白炽灯灯丝设计以及各参数的综合分析

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1、白炽灯灯丝设计以及各参数的综合分析中国照明电器CHINALIGHT&UGHTING引言白炽灯灯丝设计以及各参数的综合分析柯丹冯奇斌吕国强（合）16x・业大学安徽合肥230009）摘要深入分析白炽灯灯丝设计，在保证参数电压，功率，寿命，光通量的前提下,确定设计公式中各个参数的选取,并确定在特定条件下各个参数之间的关系，以便进行小范围参数调整.关键词白炽灯灯丝参数设计由于白炽灯具有附件少，安装简单，使用方便，价格低廉等诸多优点…，在日常生活中依然广泛应用，特别是它还具有光谱连续，显色性好,调光方便等独特性能，在舞台照明，摄影照明以

2、及生物体内电镜探病等场合，其他光源仍无法取代.功率，光通量和寿命是评价灯泡质量的技术指标，这些参数取决于灯丝的设计和灯的制造工艺•当灯的制造工艺稳定时，灯丝的设计就是关键,它直接决定灯泡的质量•通常，在灯丝设计时，首先用户给出他所需更的白炽灯的电压，功率，寿命以及光通量•设计人员在此基础上，进行结构设计及设计指标校核，考虑如何使灯丝在满足用户需要的基础上达到最佳设计•当前各公司或企业通常采用的办法是:先做小量的样灯，测试灯的功率，光通量和寿命,再根据测试的结果，调整灯丝螺旋有效长度的U或螺旋总圈数TPS•习惯的做法是凭各B的经验来进行

3、调整；如果我们深入分析灯丝发光辐射原理,确定灯丝公式设计中所涉及到的参数,最后再进行小范围定量的调整,这样可以更快地缩短新灯试制周期，节约大量的试制费用,有利于市场的开发和竞争.1灯丝设计模型白炽灯灯丝分为直线型和螺旋型两类，直线型灯丝的热损耗过大,一般不加采用，而螺旋型又分为单螺旋或双螺旋.1.1螺旋丝的几何参数如图1所示，螺距系数Kp和芯丝系数Km分别为:Kp二h/d,Km=m/d.Kp取值小吋，绕出的灯丝短，气体热损耗小作乌的蒸发速度也慢;但是Kp太小容易造成短路，并且辐射出的光能也小•一般情况下单螺旋Kp取值1,4-1.5,双

4、螺旋Kp•取值1.4-1,&Kp取值l,6〜2,0・Km取值小时，绕丝的生产效率低，而且容易断丝;芯丝直径大时，绕出的灯丝短，气体的热损耗小;但是太大了会使灯丝下垂变形.一般情况下单螺旋Km取值3〜6,双螺旋Km•取值1,7〜2.0,Km2取值1,8〜2.6,图1螺旋丝几何参数图1,2建立模型白炽灯丝的工艺参数有很多，但灯丝的展开长度和灯丝直径是灯丝模型中最基本的参数，其他参数均可由此推导得出.由欧姆定律P=Vz/R和电阻方程R二P(T)xf/S,T为灯丝工作温度,S为灯丝的横截面积S=7Txd/4,得出：f=P*4t,pT(l)—(

5、)—()白炽灯灯丝的计算建立在白炽灯内部能量平衡的基础上,因此：12中国照明电器2006年第7期P=Pr+Pg+Pl二Pr+APP为灯的输入功率,Pr为灯丝的辐射功率，段为气体热传导损耗的功率,P・为引线和挂钩的热传导所引起的损耗功率(将％,P・合在一起看成AP).餌丝在温度为T时的辐射出射度£(T).考虑到和直线丝的不同,在螺旋丝内部会有重新吸收和反射的因素，称之为遮挡系数(T),这样得到：P=〜rdl8(T)£(T)—AP(2)由⑴,(2)我们可以知道d:【】"3)1.3设计参数与工作温度的关系在(1),(3)中，除了P,V是用户

6、给出的参数外，其他的参数都是需要确定的，我们来逐个分析.1.3.1Ap对于普通白炽灯,P.非常小(一般为l%),Pg因不同的电压,功率和螺旋在8%〜20%之间不等•对于大功率白炽灯,p,Pg是相等的，每个都在5%左右•因此我们将AP定为0.1xP.1.3.2遮挡系数实际上是对螺旋丝辐射率的修正•对于螺旋丝来说，在螺旋丝内部产生的光能被重新吸收，这样跟直线丝相比工作温度会更高•是工作温度和螺旋丝几何参数的函数，对于单螺旋来说：(-一:)1_】⑷双螺旋(下标1,2分別表示单螺旋和双螺旋):=12c:[(?+南)+(?一)％。]01.3.3

7、电阻率p(T)和鹄丝辐射岀射度£(T)£(T)二一2.03926x10一+(1.88601x10一)T一(2.35764x10)1121.4设计参数与光通量的关系我们发现现在所有的不确定参数都与工作温度有关，如何确定工作温度是关键•实际上光效(即光通量功率的比值)和工作温度有一个近似的线性关系，在这里光通量,功率不变即光效不变，灯丝工作温度T就不变，那么电阻率，辐射出射度也不变，实际上也就是光效和电阻率,辐射出射度有了近似的线性关系•确定工作温度实际上转化成了确定钩丝的光效•当工作温度在2000-3600K范围内时：p(r/)=(1・

8、2627xr/+55・9672)x10一(7)£(叩)=5」735x叩X10—⑻此时f_(10)2设计过程2.1完善模型只有直径和展开长度是没有办法进行实际的灯丝制造的，在知道了d和1之后就很容易推出灯丝设计模型中所有的