2015-02-27
717
Открытые спирали из нихрома навиваются на керамические стержни или укладываются в пазы специальных держателей-излучателей. Нагретые до температуры свечения спирали становятся мощными источниками инфракрасных лучей, способными создавать на нагреваемой поверхности высокие температуры. Достоинство их в простоте, возможности ремонта, меньшей доле видимых лучей, высокой концентрации лучистого потока. Недостаток состоит в том, при соприкосновении с воздухом спирали быстро выходят из строя.
Для рационального перераспределения лучистого потока, крепления и предохранения источников ИК излучения от механических повреждений и загрязнения, защиты мест крепления источников, ламподержателя и токоподводов от разрушающего действия окружающей среды применяется специальная арматура. Совокупность источника излучения и арматуры называют облучателем. Имеется большое количество облучателей, как со светлыми, так и темными источниками ИК излучения. Рассматриваемые в нашем случае облучатели устроены следующим образом.
|
|
|
Облучатель ОСП01-250 разработан на базе светильника НСПО1‑200 «Астра-12» и модифицирован применительно к лампе ИКЗК-220-250. Он состоит из штампованного и покрытого силикатной эмалью металлического отражателя и пластмассового корпуса с фарфоровым патроном Е27, клеммной колодки, крепежными и уплотнительными деталями. Снизу на отражателе крепится защитная сетка для предохранения лампы от механических повреждений. На корпусе облучателя имеется отверстие, закрываемое пластмассовым щитком, где расположена клеммная колодка, позволяющая подсоединить медные или алюминиевые провода либо кабель сечением до 4 мм2. Горловина лампы плотно охватывается резиновым диском, поэтому патрон и клеммная колодка надежно уплотнены. Облучатель крепится на крюк при помощи подвесок и имеет защитный угол – 15°, электрический к.п.д. составляет 70 %.
Низкотемпературный керамический ИК-излучатель типа ЭИС‑0,25И1 предназначен для непосредственной замены лампы-термоизлучателя ИКЗК‑220-250 (ИКЗС‑220-250) в облучателях и установках для обогрева молодняка животных и птицы. В излучателе ЭИС-0,25И1 резистивный электронагреватель заделан в керамику, конструктивно соединенную с отражателем из полированного алюминия и цоколем Е27.
Основными расчетными параметрами инфракрасных облучательных установок являются: мощность источников излучения, высота подвеса источников над приемниками, число источников в облучателе, их взаимное расположение, напряжение на источниках. Определяющим, исходным для расчетов параметром является инфракрасная облученность Е. Выбор количества и мощности источников инфракрасного обогрева можно выполнять по выражению:
|
|
|
где Р – общая мощность ламп, кВт;
Рист – мощность одного источника, кВт;
n – количество источников;
Е – энергетическая облученность, которую необходимо создать на некоторой поверхности (тела животных, птицы, пола и др.), Вт/м2;
S – поверхность облучения, м2;
кз = 1,10...1,25 – коэффициент запаса;
hэ = 0,7...0,8 – энергетический к.п.д. источника;
hи = 0,70...0,85 – коэффициент эффективности источника, зависящий от размеров помещения и высоты подвеса.
Тип источника инфракрасного обогрева и необходимая энергетическая облученность Е задается агротехническими, зоотехническими, технологическими и другими условиями.
Работа 20. Исследование работы установки
ультрафиолетового облучения животных
Цель и порядок выполнения работы
Цель работы: 1. Изучить устройство, технические данные и принцип действия установки ультрафиолетового облучения ОРК‑2 с лампой ДРТ‑400 и технику безопасности при работе с лампой типа ДРТ.
2. Опытным путем определить освещенность Е облучателя под различными углами и построить поперечную кривую распределения силы света установки I = f (a).
3. Освоить методику перевода силы света в эритемные эффективные единицы и расчет стационарной облучающей установки.
При выполнении работы необходимо: 1. Изучить устройство, принцип действия, технические данные и схему включения лампы ДРТ‑400, назначение её элементов и правила эксплуатации.
2. Изучить устройство облучателя ОРК‑2.
3. Освоить методику и опытным путем снять освещенность Е, а затем построить поперечную кривую распределения силы света установки I = f (a).
4. Произвести перевод единиц измерения силы света (кд) в эритемные эффективные единицы (мэр / ср).
5. Определить коэффициент полезного действия облучателя.
6. Произвести расчет стационарной облучающей установки в следующем порядке (задание самостоятельно выбирает студент для конкретного объекта): выбрать дозу облучения, разместить облучатели и определить их количество, рассчитать среднюю облученность объекта, определить продолжительность работы установки, проверить обеспеченность равномерности облучения объекта.
7. Изучить технику безопасности при работе с лампой типа ДРТ.
Объект и средства исследования
На рабочем месте расположена лабораторная установка, в которой объектом изучения и исследования является облучатель ртутно-кварцевый ОРК‑2 с лампой ДРТ‑400. Основные технические данные облучателя: тип применяемой лампы – ДРТ‑400, потребляемая мощность не более 0,8 кВА, номинальное напряжение переменного тока 220В. Масса облучающего устройства 2,8 кг, питающего устройства 7,2 кг.
Средствами исследования служат: лабораторный автотрансформатор ТV типа ЛАТР‑2М; вольтметр PV типа Э59 электромагнитной системы с пределами измерения 150, 300В; люксметр Ю‑116 с пределами измерения 100 и 1000 лк; поворотное устройство, обеспечивающего угол поворота светильника в пределах от 0° до 90° через каждые 5°.
Рабочее задание
1. Выписать технические данные исследуемого ультрафиолетового облучателя.
2. Начертить принципиальную электрическую схему лабораторной установки (рис. 20.1), схему экспериментальной установки (рис. 20.2) и таблицу 20.1 результатов опытов (измерений и вычислений).
Рис. 20.1. Электрическая схема лабораторной установки.
Рис. 20.2. Схема экспериментальной установки.
3. Собрать цепь в соответствии со схемой (рис. 20.1) с помощью проводников и подсоединить ее к силовому настенному щитку с напряжением 220 В. После разрешения преподавателя включить установку в сеть и приступить к непосредственному испытанию источника УФ-излучения. Во время опытов при помощи автотрансформатора ТV поддерживать неизменное напряжение 220 В. Снять показания измерительных приборов после наступления устойчивого режима работы лампы (3...10 минут). Данные измерений (угол поворота светильника, зональный телесный угол dw, освещенность в освещаемой точке Е) занести в таблицу 20.1. При исследовании распределения силы света влияние постороннего света в помещении учитывают путем вычитания показаний люксметра с включенным и выключенным источником.
|
|
|
Т а б л и ц а 20.1. Результаты испытания установки ультрафиолетового облучения ОРК‑2 с лампой ДРТ‑400
| Измерения | Вычисления | |||||
| Угол поворота a | Телесный зональный угол dw | Еa | Ia | Ia* | Фa | Iэ |
| град. | Ср | лк | кд | – | – | мэр × ср-1 |
| 0,095 | ||||||
| 0,283 | ||||||
| 0,463 | ||||||
| 0,628 | ||||||
| 0,774 | ||||||
| 0,897 | ||||||
| 0,992 | ||||||
| 1,058 | ||||||
| 1,091 |
4. Исходя из результатов опытов вычислить и записать в таблицу 20.1 следующие величины, характеризующие работу облучателя ультрафиолетового излучения: силу света I (кд), силу света I*a в относительных единицах, суммарный поток Ф* в относительных единицах, силу света в эритемных эффективных единицах Iэ (мэр × ср‑1).
5. По результатам данных таблицы 20.1 построить кривую распределения силы света – зависимость силы света I = f (a) от значения угла a.
6. Определить коэффициент полезного действия облучателя hсв.
7. Произвести расчет стационарной облучающей установки: выбрать дозу облучения, разместить облучатели и определить их количество, рассчитать среднюю облученность объекта, определить продолжительность работы установки, проверить обеспеченность равномерности облучения объекта.
Программа подготовки к выполнению рабочего задания
1. Изучить необходимые разделы в рекомендуемой литературе [12, гл. Х, с. 397...446], [15, гл. XVIII, с. 188...217], [24, с. 30...42, с. 92...97].
2. Записать паспортные данные облучателя ультрафиолетового излучения.
3. Записать формулы, необходимые для расчета силы света I (кд), силы света I*a в относительных единицах, суммарного потока Ф* в относительных единицах, суммарного потока Ф (лм), силы света в эритемных эффективных единицах Iэ (эр × ср‑1), а также формулы для расчета стационарной облучающей установки.
|
|
|
Методические указания по выполнению рабочего задания
и обработке результатов эксперимента
1. При работе с электроустановкой необходимо соблюдать правила техники безопасности и эксплуатации электроустановок потребителей.
2. При измерениях следить за показаниями приборов и не перегружать их.
3. Необходимые вычисления по данным опытов выполняются по следующим выражениям:
- сила света для каждого зонального угла:
Ia = E L2 / cos a,
где Е – освещенность плоскости для направления под углом, лк;
L – расстояние от источника до места замера (L = 1 м);
a – угол поворота светильника, град
- сила света в относительных единицах:
I*a = Ia / 1000,
где 1000 – базовая величины силы света (кд);
Для перевода силы света I (кд) в силу излучения Iэ (эр × ср‑1), определения потока облучателя Ф и его коэффициента полезного действия hоб, применим метод зональных углов. Для этого весь диапазон изменения угла разбиваем на условные зоны, в каждой из которых величина I может быть принята постоянной.
Тогда световой поток зоны:
Фa1-a2 = Ia.ср × dw = Ia.ср × 2p (cos a1 – cos a2),
где Ia.ср – среднее значение силы света (силы излучения) для зоны, кд;
dw = 2p (cos a1 – cos a2) – зональный телесный угол рассматриваемой зоны;
- суммарный поток в относительных единицах:
Ф* = I*5 + I*15 +... + I*85;
- суммарный поток облучателя:
Фоб = Ф* × 1000,
- базовое значение силы излучения Iбэ, соответствующее 1000 кд:
Iбэ = Фэ / Ф*,
где Фэ – поток в эффективных единицах, мэр (Фэ = 4750 мэр);
ФЛ – световой поток лампы, установленной в облучателе (ФЛ = 8000 лм).
- сила света в эритемных эффективных единицах:
Iэ = Iбэ × I*;
- коэффициент полезного действия облучателя:
hоб = Фоб / ФЛ,
где Фоб – световой поток облучателя, лм.
Данные по лампе ДРТ‑400 приведены в таблице 20.2.
Кривая распределения силы света и силы излучения имеет один и тот же вид представлена на рис. 20.3 (необходимо, выполняя расчеты, нанести размерность силы света I (кд) и силы света Iэ (мэр × ср‑1).
Рис. 20.3. Расчетная кривая светораспределения излучения облучателей.
Т а б л и ц а 20.2. Характеристика лампы ДРТ‑400
| Наименование параметра | Значение |
| Мощность лампы, Вт | |
| Мощность лампы и дросселя, Вт | |
| Напряжение питающей сети, В | |
| Напряжение на лампе, В | |
| Рабочий ток лампы, А | 3,25 |
| Пусковой ток лампы, А | 6,0 |
| Ультрафиолетовый поток, Вт: | |
| в области УФ‑А (315...380 нм) | |
| в области УФ‑В (280...315 нм) | |
| в области УФ‑С (200...280 нм) | |
| в видимой области (380...770 нм) | |
| Эритемный поток, мэр | |
| Эритемная облученность, мэр/м2 | |
| Световой поток, лм | |
| Бактерицидный поток, мбк | |
| Длина лампы, мм | |
| Диаметр лампы, мм | |
| Длина светящейся части, мм | |
| Срок службы, ч |
4. Расчет стационарной облучающей установки методом коэффициента использования эффективного потока выполняется в следующей последовательности.
Выбирают тип облучателя стационарной установки, исходя из рекомендации по его выбору для различных видов и возрастных групп животных и птицы (таблица 20.3). Дозу облучения Н и допустимую облученность Едоп выбирают, руководствуясь таблицей 20.4.
Т а б л и ц а 20.3. Исходные данные по выбору типа облучателя
| № п.п. | Вид и возрастная группа животных и птицы | Стационарная установка | |
| Размеры облучаемой площадки, а ´ b, м | Тип облучателя | ||
| Телята до 6 месяцев | 4 ´ 9 | ЭО1- М | |
| Телята старше 6 месяцев | 4 ´ 9 | ОРК‑2 | |
| Телки и нетели | 6 ´ 9 | ЭО1- М | |
| Коровы и быки | 4 ´ 6 | ОРК‑2 | |
| Поросята – отъемыши | 4 ´ 8 | ЭО1- М | |
| Поросята на откорме | 4 ´ 8 | ОРК‑2 | |
| Овцематки | 12 ´ 12 | ОРК‑2 | |
| Куры при содержании на полу | 18 ´ 18 | Э01- М | |
| Телята до 6 месяцев | 19 ´ 6 | ОРК‑2 | |
| Телята старше 6 месяцев | 6 ´ 6 | Э01- М | |
| Телки и нетели | 4 ´ 12 | ОРК‑2 | |
| Коровы и быки | 6 ´ 54 | ОРК‑2 | |
| Поросята – сосуны | 4 ´ 6 | ЭО1- М | |
| Свиноматки | 6 ´ 36 | ОРК‑2 | |
| Поросята на откорме | 4 ´ 24 | Э01- М | |
| Цыплята при содержании на полу | 12 ´ 42 | Э01- М | |
| Куры при содержании на полу | 18 ´ 36 | Э01- М | |
| Телята до 6 месяцев | 6 ´ 6 | ОРК‑2 | |
| Телята старше 6 месяцев | 6 ´ 12 | ОРК‑2 | |
| Телки и нетели | 4 ´ 12 | ОРК‑2 | |
| Коровы и быки | 6 ´ 24 | ОРК‑2 | |
| Поросята – отъемыши | 12 ´ 4 | Э01- М | |
| Свиноматки | 12 ´ 4 | Э01- М | |
| Овцематки | 12 ´ 24 | ОРК‑2 |
Наиболее выгодное относительное расстояние для облучателей с лампами типа ДРТ и ЛЭ в стандартной арматуре составляет lс = 1,4. При этом коэффициент неравномерности не превышает 1,15...1,25.
Размещение облучателей над поверхностью определяют по выражениям:
- число облучателей в одном ряду:
n1 = (a – 2·0.3L) / L + 1,
- число рядов облучателей:
n2 = (b – 2·0.3L) / L + 1,
- общее число облучателей:
nоб = n1 n2,
где а, b – размеры облучаемой поверхности, м;
L = Нр lс – расчетное расстояние между облучателями, м;
Нр – высота подвеса горелок на облучаемой поверхностью, м.
Т а б л и ц а 20.4. Рекомендуемые величины доз ежедневной облученности
для животных
| Вид и возраст животных и птицы | Рекомендуемые варианты УФ-облучения | ||
| Доза облучения А, мэр×ч/м2 | Допустимая неравномерность облучения | Допустимая облученность Едоп, мэр / м2 | |
| Телята до 6 месяцев | 120...140 | 1,36 | |
| Телята старше 6 месяцев | 160...180 | 1,28 | |
| Телки и нетели | 180...210 | 1,35 | |
| Коровы и быки | 270...290 | 1,34 | |
| Поросята подсосные | 20...25 | 1,50 | |
| Поросята отъемыши на откорме и свиноматки | 60...80 | 1,76 | |
| Цыплята при содержании на полу | 15...20 | 1,76 | |
| Цыплята при содержании в клетках из сеток | 20...25 | 1,57 | |
| Цыплята при содержании в штампованных клетках | 40...50 | 1,57 | |
| Куры-несушки при содержании на полу | 20...25 | 1,57 | |
| Куры-несушки при содержании в клетках | 40...50 | 1,57 |
Средняя облученность объекта определяется методом коэффициента использования лотка по формуле:
где Фоб – эффективный поток излучателя, мэр;
hэ – коэффициент использования светового потока;
КФ – коэффициент формы животных (КФ = 0,5...0,64);
Кз – коэффициент запаса лампы (для новой лампы Кз = 1,0; для лампы, проработавшей 1000 ч, Кз = 2,0).
S = а b – площадь помещения, м2.
Коэффициент использования эффективного потока определяется по таблице 20.5 с учетом индекса помещения:
Высота подвеса горелок Нр над облучаемой поверхностью должна удовлетворять условию:
Еср Z < Едоп,
где Z – коэффициент неравномерности облучения (Z = 1,15...1,25);
Едоп – допустимая облученность (мэр / м2) зависящая от вида и возраста животных и птицы (таблица 20.5).
Т а б л и ц а 20.6. Значения коэффициента использования эффективного потока
| Индекс помещения | Облучатели с лампами ДРТ в стандартной арматуре | Облучатели с лампами ЛЭ и ЛЭО в стандартной арматуре |
| 0,5 | 0,16 | 0,20 |
| 0,6 | 0,21 | 0,24 |
| 0,7 | 0,29 | 0,28 |
| 0,8 | 0,33 | 0,31 |
| 0,9 | 0,36 | 0,34 |
| 1,0 | 0,37 | 0,36 |
| 1,1 | 0,39 | 0,39 |
| 1,25 | 0,41 | 0,42 |
| 1,5 | 0,44 | 0,46 |
| 1,75 | 0,46 | 0,49 |
| 2,0 | 0,49 | 0,52 |
| 2,25 | 0,51 | 0,54 |
| 2,5 | 0,53 | 0,56 |
| 3,0 | 0,56 | 0,58 |
| 3,5 | 0,59 | 0,60 |
| 4,0 | 0,60 | 0,62 |
| 5,0 | 0,62 | 0,64 |
Продолжительность работы облучательной установки в сутки:
t = А / Еср,
где А – доза облучения, мэр × ч / м2.
Контрольные вопросы
1. Рассказать о назначении, устройстве, принципе работе облучателя ультрафиолетового облучения ОРК‑2 и лампы ДРТ‑400.
2. Назвать границы, особенность и области применения УФ облучения.
3. Пояснить механизм воздействия УФ облучения на организм животных и птицы.
4. Перечислить источники УФ облучения.
5. Пояснить методику перевода силы света в эритемные эффективные единицы.
6. Пояснить методику расчета стационарной облучающей установки.
Основные положения по устройству, работе и испытанию
ультрафиолетовых облучателей для животных и птиц
Ультрафиолетовые (УФ) лучи (электромагнитные колебания частотой от 10 до 10 Гц, длина волны от 5 до 400 нм) примыкают к фиолетовому участку видимой части спектра и вызывают сильную ионизацию воздуха, интенсивные фотоэлектрические и химические явления, обладают бактерицидными и разнообразными биологическими действиями. Источник природных УФ лучей – солнце. Солнечные излучения с длиной волны короче 280 нм практически не доходят до земной поверхности.
Ультрафиолетовые лучи имеют большое значение для биологических процессов, проходящих на земле. В определенных количествах они необходимы всем живым организмам. Недостаток естественных УФ лучей в зимний период, люди и животные переносят болезненно.
Ультрафиолетовое излучение по длине волны разбивают на три области: А – 315...380 нм, В – 280...315 нм; С – 200...280 нм.
Излучение области А применяют для люминесцентного анализа и возбуждения светящихся и флюоресцирующих составов в сигнальных и других устройствах. Биологическая активность этих лучей относительна мала.
Излучение области В обладает способностью вызывать через 10...18 ч эритему – своеобразное болезненное покраснение кожи, сопровождаемое общим возбуждением организма и исчезающее через 2...3 дня с остаточной пигментацией кожи в виде загара.
Считают, что эритемное действие характеризует общее благотворное действие УФ излучения на организм человека и животных. Излучение с длиной волны короче 315 нм обладает антирахитным действием и способно превращать провитамин D в активно действующий витамин D, управляющий отложением солей кальция и фосфора в костных тканях животных и человека. Также сохраняется при этом витамин D в таких пищевых продуктах, как молоко, дрожжи, мука и другие.
Излучение области С имеет сильное бактерицидное действие и используется для стерилизации воздуха, воды, поверхности продуктов, посуды, одежды, инструмента, дезинсекции помещений, уничтожения амбарных вредителей и другое. На растения излучение области С в большинстве случаев действует губительно. При этом доза облучения оказывает существенное влияние на биологический процесс. Так, малые дозы облучения стимулируют развитие плесневых грибков. Более продолжительное облучение продуктов, фруктов и овощей снижает поражение их плесенью.
Генерирование УФ лучей возможно тремя принципиально различными методами. Первый метод – метод температурного излучения, применяемый в лампах накаливания. Второй метод – генерирование УФ лучей через электрическое возбуждение газов или паров, применяемый в ртутных и других лампах газового разряда. Третий метод – метод люминесценции, используемый в эритемных люминесцентных лампах.
Температурные источники дают сплошной спектр излучения с максимумом, расположенным соответственно температуре излучающего тела. Практически температура нити накала ламп лежит около 2800 К, и поэтому излучение температурных источников в ультрафиолетовой части незначительно и имеют значение только для генерирования излучений области А.
При втором методе генерирования используют изучение электрически возбужденных газов или паров, например паров ртути. С теоретической стороны процесс излучения достаточно сложный хорошо изучен. Сущность этого процесса заключается в возникновении дугового разряда между электродами в газовом промежутке из дозированного количества ртути и аргона. Под влиянием электрического поля, образующегося между электродами, движение электрически заряженных частиц принимает упорядоченный характер. Набрав некоторую скорость электрон столкнется с атомом и в зависимости от величины скорости, при которой произошло столкновение, электрон может вызвать определенные изменения в системе атома. Эти изменения в случае столкновения следующие: упругий удар электрона и атома; электрон имеет определенную минимальную скорость, при ударе отдает атому запас своей кинетической энергии, строение атома при этом изменяется – электрон атома переходит на некоторую новую орбиту (разрешенную) и происходит излучение; скорость движения электрона превышает некоторую определенную величину – происходит ионизация атома (выбивание электрона из атома), а затем движение электронов к аноду, а ионы атомов к катоду и происходит поддержание разряда между электродами.
Третий метод генерирования УФ лучей – метод люминесценции основан на получении УФ излучения за счет люминесценции специального люминофора, нанесенного на внутреннюю поверхность трубки эритемной лампы низкого давления. Люминофор возбуждается коротковолновым УФ излучением ртутного разряда.
В качестве источников УФ излучения для облучающих установок применяют:
- эритемные люминесцентные лампы типа ЛЭ, ЛЭР – лампа люминесцентная эритемная (витальная) с рефлекторным отражающим слоем или без него;
- бактерицидные лампы типа ДБ, ДБР – дуговая бактерицидная рефлекторная;
- дуговая ртутная трубчатая лампа высокого давления типа ДРТ – источник общего ультрафиолетового излучения (всех участков УФ диапазона оптической области спектра).
Эритемные люминесцентные лампы типа ЛЭ используют в качестве источника излучения области В. По внешнему виду и принципу действия они не отличаются от люминесцентных осветительных ламп низкого давления. Разница в том, что для изготовления эритемных ламп используют специальное увиолевое стекло. Хорошо пропускающего УФ лучи в диапазоне 280...380 нм и почти не пропускающее более коротковолновое УФ излучение (не более 5 % резонансной линии ртути 253,7 нм). Эритемные лампы имеют и другой состав люминофора (фосфат кальция, активированного таллием), нанесенного на внутреннюю поверхность трубки, и возбуждаемого коротковолновым ультрафиолетовым излучением дугового ртутного разряда. Благодаря такому составу люминофора основная доля энергии излучения приходится на области А и В, энергия излучения распределяется следующим образом: область А – 27,4 %; В – 52,8 % и в видимой части спектра – 19,8 %.
