnika i działają na zasadzie konwekcyjnego ogrzewania powietrza które rozchodzi się grawitacyjnie lub jest nadmuchiwane.Known heating systems as a source of electromagnetic radiation most often use low-temperature heating lamps with the use of resistance wire, operating in the range of long-wave radiation - far infrared, characterized by a low temperature of the heater and operating on the principle of convection heating of air that spreads by gravity or is blown.

Wadą takich systemów grzewczych jest ograniczony obszar zastosowania ze względu na niską sprawność ogrzewania przy wysokich kosztach energii elektrycznej w szczególności dotyczy to obiektów wielko kubaturowych na przykład: hal produkcyjnych, magazynów, kościołów, obiektów na otwartym terenie, a także ograniczonych zastosowań przemysłowych w suszarnictwie i lakiernictwie.The disadvantage of such heating systems is the limited area of application due to the low heating efficiency at high electricity costs, in particular, it applies to large-scale buildings, for example: production halls, warehouses, churches, open-air facilities, as well as limited industrial applications in drying and varnishing. .

Powyższe wady i niedogodności eliminują nowoczesne środki techniczne w postaci wysokotemperaturowych lamp kwarcowo-halogenowych z włóknem wolframowym, i średniotemperaturowych lamp z włóknem węglowym; umożliwiających wytworzenie krótkofalowego lub średniofalowego elektromagnetycznego promieniowania podczerwonego które można ukształtować w odpowiednią wiązkę przestrzenną za pomocą reflektorów grzejnika i przesłać bez strat do żądanego miejsca określonej ogrzewanej powierzchni, gdzie energia promieniowania jest absorbowana przez powierzchnię i znajdujące się na niej przedmioty, skutkiem czego temperatura powierzchni i przedmiotów podnosi się powodując zjawisko ogrzania charakteryzujące się tym, że ogrzewanie zachodzi niezależnie od te mperatury otoczenia, a wynika to z faktu absorpcji energii promieniowania elektromagnetycznego padającego na określony przedmiot o określonym współczynniku absorpcji.The above disadvantages and disadvantages are eliminated by modern technical measures in the form of high-temperature quartz-halogen lamps with tungsten filament and medium-temperature lamps with carbon fiber; enabling the production of short-wave or medium-wave infrared electromagnetic radiation, which can be shaped into an appropriate spatial beam using the reflectors of the heater and sent without losses to the desired location of a specific heated surface, where the radiation energy is absorbed by the surface and objects on it, resulting in the temperature of the surface and objects rises causing the heating phenomenon characterized by the fact that heating occurs regardless of the ambient temperature, and this is due to the absorption of electromagnetic radiation energy falling on a specific object with a specific absorption coefficient.

Możliwość łatwego ukierunkowania promieniowania elektromagnetycznego w określone miejsce powierzchni w postaci ciepła, łatwość jego wytworzenia, ekonomiczne użytkowanie przez możliwość włączenia lub wyłączenia ogrzewania w dowolnym momencie, albo w określonej sekwencji sterowania czasowego czyni ten sposób ogrzewania bardzo korzystnym i przydatnym w wykorzystaniu do ogrzewania wszelkiego rodzaju pomieszczeń budowli gabarytowych i wielkogabarytowych, wybranych stref na wolnym powietrzu, ale też wykorzystania w różnych procesach technologicznych wymagających precyzyjnego nagrzewania określonych powierzchni w określonym czasie.The ability to easily direct electromagnetic radiation to a specific place of the surface in the form of heat, the ease of its generation, economic use by the ability to turn the heating on or off at any time, or in a specific sequence of time control, makes this method of heating very advantageous and useful in heating all types of rooms large and large-size buildings, selected open-air zones, but also the use in various technological processes requiring precise heating of specific surfaces at a specific time.

Z zasad termodynamiki wiadomo, że przedmioty absorbują energię promieniowania elektromagnetycznego w stopniu zależnym od współczynnika absorpcji dla danej długości fali nagrzewanego przedmiotu, a wartość tego współczynnika zależy od długości fali tego promieniowania, wiadomo ponad to, że lampa grzewcza grzejnika generuje widmo ciągłe co znaczy że w skład promieniowania wchodzą fale elektromagnetyczne o różnych długościach fali, co w efekcie powoduje, że lampa jedn ocześnie świeci światłem widzialnym jak i grzeje podczerwienią, to dla pewnych długości fali energia promieniowania jest wyższa, a dla innych długości fali niższa.It is known from the principles of thermodynamics that objects absorb the energy of electromagnetic radiation to an extent depending on the absorption coefficient for a given wavelength of the heated object, and the value of this coefficient depends on the wavelength of this radiation, it is also known that the heater's heating lamp generates a continuous spectrum, which means that in The composition of the radiation includes electromagnetic waves of different wavelengths, which results in the lamp shining with visible light and heating with infrared light at the same time, the radiation energy for certain wavelengths is higher, and for other wavelengths lower.

W procesie technologicznym wykonania grzejnika, w szczególności doboru elementów grzewczych zachodzi potrzeba dobrania właściwych parametrów lampy grzewczej dla najbardziej optymalnego przebiegu tego procesu, na przykład proces optymalnego nagrzania obrabianego przedmiotu o określonym współczynniku absorpcji wymaga ogrzania promieniowaniem o określonym rozkładzie promieniowania to znaczy takim w którym maksymalna wartość natężenia promieniowania wypada dla długości fali dla której obrabiany przedmiot wykazuje największą absorpcję.In the technological process of making the heater, in particular the selection of heating elements, there is a need to select the appropriate parameters of the heating lamp for the most optimal course of this process, for example, the process of optimal heating of the workpiece with a specific absorption coefficient requires heating with radiation with a specific radiation distribution, i.e. the one in which the maximum value is the radiation intensity falls at the wavelength for which the workpiece shows the greatest absorption.

Celem wynalazku jest opracowanie stanowiska kontrolno-badawczego do wyznaczania charakterystyk lamp grzewczych na podstawie których można dobierać takie parametry zasilania elektrycznego grzejnika, aby maksymalna wartość energii promieniowania przypadała na długość fali dla której absorpcja tego promieniowania dla ogrzewanego przedmiotu była największa, umożliwiając wyznaczenie szeregu charakterystyk badanej lampy, opisujących jej właściwości elektryczne i widmowe.The aim of the invention is to develop a control and test stand for determining the characteristics of heating lamps, on the basis of which it is possible to select such parameters of electric heater supply that the maximum value of the radiation energy falls on the wavelength for which the absorption of this radiation for the heated object is the highest, enabling the determination of a number of characteristics of the tested lamp. describing its electrical and spectral properties.

Cel ten został osiągnięty za pomocą stanowiska kontrolnego z gniazdami pomiarowymi połączonego funkcjonalnie ze stanowiskiem badawczym wyposażonym w zasilacz impulsowy DC prądu stałego z zespołem przekaźników sterujących zasilaniem lamp, sprzężony z sterownikiem mikroprocesorowym oraz komputerem nadzoru zasilanym poprzez filtr sieciowy połączony z prostownikiem.This goal was achieved by means of a test stand with measuring sockets functionally connected to a test stand equipped with a DC switching power supply with a set of relays controlling the lamp power supply, coupled with a microprocessor controller and a supervision computer powered by a mains filter connected to a rectifier.

PL 225 407 B1PL 225 407 B1

Zgodnie z wynalazkiem badanie lamp grzewczych o różnych mocach znamionowych polegać będzie na kontroli i badaniu za pomocą pomiarów:According to the invention, the testing of heating lamps with different rated powers will consist in checking and testing by means of measurements:

- emitancji widma ciała czarnego w funkcji temperatury i długości fali dla wyznaczenia wartości gęstości strumienia cieplnego, co pozwoli oszacować pożądane parametry lampy grzejnej dla określonego procesu technologicznego; na przykład jak dobrać temperaturę i długość fali dla tego procesu aby uzyskać właściwą wartość natężenia promieniowania lamp z żarnikiem wolframowym jak również dla lamp z włóknem węglowym, a także dla ogrzewaczy ceramicznych,- the emission of the blackbody spectrum as a function of temperature and wavelength to determine the value of the heat flux density, which will allow to estimate the desired parameters of the heating lamp for a specific technological process; for example, how to choose the temperature and wavelength for this process to obtain the right value of the radiation intensity of tungsten filament lamps as well as for carbon fiber lamps and ceramic heaters,

- charakterystycznych cech lamp grzewczych określanych przez współczynnik emisji to jest całkowitą moc promieniowania, wypromieniowaną przez ciało o określonej powierzchni, temperaturze i emisyjności, przyjmując, że w ustalonym stanie termodynamicznym moc elektryczna pobierana z sieci zasilającej równa jest mocy wypromieniowanej z powierzchni podgrzewanego ciała przy pom inięciu strat cieplnych na przewodzenie i unoszenie,- characteristic features of heating lamps defined by the emission factor, i.e. the total radiation power radiated by a body with a given surface area, temperature and emissivity, assuming that in a steady thermodynamic state, the electric power drawn from the supply network is equal to the power radiated from the surface of the heated body, taking into account heat losses on conduction and floating,

- rezystancji (oporu elektrycznego) żarnika określane przez parametry geometryczne i właściwości materiałowe to jest średnicę oraz długość drutu wolframowego tworzącego skrętkę żarnika lampy, mając na względzie że rezystywność wolframu i jego emisyjność nie są wartościami stałymi lecz są zależne od temperatury włókna.- resistance (electrical resistance) of the filament determined by the geometrical parameters and material properties, i.e. the diameter and length of the tungsten wire forming the strand of the lamp filament, bearing in mind that the tungsten resistivity and its emissivity are not constant values, but depend on the temperature of the filament.

Wielkościami mierzonymi na stanowisku kontrolno-badawczym według wynalazku będą: temperatura otoczenia, rezystancja włókna wolframowego w temperaturze otoczenia wyznaczona pośrednio z prądu i napięcia badanej lampy, zadawane prądy lampy w cyklu pomiarowym, przy czym kolejne pary mierzonych wartości napięcia i prądu wyznaczać będą kolejne wartości rezystancji drutu wolframowego, na podstawie której oraz wyznaczonych wartości otoczenia i rezystancji włókna wolfram owego w temperaturze otoczenia można obliczyć temperaturę włókna żarnika, oraz wyznaczyć temperaturę rozgrzanego włókna wolframowego na podstawie której można wyznaczyć emisyjność i rezystywność włókna wolframowego dla tej temperatury.The values measured on the control and test stand according to the invention will be: ambient temperature, resistance of the tungsten fiber at ambient temperature determined indirectly from the current and voltage of the lamp under test, the set lamp currents in the measurement cycle, with successive pairs of measured voltage and current values determining the next resistance values tungsten wire, on the basis of which and the determined values of the environment and the tungsten fiber resistance at ambient temperature, the temperature of the filament filament can be calculated, and the temperature of the heated tungsten filament can be determined, on the basis of which the emissivity and resistivity of the tungsten filament for this temperature can be determined.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania uwidocznionym na rysunku, przedstawiającym schematycznie stanowisko kontrolno-badawcze do wyznaczania charakterystyk lamp wolframowych zbudowane z stanowiska kontrolnego 1 z gniazdami pomiarowymi L1 do L5, z przewodami zasilającymi 8 oraz przewodami pomiarowymi 9 zaopatrzonymi w standardowe uchwyty i szybko rozłączne zaciski dla podłączenia kabli zasilających badane lampy o mocach znamionowych 300W, 500W, 750W, 1000W, 1300W, 1500W i 2000W; połączonego funkcjonalnie ze stanowiskiem badawczym 2 wyposażonym w prądowy zasilacz impulsowy DC 3 prądu stałego zaopatrzony zespół przekaźników P1 do P5 sterujących zasilaniem badanych lamp, sprzężony z sterownikiem mikroprocesorowym, oraz stacjonarnym komputerem nadzoru 5, zasilanych z instalacji prądu przemiennego 230V, poprzez filtr sieciowy 6, połączony prostownikiem sieciowym 7.The subject of the invention will be explained in more detail in the embodiment shown in the drawing, which schematically shows a test and test stand for determining the characteristics of tungsten lamps, built from a test stand 1 with test sockets L1 to L5, with power leads 8 and test leads 9 provided with standard and quick disconnect holders terminals for connecting power cables to the tested lamps with rated power of 300W, 500W, 750W, 1000W, 1300W, 1500W and 2000W; connected functionally with the test stand 2, equipped with a DC 3 current impulse power supply, equipped with a set of relays P1 to P5 controlling the power supply of the tested lamps, coupled with a microprocessor controller, and a stationary supervision computer 5, supplied from 230V AC installation, through a mains filter 6, connected mains rectifier 7.

Procedura zbierania charakterystyk lamp wolframowych za pomocą stanowiska według wynalazku jest następująca: w czasie pomiaru aktywny jest tylko jeden punkt pomiarowy wyboru którego dokonuje układ przekaźników P1 do P5, sterowanych sterownikiem mikroprocesorowym współpracującym z głównym programem stacjonarnego komputera nadzoru drogą szeregowej transmisji danych.The procedure for collecting the characteristics of tungsten lamps by means of the test stand according to the invention is as follows: during the measurement, only one measuring point is active, selected by the system of relays P1 to P5, controlled by a microprocessor controller cooperating with the main program of the stationary surveillance computer by means of serial data transmission.

Zadaniem sterownika mikroprocesorowego 4, oprócz sterowaniem wyborem odpowiedniego punktu pomiarowego dla odpowiedniego typu badanej lampy, jest dokonywanie pomiarów temperatury otoczenia, badanie prądów i napięć badanej lampy, sterowanie głównym impulsowym zasilaczem prądowym 3, przez zadawanie kolejnych wartości prądów lampy, oraz przesyłanie drogą szeregowej transmisji danych pomierzonych wartości do głównego komputera nadzoru 5, realizującego zadania obliczeniowe, graficzne oraz wydruk danych charakterystyk.The task of the microprocessor controller 4, in addition to controlling the selection of the appropriate measuring point for the appropriate type of the lamp under test, is to measure the ambient temperature, test the currents and voltages of the lamp under test, control the main impulse current power supply 3 by setting successive values of the lamp currents, and sending data via serial data transmission measured values to the main supervision computer 5, which carries out computational and graphical tasks as well as printout of characteristic data.

Pomierzone wartości charakterystyk przesyłane są do głównego komputera nadzoru który programowo wylicza i dokonuje obróbki danych.The measured values of the characteristics are sent to the main supervisory computer which calculates and processes the data by software.

Zaletą techniczną opisanej procedury pomiarów jest fakt, że do prowadzenia pomiarów, przy zapewnieniu ich niezbędnej dokładności można przyjąć jako alternatywę system zasilania stanowiska prądem stałym gdyż zgodnie z definicją, wartość skuteczna prądu przemiennego to taka wartość prądu stałego która powoduje takie same skutki cieplne, czyli prąd przemienny o wartości skutecznej na przykład 10A, jest równoznaczny prądowi stałemu 10A.The technical advantage of the described measurement procedure is the fact that in order to carry out measurements, while ensuring their necessary accuracy, one can adopt a DC power supply system as an alternative because, according to the definition, the effective value of alternating current is such a value of direct current that causes the same thermal effects, i.e. current an alternating current of 10A rms, for example, is equivalent to a direct current of 10A.

Stanowisko kontrolno-badawcze według wynalazku może być zasilane z instalacji prądu przemiennego 230V, danego pomieszczenia i zasilać będzie obwód główny zasilania lamp, sterownik m ikroprocesorowy oraz stacjonarny komputer nadzoru.The control and test stand according to the invention can be powered from a 230V alternating current installation in a given room and will supply the main power supply circuit for lamps, a microprocessor controller and a stationary supervision computer.

Claims

1. Test and control stand for determining the characteristics of tungsten lamps, in particular high-temperature quartz-halogen heating lamps using tungsten filament, working in the range of medium and short-wave radiation - near infrared, intended for use in modern heating systems using heating with electromagnetic radiation in the infrared range, characterized by that it is made of a control stand (1 with test sockets (L1 to L5), with power leads (8) and test leads (9) equipped with standard handles and quick disconnect terminals for connecting power cables to the tested lamps with rated power of 300W, 500W , 750W, 1000W, 1300W, 1500W and 2000W; connected functionally with a test stand (2) equipped with a DC impulse power supply (3) with a set of relays (P1 to P5) controlling the power supply of the tested lamps, coupled with a mic controller processor (4) and a stationary supervision computer (5), powered from 230V alternating current installation, through the mains filter (6), connected to the mains rectifier (7).

2. The control and test stand according to claim. 1, characterized in that the measurement is carried out by a single active measuring point (L1, L2 ...) from the selection of one of the relay system (P1 to P5), controlled by the microprocessor controller (4), cooperating with the impulse current supply (3), by setting successive values of lamp currents sent by serial data transmission of measured values to the main supervision computer (5), which performs calculation and graphical tasks as well as printout of characteristics data.