PL225407B1 - Stanowisko kontrolno-badawcze do wyznaczania charakterystyk lamp wolframowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

PL 225 407 B1

Zgodnie z wynalazkiem badanie lamp grzewczych o różnych mocach znamionowych polegać będzie na kontroli i badaniu za pomocą pomiarów:

- 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,

- 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,

- 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.

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.

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.

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.

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.

Pomierzone wartości charakterystyk przesyłane są do głównego komputera nadzoru który programowo wylicza i dokonuje obróbki danych.

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.

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.

Claims (2)

1. Stanowisko kontrolno-badawcze do wyznaczania charakterystyk lamp wolframowych w szczególności wysokotemperaturowych lamp grzewczych kwarcowo-halogenowych 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, znamienne tym, że zbudowane jest 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 (4), oraz stacjonarnym komputerem nadzoru (5), zasilanych z instalacji prądu przemiennego 230V, poprzez filtr sieciowy (6), połączony z prostownikiem sieciowym (7).

2. Stanowisko kontrolno-badawcze według zastrzeż. 1, znamienne tym, że pomiaru dokonuje pojedynczo aktywny punkt pomiarowy (L1, L2...) z wyboru jednego z układu przekaźników (P1 do P5), sterowanych sterownikiem mikroprocesorowym (4), współpracującym z impulsowym zasilaczem prądowym (3), przez zadawanie kolejnych wartości prądów lampy przesyłanych drogą szeregowej transmisji danych pomierzonych wartości do głównego komputera nadzoru (5), realizującego zadania obliczeniowe, graficzne oraz wydruk danych charakterystyk.