RU2765887C1 - Способ измерения температуры нагрева нитей накала осветительных ламп - Google Patents
Способ измерения температуры нагрева нитей накала осветительных ламп Download PDFInfo
- Publication number
- RU2765887C1 RU2765887C1 RU2021113621A RU2021113621A RU2765887C1 RU 2765887 C1 RU2765887 C1 RU 2765887C1 RU 2021113621 A RU2021113621 A RU 2021113621A RU 2021113621 A RU2021113621 A RU 2021113621A RU 2765887 C1 RU2765887 C1 RU 2765887C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- filament
- temperature
- resistance
- voltage
- heating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
- G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температуры, соответствующей нагреву нитей накала в осветительных лампах накаливания. В предлагаемом способе подают напряжение U1 на нить накала, при котором в результате нагрева возникает фиксируемое визуально или с помощью видеокамеры видимое свечение поверхности примерно половины длины нити накала. Затем измеряют напряжение U1 и ток I1, проходящий через нить накала, и по этим параметрам определяют начальное сопротивление R1 нити накала. Далее напряжение U, подаваемое на нить накала, устанавливают таким образом, чтобы ее нагрев соответствовал требуемому уровню свечения лампы. Затем измеряют напряжение U и ток I через нить накала и по этим двум параметрам рассчитывают конечное электрическое сопротивление R. Далее по начальному и конечному сопротивлению нити накала определяют ее температуру Τ по формуле
где α0 - температурный коэффициент сопротивления, соответствующий температуре T0=273 К, α1 - температурный коэффициент сопротивления, соответствующий температуре T1=800 К, при которой появляется видимое свечение нити накала. Технический результат - повышение точности измерения среднеобъемных температур нитей накала в осветительных лампах накаливания в диапазоне температур 800 К - 3000 К. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения методом термосопротивления температуры, соответствующей нагреву нитей накала в осветительных лампах накаливания.
Известна полезная модель высокотемпературного термометра сопротивления, предназначенного для измерения температуры поверхностей твердых тел в диапазоне от 0°С до 1100°С (патент РФ №170706, МПК G01K 7/16, G01K 1/08, опубл. 03.05.2017). В устройстве используются платиновые термометры сопротивления. Недостатком полезной модели является узкий диапазон измерения высоких температур, что существенно ограничивает область ее применения для нитей накала в осветительных лампах накаливания. Еще одним недостатком является искажение температуры участка измеряемого объекта из-за его охлаждения в результате теплового контакта с терморезистором.
Известен прибор для теплового детектирования инфракрасного излучения (патент РФ №2595306, МПК G01J 5/20, H01L 49/02, В82В 1/00, опубл. 27.08.2016). В нем используются сверхчувствительные термометры для регистрации и измерения теплового излучения. Недостатком прибора является сложность его использования для измерения температуры, соответствующей нагреву нитей накала в лампах накаливания. Указанная проблема обусловлена тремя факторами: во-первых, - поглощением и отражением стеклянной колбой части инфракрасного излучения, во-вторых, - необходимостью внесения поправок на коэффициент излучения вольфрама, в-третьих, - неоднородным угловым распределением излучения.
Известен способ измерения яркостной температуры объекта, использующий опорный источник излучения (патент РФ №2718701, МПК G01J 5/52, опубл. 14.04.2020). Искомую яркостную температуру объекта рассчитывают с учетом энергетической светимости и эффективной ширины спектральной полосы опорного источника, центральной длины волны идеального абсолютно черного тела и коэффициента неэквивалентности. Недостатком способа является необходимость расчета коэффициента неэквивалентности спектров излучения объекта исследования и идеального абсолютно черного тела.
Известен способ определения температуры аморфных ферромагнитных микропроводов при токовом нагреве методом термосопротивления (патент РФ №2696826, МПК G01K 7/16, G01K 7/22, G01K 15/00, G01N 25/02, G01N 25/12, G01N 25/04, G01N 25/20, опубл. 06.08.2019). Сопротивление начала кристаллизации находится по зависимости сопротивления аморфных ферромагнитных микропроводов от выделяемой в них мощности. Температура начала кристаллизации находится методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Недостатком способа является необходимость нагрева объекта исследования до температуры плавления.
Известен способ контроля температуры проводов линии электропередачи (патент РФ №2547837, МПК H02G 7/16, G08B 19/02, опубл. 10.04.2015). Способ основан на определении полного сопротивления для участка линии электропередачи между двумя точками и на расчете температуры проводов методом термосопротивления. Основным недостатком указанного способа является использование низкотемпературного нелинейного участка на зависимости сопротивления проводов от их температуры. Еще одним недостатком указанного способа является сложность при нахождении начального сопротивления проволоки с помощью омметра, поскольку при таких измерениях нить заметно нагревается.
Наиболее близким, по сути, к заявляемому изобретению является способ измерения среднеобъемной температуры для нитей накала в осветительных лампах накаливания (Захаров Ю.А., Гоц С.С, Бахтизин Р.З. «Метрологические аспекты измерения среднеобъемной температуры нитей накала в осветительных лампах» - Измерительная техника, 2019, №4, С.51-56). Способ основан на измерении сопротивления R нити накала и вычислении температуры Τ по формуле
Τ=Т0+(R-R0)/(α0R0),
где Т0 - начальная температура нити накала, приблизительно равная температуре окружающей среды (около 300 К), R0 - сопротивление нити при температуре окружающей среды и нулевом напряжении на нити, α0 - температурный коэффициент сопротивления вольфрама.
Основные недостатки указанного способа связаны со следующими факторами: Во-первых, сложно учесть реальную начальную температуру Т0 нити накала внутри колбы лампы. Во-вторых, во избежание дополнительного нагрева нити накала при измерении ее сопротивления необходимо применять достаточно трудоемкую экстраполяцию зависимости сопротивления нити накала от напряжения. В-третьих, необходимо вносить поправку для величины α0, что сопряжено с большими неопределенностями, связанными, в свою очередь, с неопределенностью величины Т0. В четвертых, вблизи комнатных температур проявляются нелинейные отклонения зависимости от температуры сопротивления нити накала. Это связано с близостью указанных температур к температуре Дебая для вольфрама.
Задачей изобретения и содержанием соответствующего этой задаче технического результата является повышение точности измерения среднеобъемных температур нитей накала в осветительных лампах накаливания в диапазоне температур 800 К - 3000 К.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что для расчета температуры нити накала используется не температура окружающей среды, а температура Т1 появления видимого свечения поверхности примерно половины длины нити накала. Напряжение, подаваемое на нить накала (1), устанавливается таким образом, чтобы она нагрелась до температуры Т1. При данной температуре Т1 измеряются значения напряжения U1 и тока I1, проходящего через нить накала. По полученным значениям U1 и I1 рассчитывается сопротивление R1 нити при температуре T1. Обнаружение момента появления видимого свечения осуществляется визуально или с помощью видеокамеры (2), спектральная чувствительность которой на границе ИК области ограничена длиной волны 760 нм.
Далее, напряжение U, подаваемое на нить накала, устанавливается таким образом, чтобы ее нагрев соответствовал требуемому уровню свечения или режиму работы лампы накаливания. Затем измеряется напряжение U и ток I через нить накала, по этим двум параметрам рассчитывается конечное электрическое сопротивление R. По полученным значениям R1 и R определяется температура нити накала:
где α0 - температурный коэффициент сопротивления, соответствующий температуре T0=273 К таяния льда, T1=800 К - табличное или предварительно измеренное значение температуры, соответствующей появлению видимого излучения металлов.
Реализацию предлагаемого способа осуществляют следующим образом. От регулируемого по величине напряжения (тока) источника (3) постоянного или переменного напряжения через последовательно включенный амперметр (4) подают необходимое по величине напряжение (или необходимый ток) через контакты патрона на клеммы питания (контакты цоколя) лампы накаливания. Для уменьшения погрешностей измерений, обусловленных падением напряжения между контактами клемм питания лампы и контактами патрона, вольтметр (5), используемый для измерения падений напряжения U1 и U на нити накала, подключается непосредственно к клеммам питания (к контактам цоколя) лампы накаливания.
Далее, последовательно плавно увеличивая напряжение (ток) регулируемого источника питания, добиваются нагрева нити накала до температуры Т1 появления свечения поверхности примерно половины длины нити накала. Фиксацию указанного момента осуществляют визуально или с помощью установленной на штативе видеокамеры с ручной фокусировкой. Камеру фокусируют до появления на ее экране четкого изображения светящейся нити накала. Для ограничения спектральной чувствительности видеокамеры на границе видимой и инфракрасной области используют светофильтр (6), установленный на объективе видеокамеры. Съемку изображения нити накала необходимо производить в темноте.
При достижении температуры Т1 измеряют значения напряжения U1 и тока I1, проходящего через нить накала. По полученным значениям U1 и I1 рассчитывают сопротивление R1 согласно следующей формуле
R1=U1/I1
Далее, напряжение U, подаваемое на нить накала, устанавливают таким образом, чтобы ее нагрев соответствовал требуемому уровню свечения или режиму работы лампы накаливания. Затем измеряют напряжение U и ток I через нить накала, по этим двум параметрам рассчитывают конечное электрическое сопротивление R согласно формуле
R=U/I
По полученным значениям R1 и R определяют температуру нити накала согласно формуле:
где α0 - температурный коэффициент сопротивления вольфрама (или иного используемого в лампе накаливания материала нити накала), соответствующий температуре T0=273 К таяния льда, T1=800 К - табличное или предварительно измеренное значение температуры, соответствующей появлению видимого излучения металлов.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана функциональная схема экспериментальной установки. 1 - нить накала лампы, 2 - видеокамера с ручной фокусировкой, 3 - лабораторный блок питания постоянного тока, 4 - миллиамперметр, 5 - вольтметр, 6 - светофильтр с полосой пропускания излучения 400-760 нм, 7 - собирающая линза.
Пример реализации способа измерения
Для проверки работоспособности предлагаемого способа согласно изобретению были проведены измерения среднеобъемной температуры нагрева у нитей накала для двух осветительных ламп накаливания мощностью 25 Вт, рассчитанных на работу с номинальным напряжением 230 В. Измерение напряжений U1 и U осуществлялось с помощью цифрового вольтметра с точностью ±0,1 В и ±1 В соответственно. Измерение токов осуществлялось с помощью цифрового амперметра с точностью ±0,1 мА.
Были получены следующие результаты измерений токов и напряжений:
Для лампы №1: U1=25 В, I1=43,6 мА, R1=U1/I1=573,4 Ом. При номинальном напряжении: U=230 В, I=110,2 мА, R=U/I=2087 Ом, T=2680 К.
Для лампы №2: U1=24 В, I1=41,9 мА, R1=U1/I1=572,8 Ом. При номинальном напряжении: U=230 В, I=110,4 мА, R=U/I=2083 Ом, T=2678 К≈2680 К.
Полученные значения температуры при номинальном напряжении U=230 В сравнивались с номинальной температурой 2700 К, указанной в паспортных данных на лампы. Для лампы №1 получено относительное отклонение 0,7%, а для лампы №2 - 0,8%.
Полученные численные результаты подтверждают работоспособность и достижение технического результата для предлагаемого способа измерения среднеобъемной температуры для нитей накала осветительных ламп накаливания.
Claims (3)
- Способ измерения температуры нагрева нитей накала осветительных ламп накаливания, заключающийся в том, что через нить накала пропускают электрический ток, приводящий к ее нагреву и появлению ее видимого свечения, при этом измеряется ток I и падение напряжения U на нити накала и вычисляется ее сопротивление R, отличающийся тем, что на нить накала подают напряжение U1, при котором возникает видимое свечение поверхности примерно половины длины нити накала, фиксируемое визуально или с помощью видеокамеры, спектральная чувствительность которой на границе ИК области ограничена длиной волны 760 нм, далее измеряют напряжение U1 и ток I1, проходящий через нить накала, и по этим параметрам определяют начальное сопротивление R1 нити накала, затем напряжение U, подаваемое на нить накала, устанавливают таким образом, чтобы ее нагрев соответствовал требуемому уровню свечения лампы накаливания, затем измеряют напряжение U и ток I через нить накала, по этим двум параметрам рассчитывают конечное электрическое сопротивление R, затем по начальному и конечному сопротивлению нити определяют приращение температуры Τ нити накала методом термосопротивления, при этом при проведении вычислений используют температурный коэффициент сопротивления α1, соответствующий температуре начала появления видимого свечения нити накала:
- где α0 - температурный коэффициент сопротивления, соответствующий температуре T0=273 К таяния льда, T1=800 К - табличное или предварительно измеренное значение температуры, соответствующей появлению видимого излучения металлов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021113621A RU2765887C1 (ru) | 2021-05-12 | 2021-05-12 | Способ измерения температуры нагрева нитей накала осветительных ламп |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021113621A RU2765887C1 (ru) | 2021-05-12 | 2021-05-12 | Способ измерения температуры нагрева нитей накала осветительных ламп |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020143284 Substitution | 2020-12-25 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2765887C1 true RU2765887C1 (ru) | 2022-02-04 |
Family
ID=80214684
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021113621A RU2765887C1 (ru) | 2021-05-12 | 2021-05-12 | Способ измерения температуры нагрева нитей накала осветительных ламп |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2765887C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU160874A1 (ru) * | ||||
US3856405A (en) * | 1974-01-25 | 1974-12-24 | Us Army | Method for color temperature calibration of tungsten |
SU1695149A1 (ru) * | 1989-03-30 | 1991-11-30 | Донецкий политехнический институт | Устройство дл измерени температуры обмоток машин посто нного тока |
RU2157040C1 (ru) * | 1999-12-24 | 2000-09-27 | Электроэнергетическая ассоциация "Корпорация единый электроэнергетический комплекс" | Способ косвенного контроля температуры провода воздушной линии электропередачи |
RU2547837C1 (ru) * | 2013-11-19 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Способ контроля температуры проводов линий электропередачи |
RU2696826C1 (ru) * | 2018-12-25 | 2019-08-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук (ИЗМИРАН) | Способ определения температуры аморфных ферромагнитных микропроводов при токовом нагреве |
-
2021
- 2021-05-12 RU RU2021113621A patent/RU2765887C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU160874A1 (ru) * | ||||
US3856405A (en) * | 1974-01-25 | 1974-12-24 | Us Army | Method for color temperature calibration of tungsten |
SU1695149A1 (ru) * | 1989-03-30 | 1991-11-30 | Донецкий политехнический институт | Устройство дл измерени температуры обмоток машин посто нного тока |
RU2157040C1 (ru) * | 1999-12-24 | 2000-09-27 | Электроэнергетическая ассоциация "Корпорация единый электроэнергетический комплекс" | Способ косвенного контроля температуры провода воздушной линии электропередачи |
RU2547837C1 (ru) * | 2013-11-19 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Способ контроля температуры проводов линий электропередачи |
RU2696826C1 (ru) * | 2018-12-25 | 2019-08-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук (ИЗМИРАН) | Способ определения температуры аморфных ферромагнитных микропроводов при токовом нагреве |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Захаров Ю.А., Гоц С.С., Бахтизин Р.З. "Метрологические аспекты измерения среднеобъемной температуры нитей накала в осветительных лампах", Измерительная техника, 2019, номер 4, С.51-56. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kostkowski et al. | Theory and methods of optical pyrometry | |
RU2765887C1 (ru) | Способ измерения температуры нагрева нитей накала осветительных ламп | |
Lee | The NBS photoelectric pyrometer and its use in realizing the International Practical Temperature Scale above 1063° C | |
Roberts et al. | A MICRO‐FURNACE FOR TEMPERATURES ABOVE 1000° | |
Langmuir | The melting-point of tungsten | |
JPH07270256A (ja) | 温度校正装置 | |
US2690511A (en) | Comparative emission pyrometer | |
Dmitriev et al. | Radiant emissivity of tungsten in the infrared region of the spectrum | |
Brizuela et al. | Planck’s constant determination using a light bulb | |
KR20220034887A (ko) | 방사선 모니터링을 위한 방법 및 장치 | |
Weniger et al. | The Reflection Factors of Tungsten at Incandescent Temperatures | |
Fischer et al. | Calibration of tungsten strip lamps as transfer standards for temperature | |
Rutgers | Absolute spectroradiometric measurements | |
Rautenberg Jr et al. | Time‐dependent plasma temperature measurements of the high‐pressure sodium arc | |
Barnes | Total radiation from polished and from soot-covered nickel | |
US3880522A (en) | Low temperature disappearing filament optical pyrometer | |
JP2934841B2 (ja) | 高温雰囲気の温度及び温度分布の測定法 | |
JP3425627B2 (ja) | 標準光源およびその制御方法 | |
Bless et al. | Astronomical Radiation Measurements. I. Spectrophotometric Standards for Astronomical Use | |
Brazane et al. | Assessment of thermal drift of the FLIR A325sc camera: limits and recommendations | |
US2341295A (en) | Pyrometer apparatus | |
Barber et al. | An Optical Pyrometer Employing an Image-Converter Tube for use over the Temperature Range 350-700° C. | |
RU1904U1 (ru) | Оптический пирометр | |
Diril et al. | UME radiation thermometer calibration facilities below the freezing point of silver (961.78° C) | |
Zelenskii | Simple optical method for measuring the temperature of an incandescent filament under vacuum |