Чему равно напряжение на лампе с наименьшим сопротивлением (см)?
Закон Ома U = I x R. То есть, умножаем ток на электрическое сопротивление, получаем напряжение на этом сопротивлении.
Исходя из заданного ряда 2, 3, 6 Ом, получаем соответствующие напряжения 1; 1,5; 3 вольта.
На эту задачу ВПР нужно дать численный ответ и больше ничего. Привожу ход решения. В данной схеме лампы соединены последовательно, поэтому сила тока в каждой из них одинакова и равна 0,5 А. Поэтому для определения напряжения на лампе с наименьшим сопротивлением воспользуемся законом Ома для участка цепи. Сопротивление равно 2 Ом, сила тока 0,5 А. Закон Ома: U = I*R = 0,5*2 = 1 В. Ответ: 1 В.
Как найти напряжение в лампочке
Предлагаемую статью можно считать научно-теоретической, а скорее инженерно-практической, и она может оказаться интересной для инженеров и техников, деятельность которых связана с эксплуатацией такого простого и знакомого всем нам прибора как лампочка накаливания. А также для всех, кто интересуется физикой.
В блоге «СамЭлектрик. ру» уже была попытка исследовать данный вопрос — посмотрите статью «Сопротивление нити лампочки накаливания»
Несмотря на обыденнность лампочки, несмотря на ее «повседневность», особенности ее эксплуатации имеют то, что принято называть «белыми пятнами».
В настоящий момент электрические параметры лампы накаливания невозможно рассчитать, если режим эксплуатации отличается от паспортного (от того режима, на который лампочка спроектирована). Автор предлагает физическую модель, в рамках которой удается получить ряд формул, пригодных для решения широкого круга практических инженерных задач.
Об авторе
Станислав Альбертович Матросов проживает в Санкт-Петербурге. По образованию инженер-электрик. Закончил ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина) в 1977 году по специальности «Оптико-физические приборы».
Статью не без оснований можно считать пусть маленьким, но вполне новым словом в вопросах инженерно-практического применения таких «обычных, но необычных» приборов, как лампочка накаливания.
Две лампочки от новогодней гирлянды включены последовательно
Лампа накаливания
Настоящую статью предлагается понимать как расширенное толкование (или пояснение) статьи «Закон Кеплера для лампочки накаливания» — Проза. ру
В указанной статье приведена формула, позволяющая обсчитывать параметры лампы накаливания в произвольных режимах, в том числе и в режимах, отличающихся от паспортных.
Формула зависимости напряжения и мощности лампочки
Это основная формула статьи, вывод которой будет приведён ниже. Формула выглядит так:
Для любой лампы накаливания существует параметр, стабильный в широком диапазоне электрических режимов. Этим параметром является отношение куба напряжения к квадрату мощности.
Методика использования формулы проста.
Берем лампочку, читаем на колбе или на цоколе параметры, на которые она расчитана — напряжение и мощность, рассчитываем константу, потом вставляем в формулу любое произвольное напряжение и вычисляем мощность, которая выделится на лампочке.
Зная мощность, несложно вычислить ток.
Зная ток, несложно вычислить сопротивление нити накаливания.
Вот и рассмотрим вопросы, связанные с правильной эксплуатацией формулы, а так же с теми ограничениями, котрые неизбежны ввиду того что «абсолютных» формул просто не бывает.
Однако сначала немножко «теории».
Базовые «теоретические» предпосылки
Формула была получена в предположении того, что в металле (из которого состоит нить накаливания) ток и сопротивление имеют единую физическую сущность.
В упрощенном виде это можно рассуждать примерно так.
Сообразно современным воззрениям, ток представляет собой упорядоченное движение носителей заряда. Для металла это будут электроны.
Было сделано предположение, что электрическое сопротивление металла определяется ХАОТИЧЕСКИМ движением тех же самых электронов.
С возрастанием температуры нити, хаотическое движение электронов возрастает, что, в конечном итоге, и приводит к возрастанию электрического сопротивления.
Еще раз. Ток и сопротивление в нити накаливания — суть одно и тоже. С той лишь разницей, что ток — это упорядоченное движение под действием электрического поля, а сопротивление — это хаотическое движение электронов.
Немножко «алгебраической схоластики»
Теперь, когда с «теорией» покончено (улыбнулся), приведу алгебраические выкладки для вывода «главной» формулы.
Каноническая запись закона Ома выглядит:
Для приведения в соответствие количественных значений, необходимо ввести соответствующие коэффициенты пропорциональности, для токовой компоненты — Кт и для резистивной компоненты — Кр:
Самые общие соображения подвигают к мысли, что эти коэффициенты должны быть взаимно обратными величинами, а значит:
В этом случае, попарно перемножая правые и левые части (в системе уравнений), мы возвращаемся к исходной записи закона Ома:
Окончательный вывод формулы
Рассмотрим подробнее систему уравнений:
Возведем в квадрат первое уравнение и попарно перемножим их.
В левой части мы видим выражение для мощности, а так же памятуя о том, что произведение коэффициентов равно единице, окончательно перепишем:
Отсюда получим выражение для токового коэффициента:
И для резистивного коэффициента (они взаимообратны):
где Р ном. и U ном. — это номинальные мощность и напряжение, маркированные на цоколе или на колбе лампы.
Осталось подставить эти значения коэффициентов в «РАСЩЕПЛЕННУЮ» формулу Закона Ома, и мы получим окончательные выражения для тока и сопротивления.
Домножая последнее соотношение на Ux, получим:
Чтобы не забивать себе голову этими квадратами, кубами и корнями, достаточно запомнить простую зависимость, которая вытекает из последнего соотношения. Возводя последнее соотношение в квадрат, мы получаем ясную и понятную формулу:
Для любой лампочки с вольфрамовой нитью накала отношение куба напряжения к квадрату мощности является величиной постоянной.
Полученные соотношения показали прекрасное соответствие практическим результатам (измерениям) в широком диапазоне изменения параметров напряжения и для весьма различных типов ламп накаливания, начиная от комнатных, автомобильных и заканчивая лампочками для карманных фонариков.
Некоторые общие рассуждения по сопротивлению лампочек накаливания
Безусловно, для малых значений напряжения (когда приложенное напряжение ЗНАЧИТЕЛЬНО отличается от паспортного), наши формулы будут «подвирать».
Например, при расчете сопротивления комнатной лампочки накаливания 95W, 230V, подключенной к источнику напряжения 1 вольт, формула:
дает значение сопротивления нити 36,7171 ом.
Если предположить, что мы подали на лампу напряжение 0,1 вольта, то расчетное сопротивление нити составит 11,611 ом.
Интуиция подсказывает, что дело обстоит не совсем не так, а скорее совсем не так.
В области малых напряжений формула будет стабильно «низить» значение расчетного сопротивления по сравнению с фактическим, и дело тут вот в чем.
В рассматриваемой концепции неявно предполагается, что хаотическое движение электронов «замрёт» при отсутствии внешнего приложенного напряжения. Однако, очевидно, что движение электронов не «замирает» даже в отсутствие приложенного внешнего напряжения (если лампа просто лежит на столе и никуда не включена).
Хаотическое движение электронов имеет тепловую природу и обусловлено естественной температурой нити накаливания.
Этот момент формулой не учитывается и прямое измерение сопротивления нити прибором неизбежно покажет отличие измеренного значения сопротивления против расчетного.
Излучение и КПД лампочки накаливания
Прежде чем разобраться с вопросом применимости формулы для обсчета режимов «малого напряжения», следует акцентировать внимание на один момент.
Лампочка представляет собой почти идеальный преобразователь электрической мощности в лучистую энергию.
То обстоятельство, что разработчики лампочек упорно бьются за повышение КПД лампочки, никоим образом не влияет на данное утверждение. Лампа накаливания — идеальный преобразователь электрической мощности в излучение.
Дело в том, что разработчики стремятся повысить выход световой энергии, и именно в этом смысле вычисляют КПД. Разработчик стремится повысить коэффициент преобразования электрической мощности именно в СВЕТОВОЕ излучение, в излучение, находящееся в видимом диапазоне.
Этот КПД у лампочки действительно мал. Однако лампочка прекрасно излучает во всем спектре и очень много в инфракрасном диапазоне, там, где наш глаз не видит.
Для расчета сугубо электрических параметров нам совершенно не важно, в каком диапазоне излучает лампочка. Нам важно лишь помнить, что лампочка излучает всегда, если только на нее подано хоть какое-то (пусть даже самое малое) напряжение. И важно помнить, что подводимая мощность рассеивается именно в форме излучения.
Сколько электрической мощности подано на лампу, именно такая мощность и рассеется в форме излучения.
Закон сохранения энергии никто не отменял и второй закон термодинамики тоже никто не отменял. А значит, сколько прибыло — столько и убыть должно. И убудет именно в форме излучения, ибо больше энергии деваться просто некуда — только в излучение. Это очень важное обстоятельство.
Конструктивно нить накаливания представляет собой тонюсенькую вольфрамовую проволочку диаметром порядка 50 микрон и длиной порядка полуметра, свернутую в в спиральку замысловатой конфигурации.
Вакуум в колбе исключает возможность конвекционного теплообмена — только через излучение.
Конечно, какая то доля тепла уходит через усики лампы, на которой крепится спиралька, но это мизер.
Чтобы наглядно представить себе эту малость, можно провести аналогию.
Повторю, сама вольфрамовая ниточка — аккурат размером с волосок из косички первоклассницы 50 см в длину и 50 микрон в диаметре.
Если наглядно увеличить этот волосок. это как если мы имеем проводочек диаметром 1 мм и длиной 10 метров! Здравый смысл подсказывает, что охлаждаться этот проводок вовсе НЕ путем теплообмена на краях. Да, что-то уйдет и в местах контакта, но основная мощность рассеется по всей длине проводка.
Для случая спирали, расположенной в вакууме, вся мощность уйдет В ИЗЛУЧЕНИЕ и не важно в каком диапазоне спектра.
Важный эксперимент с измерением сопротивления омметром
Любой, даже самый маленький ток будет оказывать тепловое воздействие на проводок, нагревая его.
Измеряя тестером сопротивление лампочки мы. пропускаем через нее ток. Ток от тестера маленький, но он есть. Следовательно, измеряя сопротивление нити, мы нагреваем нить и, как следствие этого, меняем значение параметра самим фактом измерения.
Грубо говоря, тестер тоже врёт. Тестер показывает не истинное значение сопротивления спирали.
Для того чтобы убедиться в этом обстоятельстве, можно проделать несложный эксперимент. Это доступно любому.
Можно одним и тем же тестером отобрать две лампочки с одинаковыми (близкими) значениями «холодного» сопротивления нити, и измерить сопротивление ДВУХ лампочек сначала каждую порознь, а потом соединенных последовательно.
Неоднократные измерения показывают, что сумма сопротивлений, измеренных порознь, не совпадает с суммарным сопротивлением последовательного включения.
Мы измеряем сопротивления лампочек порознь.
Затем мы измеряем сопротивление последовательного включения.
И мы устойчиво наблюдаем, что сумма сопротивлений измеренных «по одиночке» оказывается больше, чем суммарное сопротивление лампочек, включенных последовательно.
Прибор один и тот же, диапазон измерения не переключался, так что методические погрешности измерения исключаются.
И все становится понятно.
Последовательное сопротивление двух спиралей уменьшает ток от тестера, и нити нагреваются меньше.
А когда мы меряем лампочки порознь, то ток измерения больше и соответственно увеличиваются показания прибора за счет пусть даже небольшого, но увеличения температуры нитей вследствие нагрева в процессе измерения.
Раньше (четверть века назад, когда еще цифровые тестеры были экзотикой) было невозможно стрелочным индикатором уловить эту разницу. Сейчас в любом доме имеется китайский цифровой тестер и любой человек, может проделать этот несложный эксперимент.
Разница в сопротивлениях невелика, но разница очевидна, что исключает даже намек на возможную некорректность опыта.
Я подключил лампочки, подключил тестер и сфотографировал результаты таких экспериментов. На фотографиях прекрасно видно, что тестер показывает пониженное сопротивление лампочек, включенных последовательно.
Измерение сопротивления первой лампочки. 72 Ом.
Измерение сопротивления второй лампочки. 65,2 Ом.
На фотографиях для бытовых лампочек 60 Ватт 220 Вольт сумма сопротивлений, измеренных порознь: 72,0 + 65,2 = 137,2 ом.
Однако, измеряя сопротивление последовательно, прибор «низит» показание до 136,8 ом!
Измерение сопротивления двух последовательно соединенных лампочек. 136,8 Ом
Аналогичная картина наблюдается для гирляндных лампочек:
Две лампочки последовательно
Вывод. Расчетная формула показывает заниженное значение сопротивления «холодной» спирали.
Измерение тестером показывает завышенное сопротивление «холодной» спирали.
Попробуем разобраться в этом вопросе.
Мощность излучения по отношению к окружающему фону
Оценим мощность излучения лампы, соответствующую температуре окружающего фона.
Известно, что постоянная Стефана-Больцмана σ = 5,670373·10 -8 , тогда мощность излучения с квадратного метра
В качестве произвольного оценочного значения примем диаметр спирали 40 микрон, а длину 50 см. Температура нормальных условий 293К (20С). Подставив эти данные в формулу Стефана-Больцмана, получим мощность излучения при температуре 0,026258 Ватт.
Для интереса вычислим мощность при некоторых различных температурах окружающей среды:
| Минус 40 (233 К) | 0,0105 Ватт |
| Минус 20 (253 К) | 0,0146 Ватт |
| Нуль (273 К) | 0,0198 Ватт |
| Плюс 20 (293 К) | 0,026258 Ватт (норм. условия) |
| Плюс 40 (313 К) | 0,0342 Ватт |
Для курьеза можно привести расчет излучения лампы, когда температура окружающей среды равна 2300К:
Р = 99,7 Ватт.
Что вобщем неплохо согласуется с реальным положением вещей — лампа, расчитанная на 100 ватт нагревается до температуры 2300К.
Можно с высокой долей уверенности заявить, что данная геометрия спирали соответствует «стоваттной» лампочке, рассчитанной на 220 вольт.
А теперь пересчитаем эти величины мощностей к «приведенному» напряжению. Как если бы температура окружающей среды соответствовала Абсолютному Нулю, а к лампе было приложено некоторое напряжение, нагревающее спираль.
Для пересчета используем полученное соотношение что напряжения и мощности соответствуют степеням «три» и «два».
| Темпер., К | Напряжение, В |
|---|---|
| 233 | 0,489665457 |
| 253 | 0,609918399 |
| 273 | 0,747109176 |
| 293 | 0,902119352 |
| 313 | 1,075809178 |
Из таблицы видно, что «токовая» мощность лампочки при напряжении на ней 0,902. Вольт нагревает спираль до температуры 293К. Аналогично, «токовая» мощность при напряжении 1,0758 Вольт нагреет спираль до температуры 313К (на 20 градусов выше).
Повторю еще раз, это при условии, что температура окружающей среды равна Абсолютному Нулю.
Вывод. Весьма малое изменение напряжения оказывает значительное влияние на температуру нити. Изменили напряжение на каких то семнадцать сотых Вольта (1,0758 — 0,902 = 0,1738) а температура возросла на 20 градусов.
Эти расчеты весьма условны, но в качестве оценочных величин их можно использовать.
Оценка естественно очень грубая, ибо закон Стефана-Больцмана описывает излучение «идеального» излучателя — абсолютно черного тела (АЧТ), а спираль весьма отличается от АЧТ, но, тем не менее, получили «цифирь» весьма правдоподобную.
Из экселовской таблички видно, что уже при напряжении на лампе 1 вольт, температура спирали будет 40 градусов по Цельсию. Приложим больше, будет больше.
Напрашивается естественный вывод, что при напржении 10-15 вольт нить будет достаточно горячая, хотя визуально это не будет видно.
На глаз нить будет казаться «чёрной» (холодной) вплоть до температур 600 градусов (начало излучения в видимом диапазоне).
Желающие «погонять цифирь» могут это сделать самостоятельно, используя формулу Стефана- Больцмана.
Результаты будут условными, ввиду того что (как было сказано выше) спираль имеет некоторое альбедо и не соответствует излучателю АЧТ, НО(!) оценка температур будет вполне достоверной.
Повторю — именно оценка. Нить начинает светиться примерно с 20 вольт.
Дополнительно хотел бы обратить внимание на разброс параметров лампочек.
На фотографии с тестером, маленькие лампочки (гирляндные) были мной отобраны и откалиброваны весьма тщательно. Для разных измерительных целей и опытов. Потому то они и показывают одинаковое сопротивление, что называется «пуля в пулю».
А вот большие лампочки, я их просто принес из магазина, не отбирая по параметрам и хорошо видно, что разброс магазинных лампочек наблюдается в весьма широком диапазоне. Вплоть до 10%.
Это обстоятельство дополнительно указывает, что погрешности расчета оказываются меньше чем реальный разброс лампочек.
Некоторые дополнительные формулы
Выше я вывел формулу, что для любой лампочки отношение куба напряжения к квадрату мощности — есть величина постоянная.
Исключительно в целях удобства предлагаю представить эту константу в виде квадрата некоторой величины. Назовем ее параметром S и перепишем главную формулу
Удобства предлагаемой методики просматриваются вот в каком аспекте. Поскольку параметр S оказывается неизменным в широком диапазоне напряжений, то открывается возможность обсчитывать схемы из лампочек, скомбинированных произвольным образом.
Для этого будет полезен ряд формул, которые легко выводятся самостоятельно.
Для последовательного и параллельного сопротивления можно использовать формулы:
Для случая, когда лампа включается последовательно с балластным резистором, для расчета напряжение на ней необходимо решить простенькое квадратное уравнение приведенного вида:
«Белые пятна» лампы накаливания
Предлагаемую статью можно считать научно-теоретической, а скорее инженерно-практической, и она может оказаться интересной для инженеров и техников, деятельность которых связана с эксплуатацией такого простого и знакомого всем нам прибора как лампочка накаливания. А также для всех, кто интересуется физикой.
Несмотря на обыденнность лампочки, несмотря на ее «повседневность», особенности ее эксплуатации имеют то, что принято называть «белыми пятнами».
В настоящий момент электрические параметры лампы накаливания невозможно рассчитать, если режим эксплуатации отличается от паспортного (от того режима, на который лампочка спроектирована). Автор предлагает физическую модель, в рамках которой удается получить ряд формул, пригодных для решения широкого круга практических инженерных задач.
Об авторе
Станислав Альбертович Матросов проживает в Санкт-Петербурге. По образованию инженер-электрик. Закончил ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина) в 1977 году по специальности «Оптико-физические приборы».
Статью не без оснований можно считать пусть маленьким, но вполне новым словом в вопросах инженерно-практического применения таких «обычных, но необычных» приборов, как лампочка накаливания.
Две лампочки от новогодней гирлянды включены последовательно
Лампа накаливания
Настоящую статью предлагается понимать как расширенное толкование (или пояснение) статьи «Закон Кеплера для лампочки накаливания» — Проза. ру
В указанной статье приведена формула, позволяющая обсчитывать параметры лампы накаливания в произвольных режимах, в том числе и в режимах, отличающихся от паспортных.
Формула зависимости напряжения и мощности лампочки
Это основная формула статьи, вывод которой будет приведён ниже. Формула выглядит так:
Для любой лампы накаливания существует параметр, стабильный в широком диапазоне электрических режимов. Этим параметром является отношение куба напряжения к квадрату мощности.
Методика использования формулы проста.
Берем лампочку, читаем на колбе или на цоколе параметры, на которые она расчитана — напряжение и мощность, рассчитываем константу, потом вставляем в формулу любое произвольное напряжение и вычисляем мощность, которая выделится на лампочке.
Зная мощность, несложно вычислить ток.
Зная ток, несложно вычислить сопротивление нити накаливания.
Вот и рассмотрим вопросы, связанные с правильной эксплуатацией формулы, а так же с теми ограничениями, котрые неизбежны ввиду того что «абсолютных» формул просто не бывает.
Однако сначала немножко «теории».
Базовые «теоретические» предпосылки
Формула была получена в предположении того, что в металле (из которого состоит нить накаливания) ток и сопротивление имеют единую физическую сущность.
В упрощенном виде это можно рассуждать примерно так.
Сообразно современным воззрениям, ток представляет собой упорядоченное движение носителей заряда. Для металла это будут электроны.
Было сделано предположение, что электрическое сопротивление металла определяется ХАОТИЧЕСКИМ движением тех же самых электронов.
С возрастанием температуры нити, хаотическое движение электронов возрастает, что, в конечном итоге, и приводит к возрастанию электрического сопротивления.
Еще раз. Ток и сопротивление в нити накаливания — суть одно и тоже. С той лишь разницей, что ток — это упорядоченное движение под действием электрического поля, а сопротивление — это хаотическое движение электронов.
Немножко «алгебраической схоластики»
Теперь, когда с «теорией» покончено (улыбнулся), приведу алгебраические выкладки для вывода «главной» формулы.
Каноническая запись закона Ома выглядит:
I * R = U
Для приведения в соответствие количественных значений, необходимо ввести соответствующие коэффициенты пропорциональности, для токовой компоненты — Кт и для резистивной компоненты — Кр:
Самые общие соображения подвигают к мысли, что эти коэффициенты должны быть взаимно обратными величинами, а значит:
В этом случае, попарно перемножая правые и левые части (в системе уравнений), мы возвращаемся к исходной записи закона Ома:
I * R = U
Окончательный вывод формулы
Рассмотрим подробнее систему уравнений:
Возведем в квадрат первое уравнение и попарно перемножим их.
В левой части мы видим выражение для мощности, а так же памятуя о том, что произведение коэффициентов равно единице, окончательно перепишем:
Отсюда получим выражение для токового коэффициента:
И для резистивного коэффициента (они взаимообратны):
где Р ном. и U ном. — это номинальные мощность и напряжение, маркированные на цоколе или на колбе лампы.
Осталось подставить эти значения коэффициентов в «РАСЩЕПЛЕННУЮ» формулу Закона Ома, и мы получим окончательные выражения для тока и сопротивления.
Домножая последнее соотношение на Ux, получим:
Чтобы не забивать себе голову этими квадратами, кубами и корнями, достаточно запомнить простую зависимость, которая вытекает из последнего соотношения. Возводя последнее соотношение в квадрат, мы получаем ясную и понятную формулу:
Для любой лампочки с вольфрамовой нитью накала отношение куба напряжения к квадрату мощности является величиной постоянной.
Полученные соотношения показали прекрасное соответствие практическим результатам (измерениям) в широком диапазоне изменения параметров напряжения и для весьма различных типов ламп накаливания, начиная от комнатных, автомобильных и заканчивая лампочками для карманных фонариков.
Некоторые общие рассуждения по сопротивлению лампочек накаливания
Безусловно, для малых значений напряжения (когда приложенное напряжение ЗНАЧИТЕЛЬНО отличается от паспортного), наши формулы будут «подвирать».
Например, при расчете сопротивления комнатной лампочки накаливания 95W, 230V, подключенной к источнику напряжения 1 вольт, формула:
дает значение сопротивления нити 36,7171 ом.
Если предположить, что мы подали на лампу напряжение 0,1 вольта, то расчетное сопротивление нити составит 11,611 ом.
Интуиция подсказывает, что дело обстоит не совсем не так, а скорее совсем не так.
В области малых напряжений формула будет стабильно «низить» значение расчетного сопротивления по сравнению с фактическим, и дело тут вот в чем.
В рассматриваемой концепции неявно предполагается, что хаотическое движение электронов «замрёт» при отсутствии внешнего приложенного напряжения. Однако, очевидно, что движение электронов не «замирает» даже в отсутствие приложенного внешнего напряжения (если лампа просто лежит на столе и никуда не включена).
Хаотическое движение электронов имеет тепловую природу и обусловлено естественной температурой нити накаливания.
Этот момент формулой не учитывается и прямое измерение сопротивления нити прибором неизбежно покажет отличие измеренного значения сопротивления против расчетного.
Излучение и КПД лампочки накаливания
Прежде чем разобраться с вопросом применимости формулы для обсчета режимов «малого напряжения», следует акцентировать внимание на один момент.
Лампочка представляет собой почти идеальный преобразователь электрической мощности в лучистую энергию.
То обстоятельство, что разработчики лампочек упорно бьются за повышение КПД лампочки, никоим образом не влияет на данное утверждение. Лампа накаливания — идеальный преобразователь электрической мощности в излучение.
Дело в том, что разработчики стремятся повысить выход световой энергии, и именно в этом смысле вычисляют КПД. Разработчик стремится повысить коэффициент преобразования электрической мощности именно в СВЕТОВОЕ излучение, в излучение, находящееся в видимом диапазоне.
Этот КПД у лампочки действительно мал. Однако лампочка прекрасно излучает во всем спектре и очень много в инфракрасном диапазоне, там, где наш глаз не видит.
Для расчета сугубо электрических параметров нам совершенно не важно, в каком диапазоне излучает лампочка. Нам важно лишь помнить, что лампочка излучает всегда, если только на нее подано хоть какое-то (пусть даже самое малое) напряжение. И важно помнить, что подводимая мощность рассеивается именно в форме излучения.
Сколько электрической мощности подано на лампу, именно такая мощность и рассеется в форме излучения.
Закон сохранения энергии никто не отменял и второй закон термодинамики тоже никто не отменял. А значит, сколько прибыло — столько и убыть должно. И убудет именно в форме излучения, ибо больше энергии деваться просто некуда — только в излучение. Это очень важное обстоятельство.
Конструктивно нить накаливания представляет собой тонюсенькую вольфрамовую проволочку диаметром порядка 50 микрон и длиной порядка полуметра, свернутую в в спиральку замысловатой конфигурации.
Вакуум в колбе исключает возможность конвекционного теплообмена — только через излучение.
Конечно, какая то доля тепла уходит через усики лампы, на которой крепится спиралька, но это мизер.
Чтобы наглядно представить себе эту малость, можно провести аналогию.
Повторю, сама вольфрамовая ниточка — аккурат размером с волосок из косички первоклассницы 50 см в длину и 50 микрон в диаметре.
Если наглядно увеличить этот волосок. это как если мы имеем проводочек диаметром 1 мм и длиной 10 метров! Здравый смысл подсказывает, что охлаждаться этот проводок вовсе НЕ путем теплообмена на краях. Да, что-то уйдет и в местах контакта, но основная мощность рассеется по всей длине проводка.
Для случая спирали, расположенной в вакууме, вся мощность уйдет В ИЗЛУЧЕНИЕ и не важно в каком диапазоне спектра.
Важный эксперимент с измерением сопротивления омметром
Любой, даже самый маленький ток будет оказывать тепловое воздействие на проводок, нагревая его.
Измеряя тестером сопротивление лампочки мы. пропускаем через нее ток. Ток от тестера маленький, но он есть. Следовательно, измеряя сопротивление нити, мы нагреваем нить и, как следствие этого, меняем значение параметра самим фактом измерения.
Грубо говоря, тестер тоже врёт. Тестер показывает не истинное значение сопротивления спирали.
Для того чтобы убедиться в этом обстоятельстве, можно проделать несложный эксперимент. Это доступно любому.
Можно одним и тем же тестером отобрать две лампочки с одинаковыми (близкими) значениями «холодного» сопротивления нити, и измерить сопротивление ДВУХ лампочек сначала каждую порознь, а потом соединенных последовательно.
Неоднократные измерения показывают, что сумма сопротивлений, измеренных порознь, не совпадает с суммарным сопротивлением последовательного включения.
Мы измеряем сопротивления лампочек порознь.
Затем мы измеряем сопротивление последовательного включения.
И мы устойчиво наблюдаем, что сумма сопротивлений измеренных «по одиночке» оказывается больше, чем суммарное сопротивление лампочек, включенных последовательно.
Прибор один и тот же, диапазон измерения не переключался, так что методические погрешности измерения исключаются.
И все становится понятно.
Последовательное сопротивление двух спиралей уменьшает ток от тестера, и нити нагреваются меньше.
А когда мы меряем лампочки порознь, то ток измерения больше и соответственно увеличиваются показания прибора за счет пусть даже небольшого, но увеличения температуры нитей вследствие нагрева в процессе измерения.
Раньше (четверть века назад, когда еще цифровые тестеры были экзотикой) было невозможно стрелочным индикатором уловить эту разницу. Сейчас в любом доме имеется китайский цифровой тестер и любой человек, может проделать этот несложный эксперимент.
Разница в сопротивлениях невелика, но разница очевидна, что исключает даже намек на возможную некорректность опыта.
Я подключил лампочки, подключил тестер и сфотографировал результаты таких экспериментов. На фотографиях прекрасно видно, что тестер показывает пониженное сопротивление лампочек, включенных последовательно.
Измерение сопротивления первой лампочки. 72 Ом.
Измерение сопротивления второй лампочки. 65,2 Ом.
На фотографиях для бытовых лампочек 60 Ватт 220 Вольт сумма сопротивлений, измеренных порознь: 72,0 + 65,2 = 137,2 ом.
Однако, измеряя сопротивление последовательно, прибор «низит» показание до 136,8 ом!
Измерение сопротивления двух последовательно соединенных лампочек. 136,8 Ом
Аналогичная картина наблюдается для гирляндных лампочек:
Две лампочки последовательно
Вывод. Расчетная формула показывает заниженное значение сопротивления «холодной» спирали.
Измерение тестером показывает завышенное сопротивление «холодной» спирали.
Попробуем разобраться в этом вопросе.
Мощность излучения по отношению к окружающему фону
Оценим мощность излучения лампы, соответствующую температуре окружающего фона.
Известно, что постоянная Стефана-Больцмана σ = 5,670373·10 -8 , тогда мощность излучения с квадратного метра
Р = σ SТ 4
В качестве произвольного оценочного значения примем диаметр спирали 40 микрон, а длину 50 см. Температура нормальных условий 293К (20С). Подставив эти данные в формулу Стефана-Больцмана, получим мощность излучения при температуре 0,026258 Ватт.
Для интереса вычислим мощность при некоторых различных температурах окружающей среды:
| Минус 40 (233 К) | 0,0105 Ватт |
| Минус 20 (253 К) | 0,0146 Ватт |
| Нуль (273 К) | 0,0198 Ватт |
| Плюс 20 (293 К) | 0,026258 Ватт (норм. условия) |
| Плюс 40 (313 К) | 0,0342 Ватт |
Для курьеза можно привести расчет излучения лампы, когда температура окружающей среды равна 2300К:
Р = 99,7 Ватт.
Что вобщем неплохо согласуется с реальным положением вещей — лампа, расчитанная на 100 ватт нагревается до температуры 2300К.
Можно с высокой долей уверенности заявить, что данная геометрия спирали соответствует «стоваттной» лампочке, рассчитанной на 220 вольт.
А теперь пересчитаем эти величины мощностей к «приведенному» напряжению. Как если бы температура окружающей среды соответствовала Абсолютному Нулю, а к лампе было приложено некоторое напряжение, нагревающее спираль.
Для пересчета используем полученное соотношение что напряжения и мощности соответствуют степеням «три» и «два».
| Темпер., К | Напряжение, В |
|---|---|
| 233 | 0,489665457 |
| 253 | 0,609918399 |
| 273 | 0,747109176 |
| 293 | 0,902119352 |
| 313 | 1,075809178 |
Из таблицы видно, что «токовая» мощность лампочки при напряжении на ней 0,902. Вольт нагревает спираль до температуры 293К. Аналогично, «токовая» мощность при напряжении 1,0758 Вольт нагреет спираль до температуры 313К (на 20 градусов выше).
Повторю еще раз, это при условии, что температура окружающей среды равна Абсолютному Нулю.
Вывод. Весьма малое изменение напряжения оказывает значительное влияние на температуру нити. Изменили напряжение на каких то семнадцать сотых Вольта (1,0758 — 0,902 = 0,1738) а температура возросла на 20 градусов.
Эти расчеты весьма условны, но в качестве оценочных величин их можно использовать.
Оценка естественно очень грубая, ибо закон Стефана-Больцмана описывает излучение «идеального» излучателя — абсолютно черного тела (АЧТ), а спираль весьма отличается от АЧТ, но, тем не менее, получили «цифирь» весьма правдоподобную.
Из экселовской таблички видно, что уже при напряжении на лампе 1 вольт, температура спирали будет 40 градусов по Цельсию. Приложим больше, будет больше.
Напрашивается естественный вывод, что при напржении 10-15 вольт нить будет достаточно горячая, хотя визуально это не будет видно.
На глаз нить будет казаться «чёрной» (холодной) вплоть до температур 600 градусов (начало излучения в видимом диапазоне).
Желающие «погонять цифирь» могут это сделать самостоятельно, используя формулу Стефана- Больцмана.
Результаты будут условными, ввиду того что (как было сказано выше) спираль имеет некоторое альбедо и не соответствует излучателю АЧТ, НО(!) оценка температур будет вполне достоверной.
Повторю — именно оценка. Нить начинает светиться примерно с 20 вольт.
Дополнительно хотел бы обратить внимание на разброс параметров лампочек.
На фотографии с тестером, маленькие лампочки (гирляндные) были мной отобраны и откалиброваны весьма тщательно. Для разных измерительных целей и опытов. Потому то они и показывают одинаковое сопротивление, что называется «пуля в пулю».
А вот большие лампочки, я их просто принес из магазина, не отбирая по параметрам и хорошо видно, что разброс магазинных лампочек наблюдается в весьма широком диапазоне. Вплоть до 10%.
Это обстоятельство дополнительно указывает, что погрешности расчета оказываются меньше чем реальный разброс лампочек.
Некоторые дополнительные формулы
Выше я вывел формулу, что для любой лампочки отношение куба напряжения к квадрату мощности — есть величина постоянная.
Исключительно в целях удобства предлагаю представить эту константу в виде квадрата некоторой величины. Назовем ее параметром S и перепишем главную формулу
Удобства предлагаемой методики просматриваются вот в каком аспекте. Поскольку параметр S оказывается неизменным в широком диапазоне напряжений, то открывается возможность обсчитывать схемы из лампочек, скомбинированных произвольным образом.
Для этого будет полезен ряд формул, которые легко выводятся самостоятельно.
Для последовательного и параллельного сопротивления можно использовать формулы:
Для случая, когда лампа включается последовательно с балластным резистором, для расчета напряжение на ней необходимо решить простенькое квадратное уравнение приведенного вида:
Как найти напряжение на лампочке
Чаще всего, если лампочка перегорела, люди ее выбрасывают. И если обыкновенная лампочка накаливания является дешевой, то цена на автомобильные галогеновые осветительные приборы ощутима. В таком случае необходимо ознакомиться с тем, как проверить лампочку мультиметром, т.к. эта процедура имеет множество особенностей.
Готовим мультиметр к работе
Вынимаем прибор из чехла или футляра. Первым делом проводим визуальный осмотр. Корпус должен быть целым, крышка батарейного отсека установлена без перекосов. Визуально оцениваем целостность проводов и щупов. Отсутствие изоляции, которая может от времени просто осыпаться, восстанавливаем изолентой. Поможет и термоусадочная трубка, если она есть. Щупы тоже стоит осмотреть, замотать сколы по необходимости. Селектор мультиметра ставив в режим измерения омов, на отметку в 200 Ом. Чёрный кабель со щупом включаем в гнездо Com. Красный — в гнездо с символами измеряемых величин, названных в честь Алессандро Вольта, Андре-Мари Ампера и Георга Ома — V, A и Омега.
На индикаторе должна быть единица. Если это не так — прибор нуждается в ремонте. Замыкаем накоротко щупы. На дисплее должна выйти цифра ноль. Если всё так и происходит — прибор исправен. Если цифры меняются, отображаются тускло, попробуйте поменять элемент питания прибора на заведомо свежий и рабочий. Не помогло — мультиметр надо ремонтировать. Для проверки лампочки ставим селектор мультиметра на символ поиска обрыва. На корпусе в этом месте схематично изображён диод.
Проверяем лампу накаливания
Лампы накаливания на 220 В работают в сетях переменного тока, поэтому полярность при их прозвонке не важна.
Проверяем в режиме прозвонки
Один из щупов замыкаем на центральный контакт. Второй — на корпус цоколя сбоку, где у цоколя резьба. Если лампа рабочая, прозвучит звуковой сигнал, а дисплей отобразит сопротивление. Как правило, нижний предел составляет около 3 Ом, верхний — порядка 200 Ом.
Проверяем в режиме измерения сопротивления
Прозвонка в режиме замера сопротивления поможет не только диагностировать работоспособность лампочки, но и приблизительно определить потребляемый ток, что выведет на потребление. Это может быть полезно, когда о мощности лампы можно только догадываться по причине утраты маркировки.
Следует помнить, что неплотный контакт щупов с цоколем повышает сопротивление. Поэтому, при сомнениях, мощность лампы скорее ниже, а не выше. Для измерения сопротивления лампы переводим селектор мультиметра в сектор измерения сопротивления. Ставим на 200 Ом. Приведённая ниже таблица справедлива для ламп с номинальным напряжением 220 В и цоколями E27 или E14.
| Сопротивление, Ом | 150 | 90-100 | 60-65 | 45-40 | 35-30 | 25-28 | |||
| Мощность, Вт | 25 | 40 | 60 | 75 | 100 | 150 | |||
Если при измерении единица на дисплее прибора не меняется на другое число — лампа неисправна, внутри обрыв.
Как прозвонить лампочку мультиметром в домашних условиях?
Визуальный осмотр не всегда позволяет качественно оценить состояние электрической лампы накаливания, даже при целой спирали внутренняя цепь может быть оборвана. Поэтому лучше довериться приборам, которые при правильном использовании безошибочно укажут на неисправность. Рассмотрим, как проверить лампочку накаливания мультиметром.
Бытовые лампы накаливания на 220 вольт для освещения помещений имеют два самых распространенных стандарта цоколей и патронов под них – Е14 и Е25, цифры указывают на диаметр резьбового соединения. Проще всего, на первый взгляд, лампу с целой спиралью вкрутить в патрон другого заведомо исправного осветительного прибора и убедиться в том, что она работает. Но не всегда на месте есть светильник с подходящим патроном, тем более исправным. Поэтому используются мультиметры, эти приборы малогабаритные, легкие, просты в обращении, даже дилетант сможет работать с ним в режиме прозвонки.
Установка прибора в режим прозвонки
Термин «прозвонка» подразумевает проверку электрической цепи на целостность, наличие контакта. В каждом современном мультиметре есть такой режим, классическое расположение органов управления на приборах, это пакетный переключатель в центре корпуса, под жидкокристаллическим дисплеем. Его поворотом устанавливаются нужные режимы, на корпусе по кругу указаны их буквенные и символические обозначения, которые специалисты хорошо понимают, в нашем случае это знак диода или зуммера.
Примеры мест расположения символов прозвонки на разных мультиметрах
Кроме положения переключателя надо правильно подключить контактные измерительные щупы. Выше на правом снимке это отчетливо видно – в правом нижнем углу мультиметра черный щуп вставляется в самое нижнее отверстие со знаком заземления и буквами «СОМ». Красный вставляется в разъем выше с обозначением «VΩmA».
После установки органов управления в нужное положение можно проводить тестирование, прозвонку, но перед этим убедитесь, что прибор работает. Замкните металлические наконечники красного и черного щупа, при исправном приборе услышите характерный тон зуммера.
На экране высветятся нули, это означает, что в электроцепи нет обрыва или сопротивления, при размыкании цепи на дисплее установится «1».
Проверка лампы
Приставьте наконечник одного щупа к центральному контакту лампы, второй к резьбе цоколя, при исправной лампе услышите, как работает зуммер, на дисплее отобразятся цифры от 3 до 200. Значение сопротивления спирали в Ω (Ом) зависит от материала и длины спирали. Для надежности перед тестированием зачистите места прикосновения щупов надфилем, они имеют свойство окисляться.
Таким способом можно не только проверить лампочки на исправность, но и определить приблизительно потребляемую мощность. Если по какой-либо причине надпись с номиналом на стеклянной колбе отсутствует, для точности измерений поставьте прибор в режим измерения 200 Ом.
Красной стрелкой указано положение измерений в пределах до 200 Ом
Пример того, как прозвонить или измерить сопротивление спирали лампы накаливания
Как проверить лампочку мультиметром
Электрические лампы – неотъемлемый атрибут современного дома. Как обычные, так и светодиодные электролампы могут выходить из строя, причем бывает так, что невооруженным глазом никаких повреждений не видно – например, вольфрамовая нить цела, но лампочка все равно не горит. Проверка ее в другом светильнике может не дать результатов из-за нестандартного размера резьбовой части, и в этом случае для проверки понадобится индикаторная отвертка или, для более точной проверки, тестер. Этот прибор позволяет также проверить мощность светодиодных ламп. О том, как проверить лампу мультиметром, и пойдет речь в этой статье.
Как проверить лампу ДРВ-250 на работоспособность? Не путать с ДРЛ! Идеально с помощью мультиметра.
Без включения в сеть ее никак не проверишь.При попытке прозвонить и у исправной лампы, и у дохлой мультиметр покажет обрыв.
Так же как и ламу накаливания.
Только включить и проверить загорится она или нет. Как мультиметром собрался проверить газоразрядные электроды?) А наличие аргона в колбе тоже мультиметром проверять? Может она треснула и там уже воздух внутри.
буква «в» в этой лампе означает лампа вольфрамовая дорогой
Ты думаешь если есть мультиметр, то ты уже царь и Бог? Брюс всемогущий? Не все можно проверить мультиметром!!
Порядок проверки электрических ламп мультиметром
Современный рынок предлагает две разновидности электрических тестеров: стрелочные и электронные. Первые стоят несколько дешевле, но цифровые собратья превосходят их по всем остальным параметрам – удобству, надежности и точности измерений. Маленькие габариты электронного мультиметра позволяют переносить его в кармане. Такому прибору не страшны толчки, не причинит ему вреда и падение с незначительной высоты, которое может вывести из строя стрелочный аналог. Любой лицензионный тестер имеет электронную защиту, которая спасет его от поломки при неверно выбранном режиме проверки.
Прозвонка
При включении в режим прозвонки прибор позволяет установить, не нарушено ли электрическое соединение. На приборной панели имеется специальный символ, которым обозначен этот режим.
Для проверки работоспособности электролампы следует:
- Переключатель мультиметра поставить в режим прозвонки.
- Один из щупов приложить к центральному контакту, а затем вторым – коснуться бокового.
Такая проверка подходит для электроламп, оснащенных резьбовым цоколем. При исправности изделия раздастся сигнал, и на жидкокристаллическом дисплее тестера высветится цифра от 3 до 200 Ом.
Каждый раз перед тем, как приступить к измерениям, необходимо убедиться, что целостность измерительной цепи мультиметра не нарушена. Для этого на 1-2 секунды приложите один щуп к другому.
Как выполнить прозвонку лампочки смотрите в этом видео:
Этот способ не подходит для светодиодных изделий, а также КЛЛ, внутри которых содержится электронная схема. С помощью тестера можно произвести проверку состояния только выполненной из стекла спирали компактной люминесцентной лампы. С этой целью спираль следует отделить от цоколя и прозвонить проволочные выводы, которые соединены с платой электронного балласта.
Измерение сопротивления
Мультиметр позволяет проверять не только исправность электролампы, но и определить величину ее сопротивления. Это может понадобиться, если на колбе изделия стерта заводская маркировка и невозможно прочитать, какова мощность лампочки. Узнать это можно при помощи тестера.
Проверяя электролампу в режиме измерения сопротивления, нужно действовать следующим образом:
- Перевести переключатель измерительного прибора на позицию, предел которой составляет 200 Ом.
- Прикоснуться щупами тестера к контактам изделия, как при прозвонке.
На табло отразится показатель сопротивления, но звукового сигнала при этом быть не должно. Цифра «1» на ЖК-дисплее свидетельствует о том, что внутри лампочки имеется обрыв.
Еще один способ определения мощности лампы с помощью мультиметра показан в этом видео:
Прочитав этот материал, вы узнали, как правильно проверить лампу мультиметром. Остается добавить, что электрический тестер пригодится не только для решения этой задачи. В домашнем хозяйстве это совсем не лишняя вещь, и если у вас еще нет такого прибора, советуем обязательно его приобрести.
Проверка автомобильных лампочек и радиоламп тестером
Тестер или мультиметр – прибор, предназначенный для определения исправности электрических устройств и радиодеталей: проводников тока, батареек, аккумуляторов, переключателей, лампочек. Другие названия устройства – мультиметр, реже авометр. Существуют разные варианты тестеров с отличающимся набором функций. В самом простом варианте мультиметр объединяет возможности амперметра, вольтметра и омметра.
Такое устройство можно использовать как тестер для проверки ламп, электроцепей или радиодеталей. С его помощью можно провести основные измерения характеристик электроприборов и их отдельных элементов, выявить имеющиеся нарушения целостности электрической цепи. Более сложные мультиметры оснащены разнообразными дополнительными функциями.
Применение тестера
Один из вариантов прикладного использования мультиметра – проверка лампочек. Для этой процедуры достаточно использовать простейший вариант прибора.
Какую же информацию можно получить с помощью мультиметра? Существует несколько показателей работы лампочек, отображаемых на этом приборе:
- пригодность лампочки – нарушение целостности электрического соединения приводит к прекращению прохождения тока;
- определение сопротивления лампочки;
- расчет ее мощности по показанному мультиметром сопротивлению.
Таким образом, можно проверить основные характеристики осветительного прибора, и понять, пригоден ли он к дальнейшему применению.
Режим прозвонки
Чтобы проверить работоспособность лампочки, достаточно знать, как прозвонить обычную электроцепь. Для этого переключатель устанавливают в режим «прозвона» – в положение с символом диода.
Затем одним щупом касаются центрального контакта цоколя, вторым – боковой поверхности с резьбой. Сигнал сработает, если сопротивление меньше 50–70 Ом. Это указывает на хорошую электропроводимость цепи и означает, что лампочка исправна.
Проверка дуговой ртутной лампы
Светильник с дуговой ртутной люминофорной лампой (ДРЛ) обычно можно встретить на улице или в заводском цехе. Для определения работоспособности прозванивают дроссель – устройство, ограничивающее ток, питающий ДРЛ.
Если схема была разорвана, то сопротивление будет неограниченно большим, что и покажет прибор. Если имеется потеря изоляции, ведущая к короткому замыканию, показатель повышается незначительно. В случае наличия замыкания в обмотке дросселя, сопротивление не меняется.
Если при проверке тестером дросселя проблем не было выявлено, то дуговая лампочка может не функционировать по причине неисправностей в системе подачи электроэнергии, к примеру, из-за окисления контактов. Принцип работы светильника очень простой, поэтому неисправности непосредственно в лампе ДРЛ встречаются редко.
При тестировании ДРЛ следует соблюдать значительную осторожность. При нарушении целостности стеклянной колбы, содержащей газ под высоким давлением, пары ртути могут распространяться на большие расстояния, загрязняя помещение.
Тестирование автомобильной лампочки
Автолюбителей часто интересует вопрос о том, как проверить лампу, вышедшую из строя. В чем причина неисправности? Проблема может заключаться не только в автомобильной лампочке, но и в электропроводке или патроне. Проверка мультиметром проводится так же, как и при тестировании обычных лампочек с нитью накаливания. Рекомендуется следующий порядок действий:
- после остывания электронной системы автомобиля демонтировать неработающие лампочки;
- установить тестер в положение проверки минимального сопротивления;
- приложить щупы к контактам, чтобы проверить лампочки с помощью мультиметра.
Если прибор измерит сопротивление, то лампочки исправны, если же на экране будут буквенные символы или знак бесконечности – это свидетельствует об их непригодности.
Анализ работоспособности диодов и радиоламп
Радиолампы представляют собой ламповые диоды, использовавшиеся ранее в электронном оборудовании. В настоящее время они заменены полупроводниковыми диодами. Тестирование любых видов диодов, в том числе радиоламп, с помощью мультиметра имеет свои особенности.
Диод имеет два полюса – катод и анод. Если поднести положительный щуп мультиметра (красный) к аноду, а отрицательный (черный) к катоду, ток будет протекать через диод. На экране мультиметра отобразится пороговое напряжение, величина которого может колебаться от 200 до 800 мВ.
Если поменять местами щупы тестера, ток протекать не будет, поскольку диод обладает однонаправленной проходимостью. В случае с радиолампой сопротивление нужно определять между нитью накала, являющейся катодом, и управляющей сеткой.
Существует специальный прибор, называемый тестер ламп. Такие анализаторы, обеспечивающие проверку электроламп, снабжены приспособлениями для испытания вакуума. Эти приборы полезны не только как испытатели, но и как анализаторы для быстрого измерения рабочего режима ламповых элементов любого радиоаппарата.
Испытатель несколько отличается от мультиметра, он больше похож на стенд и позволяет измерять анодно-сеточные характеристики. На нем присутствуют гнезда для лампочек, миллиамперметр, работающий как милливольтметр, а также источники питания. Для любителей старых ламповых приемников тестер становится отличным помощником в работе.
Как проверить лампочку мультиметром
Содержание
- Подготовка мультиметра к работе
- Тестируем лампу накаливания мультиметром
- Подключение щупов мультиметра для прозвонки лампы накаливания
- Проверяем светодиодную лампу
- Светодиодная лампа с цоколем Е27
- Мощные светодиоды
- Проверка исправности LED-прожекторов
- Тестирование энергосберегающей лампы мультиметром
Визуально не всегда получится определить работоспособность лампочки. Ведь даже если спиралька целая, никто не даст гарантии, что внутри цепь не повредилась. Именно для таких случаев и был придуман мультиметр — прибор, который в умелых руках всегда и безошибочно выявит любую неисправность. Так давайте же разберёмся, как им пользоваться и отслеживать с его помощью неисправные осветительные приборы.
Как прозвонить лампочку мультиметром — Строительство и ремонт
Не всегда визуальный осмотр лампы накаливания позволяет сделать вывод о её непригодности. Бывают случаи, когда вольфрамовая нить не имеет повреждений, но лампочка в светильнике не светится. Установить причину и тем самым подтвердить или опровергнуть неисправность лампы можно несколькими способами. О том, как это сделать, можно узнать из этой статьи.
Простейший способ
Самый простой способ диагностики предполагает вкрутить подозрительную лампочку в другой светильник и включить его. К сожалению, это не всегда срабатывает. Иногда резьбовая часть цоколя изготовлена с отклонением от стандартного размера и при вкручивании в патрон не замыкает оба электрических контакта. Или в доме больше нет светильников с точно таким же патроном.
Покупая лампочку в магазине электротоваров, многие обращали внимание на то, как продавец проверяет её с помощью тестера. В корпусе тестера есть несколько разъёмов, предназначенных для диагностики лампочек разного типа: накаливания, люминесцентных и галогенных. Его задача – проверить целостность проводников внутри лампы, о чём свидетельствует звуковой сигнал. Эту же самую операцию можно проделать в домашних условиях, воспользовавшись мультиметром или многофункциональной индикаторной отвёрткой.
В режиме прозвонки
Каждый мультиметр имеет режим прозвонки, с помощью которого можно проверить целостность электрического соединения. На панели прибора данный режим обозначается специальным символом.
Чтобы проверить работоспособность лампочки нужно:
- установить переключатель в режим прозвонки (проверки на обрыв);
- коснуться одним щупом центрального контакта, а другим – бокового (для ламп накаливания с резьбовым цоколем).
Если осветительный прибор исправен, то тестер издаёт звук, а на ЖК-дисплее появляется число в пределах 3-200 Ом.
Перед каждым измерением следует кратковременно замыкать щупы между собой, чтобы убедиться в исправности измерительной цепи тестера.
Компактную люминесцентную (КЛЛ) и светодиодную лампу таким способом не протестируешь, из-за наличия внутри электронной схемы. Отдельно можно проверить пригодность только стеклянной спирали КЛЛ. Для этого её нужно аккуратно отделить от цокольной части и прозвонить две пары проволочных выводов, идущих на плату электронного балласта.
В режиме проверки сопротивления
Существует ещё один, более точный, метод диагностики спиральных ламп с помощью мультиметра. Им можно не только определить пригодность лампочки, но и узнать её сопротивление. Зачем это нужно? Например, заводской отпечаток на колбе лампы накаливания стёрт. Следовательно, её мощность неизвестна. Данный способ поможет решить эту проблему.
Теперь о том, как проверить лампочку мультиметром в режиме сопротивления. Для этого нужно перевести переключатель на позицию с пределом 200 Ом, а затем коснуться щупами электрических контактов лампы точно так же, как в режиме прозвонки. В этом случае звуковой сигнал отсутствует, а на ЖК-дисплее появится значение сопротивления в Омах. Если на табло осталась «1», то внутри осветительного прибора обрыв.
По измеренному сопротивлению спирали в холодном состоянии можно сделать вывод о её мощности. В нами составленной таблице приведены данные об основных типах ламп, применяемых в быту.
Во время замера следует помнить, что за счёт плохого контакта щупов с тестером полученный результат может отличаться от табличного в большую сторону на несколько Ом.
Проверка индикаторной отверткой
Чтобы в домашних условиях проверить на исправность лампочку, необязательно иметь под рукой мультиметр. Гораздо быстрее это сделать с помощью многофункциональной индикаторной отвёртки. Её отличие от обычного индикатора заключается в наличии батарейки-таблетки внутри корпуса. Работоспособность такой отвертки проверяется касанием пальцев её металлических контактов с торцов. При этом индикаторный светодиод внутри неё должен светиться.
Последовательность действий по проверке лампы накаливания следующая:
- В одну руку берут лампочку, касаясь резьбы (боковой контакт).
- В другую руку берут индикаторную отвёртку и металлическим стержнем касаются центрального контакта лампы, а большим пальцем – торца отвёртки. Таким образом, цепь замыкается через отвёртку, лампу и тело человека. Весь тест занимает всего пару секунд.
Стоит отметить, что вышеприведенные способы проверки бытовых лампочек будут также работать и в случае с автомобильными лампами с нитью накала.
В предыдущей своей статье Я рассказывал про принципы работы и различные схемы подключения люминесцентных ламп. Эта статья является ее продолжением. В ней Я подробно остановлюсь на устройстве и самостоятельном ремонте перегоревших ламп трубчатой конструкции или дневного света.
Как отремонтировать своими руками компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) под обычный патрон Я уже рассказывал в этой статье .
Сразу скажу в отличии от КЛЛ, которые достаточно дорогие и легко восстанавливаются- лампы дневного света Я не ремонтирую, потому что стоят новые дешево. да, если честно они после восстановления их работы с применением специальной схемы- обладают целым рядом недостатков. Но об этом в конце статьи.
Устройство люминесцентной лампы
Лампа дневного света состоит из одного стеклянного цилиндра с наружным диаметром 12, 16, 26 или 38 мм. Причем он может быть как прямым, так и изогнутой конструкции в виде буквы U или кольца и т. п.
С торцов цилиндра в металлические заглушки встроены в диэлектрическую пластину две контактные ножки под цоколь светильника, на которые с внутренней стороны припаяны электроды, схожие по конструкции с нитями ламп накаливания.
Из колб люминесцентных ламп откачивается воздух, а вместо него добавляется инертный газ с небольшой капелькой ртути (около 30 мг) или сплава ртути с Индием и другими металлами.
Почему перегорают люминесцентные лампы
Электроды люминесцентной лампы, как и у ламп накаливания делаются из вольфрамовой нити, но только покрытой активной массой из щелочных металлов. Без нее вольфрамовая спираль очень быстро бы сгорела от перегрева в результате образования между нитями разряда, а так обеспечивается стабильно тлеющий электрический разряд.
Подготовка мультиметра к работе
Первым делом извлечём наш мультиметр из упаковки и осмотрим внимательно. На корпусе не должно присутствовать каких-либо повреждений, батарейный отсек должен закрываться плотно. Проверяем качество и целостность щупов и идущих к ним проводов. Если изоляция отсутствует, используем изоленту. Неплохо справится с задачей и термоусадочная трубка. Если на щупах имеются сколы, также их заматываем.
Переключатель режимов выставляем для работы с омами, напротив деления 200 Ом. Кабель чёрного цвета присоединяем к гнезду Com. Кабель красного цвета подключаем в гнездо, где имеются символы тех величин, которые мы собираемся измерять.
Устройство должно отобразить на своём экране цифру «1». Если её нет или отображается что-то другое, пора его ремонтировать. Скрещиваем щупы друг с другом. Единичка меняется на нолик. Если именно так всё и происходит, значит, работа идёт в штатном режиме. Если на экране идёт мельтешение цифр, они бледные, нужно попробовать поменять батарейки. Если попытка не удалась, прибор подлежит ремонту. Для начала тестирования лампы выставляем на тумблере режим поиска обрыва. Данный режим обозначается пиктограммой диода.
Тестируем лампу накаливания мультиметром
Для того чтобы проверить пригодность обычной лампочки, один их щупов тестера прижимаем к центру цоколя в место расположения контакта, второй щуп прижимаем к резьбе. Если лампочка вполне себе рабочая, то тестер издаст сигнал зуммера, одновременно с этим на экране будут показаны цифры из диапазона от трёх до двухсот.
Сопротивление спирали лампы напрямую зависит от того, какой материал использован для её изготовления, а также от длины. Чтобы быть уверенным в результатах проверки, места, где будут приложены щупы, следует предварительно зачистить напильником от окислов.
Этот способ поможет найти не только место обрыва в цепи, но и покажет, пусть и приблизительно, какую мощность потребляет устройство. Если на лампочке стёрлась надпись, указывающая на номинальное напряжение, то мультиметр поможет это выяснить. Чтобы результаты были более точными, следует установить переключатель в режим двухсот Ом.
Подключение щупов мультиметра для прозвонки лампы накаливания
Руководствуясь описанной методикой, можно проверить сопротивление лампочной спирали. Чтобы не засорять себе голову лишними математическими формулами, используйте данные в приведённой ниже таблице.
Таблица: соотношение мощности и сопротивления
| Ω | Вт |
| 150 | 25 |
| 85 | 40 |
| 63 | 60 |
| 48 | 75 |
| 38 | 100 |
| 27 | 150 |
Справка. Точность измерений может иметь погрешность в два-три ома.
Аналогично можно протестировать и лампочки в автомашине на двенадцать вольт. Нужно иметь в виду, что иногда в этих лампах имеется по две спирали. Одна из них отвечает за дальний свет, а вторая — за ближний. Этот же метод применим и для ламп дневного света трубчатого типа, они имеют тоже по две спирали, установленные по краям между электродами.
Справка. Компактные люминесцентные лампы, энергосберегающие галогенные, а также лампы на светодиодах проверить таким образом не получится. В их цепи имеются дополнительные элементы, такие как микросхема, электронный блок для подключения и запуска. Поэтому для их проверки используются другие методы.
Достоинства и недостатки
Дуговые ртутные люминесцентные источники света, в том числе и лампы, имеют следующие преимущества:
- высокая степень светового потока;
- долго служат;
- применимы для освещения при отрицательной температуре;
- благодаря встроенным электродам не требуют дополнительного устройства для поджога;
- доступная пускорегулирующая аппаратура.
Есть и ряд недостатков, некоторые из которых накладывают ограничения на сферы применения:
- как гласит ГОСТ, ртуть и люминофор, содержащийся в этих лампах, должны утилизироваться по особой технологии;
- малая цветопередача (порядка 45%);
- для полноценной работы требуется стабильное напряжение. Если оно понизится до 15%, светильник стакой лампочкой перестанет светить;
- при слишком низких температурах (более −20 градусов по Цельсию), источник света может не зажечься. К тому же, такие условия эксплуатации в разы снижают срок службы лампы;
- для повторного включения светильника необходимо выждать от 10 до 15 минут;
- снижение светового потока спустя примерно 2000 часов службы.
Как правило, производитель указывает ряд правил, которых следует придерживаться при эксплуатации этих источников света. Это позволит им дольше прослужить. Даже если лампа установлена в неправильном положении, это отражается на ее сроке службы.
Проверка исправности LED-прожекторов
«Начинка» прожектора имеет свои особенности.
Прежде чем проверять светодиод, следует установить, к какому типу он относится. Внутри таких прожекторов обычно ставят:
- плату с несколькими небольшими SMD, которые можно проверить методом прозвонки, аналогично обычным светодиодным лампам;
- мощный светодиод жёлтого цвета, имеющий напряжение от десяти до тридцати вольт.
Справка. У мощного светодиода слишком велико напряжение для мультиметра, проверяют его при помощи драйвера. Своими характеристиками драйвер должен совпадать с показателями светодиода.
Сопротивление нити лампы накаливания
Это основная формула статьи, вывод которой будет приведён ниже. Формула выглядит так:
Для любой лампы накаливания существует параметр, стабильный в широком диапазоне электрических режимов. Этим параметром является отношение куба напряжения к квадрату мощности.
Методика использования формулы проста.
Берем лампочку, читаем на колбе или на цоколе параметры, на которые она расчитана – напряжение и мощность, рассчитываем константу, потом вставляем в формулу любое произвольное напряжение и вычисляем мощность, которая выделится на лампочке.
Зная мощность, несложно вычислить ток.
Зная ток, несложно вычислить сопротивление нити накаливания.
Вот и рассмотрим вопросы, связанные с правильной эксплуатацией формулы, а так же с теми ограничениями, котрые неизбежны ввиду того что «абсолютных» формул просто не бывает.
Однако, сначала немножко «теории»…
Подключаем светодиоды
Как правильно подключить лампочку на 12 вольт в авто своими руками? Неважно, мигающую или нет, в фару или панель приборов, об этом мы расскажем далее.
Рассмотрим пример подключения своими руками на модуле, учитывая несколько нюансов (схемы вы найдете ниже):
- Панельки, то есть кластеры, рассчитываются на питание 12 вольт, такие устройства можно без проблем подключить к проводке авто и наслаждаться мигающими или просто яркими огоньками. Однако такие устройства обладают определенным недостатком — когда обороты мотора будут изменяться, яркость также будет то снижаться, то увеличиваться. Пусть это не критично, но глазу все же будет заметно. Но также нужно учесть, что такие кластеры хорошо светят тогда, когда напряжение в сети составляет 12.5 вольт, то есть если у вашем авто напряжение низкое, то светить лампочки будут слабо.
- Сам по своей конструкции кластер состоит из самих диодов, а также резистора. Резисторы — это важный элемент любого кластера. На каждые три лампочки устанавливается один резистор, предназначенный для гашения лишнего напряжения. Если вы приобретаете ленту для фар, то, возможно, вам придется ее подрезать. При установке в фары нужно учитывать, что обрезать ленту необходимо в определенных местах.
- Подключение светодиодов 12 вольт с резисторами в фары авто осуществляется последовательно. Вам необходимо сделать кластер, то есть подключить по очереди необходимое число лампочек друг к другу, а два вывода, которые будут находиться по краям — к сети авто. В этом случае речь идет о белых диодах, мощность которых составляет 3.5 W. То есть для сети с напряжением 12-14 вольт понадобится три лампочки, которые в общем будут потреблять не 12, а 10.5 вольт. Поскольку диоды обладают плюсом и минусом, последовательное соединение осуществляется таким образом, чтобы плюс одного элемента соединился с минусом другого (автор видео — Роман Щербань).
Базовые «теоретические» предпосылки
Формула была получена в предположении того, что в металле (из которого состоит нить накаливания) ток и сопротивление имеют единую физическую сущность.
В упрощенном виде это можно рассуждать примерно так.
Сообразно современным воззрениям, ток представляет собой упорядоченное движение носителей заряда. Для металла это будут электроны.
Было сделано предположение, что электрическое сопротивление металла определяется ХАОТИЧЕСКИМ движением тех же самых электронов.
С возрастанием температуры нити, хаотическое движение электронов возрастает, что, в конечном итоге, и приводит к возрастанию электрического сопротивления.
Еще раз. Ток и сопротивление в нити накаливания – суть одно и тоже. С той лишь разницей, что ток – это упорядоченное движение под действием электрического поля, а сопротивление – это хаотическое движение электронов.
Немножко «алгебраической схоластики»
Теперь, когда с “теорией” покончено (улыбнулся), приведу алгебраические выкладки для вывода «главной» формулы.
Каноническая запись закона Ома выглядит:
I * R = U
Для приведения в соответствие количественных значений, необходимо ввести соответствующие коэффициенты пропорциональности, для токовой компоненты – Кт и для резистивной компоненты – Кр:
Самые общие соображения подвигают к мысли, что эти коэффициенты должны быть взаимно обратными величинами, а значит:
В этом случае, попарно перемножая правые и левые части (в системе уравнений), мы возвращаемся к исходной записи закона Ома:
I * R = U
Окончательный вывод формулы
Рассмотрим подробнее систему уравнений:
Возведем в квадрат первое уравнение и попарно перемножим их.
В левой части мы видим выражение для мощности, а так же памятуя о том, что произведение коэффициентов равно единице, окончательно перепишем:
Отсюда получим выражение для токового коэффициента:
И для резистивного коэффициента (они взаимообратны):
где Рном и Uном – это номинальные мощность и напряжение, маркированные на цоколе или на колбе лампы.
Осталось подставить эти значения коэффициентов в “РАСЩЕПЛЕННУЮ” формулу Закона Ома, и мы получим окончательные выражения для тока и сопротивления.
Домножая последнее соотношение на Ux, получим:
Чтобы не забивать себе голову этими квадратами, кубами и корнями, достаточно запомнить простую зависимость, которая вытекает из последнего соотношения . Возводя последнее соотношение в квадрат, мы получаем ясную и понятную формулу:
Для любой лампочки с вольфрамовой нитью накала отношение куба напряжения к квадрату мощности является величиной ПОСТОЯННОЙ.
Полученные соотношения показали прекрасное соответствие практическим результатам (измерениям) в широком диапазоне изменения параметров напряжения и для весьма различных типов ламп накаливания, начиная от комнатных, автомобильных и заканчивая лампочками для карманных фонариков…
Какое сопротивление у лампочки?
Решил я как-то проверить закон Ома. Применительно к лампе накаливания. Измерил сопротивление лампочки Лисма 230 В 60 Вт, оно оказалось равным 59 Ом. Это в несколько раз больше заявленной мощности! Я было удивился, но потом вспомнил слово, которое всё объясняло – бареттер
Дело в том, что сопротивление вольфрамовой нити лампы накаливания сильно зависит от температуры (следствие протекания тока). В моем случае, если это бы был не вольфрам, а обычный резистор, его рассеиваемая мощность при напряжении 230 Вольт была бы P = U2/R = 896. Почти 900 Ватт!
Кстати, именно поэтому производители датчиков с транзисторным выходом рекомендуют соблюдать осторожность при подключении датчиков.
Как же измерить рабочее сопротивление нити лампы накаливания? А никак. Его можно только определить косвенным путем, из закона знаменитого Ома. (Строго говоря, все омметры используют тот же закон – прикладывают напряжение и меряют ток). И мультиметром тут не обойдешься.
Используя косвенный метод и лампочку Лисма 24 В с мощностью 40 Вт, я составил вот такую табличку:
Зависимость сопротивления нити лампы накаливания от напряжения
(Номинальные параметры выделены)
Как видно из таблицы, зависимость сопротивления лампочки от напряжения нелинейная. Это может проиллюстрировать график, приведенный ниже. Рабочая точка на графике выделена.
Сопротивление нити лампы накаливания в зависимости от напряжения
Кстати, сопротивление подопытной лампочки, измеренное с помощью цифрового мультиметра – около 1 Ома. Предел измерения – 200 Ом, при этом выходное напряжение вольтметра – 0,5 В. Эти данные также укладываются в полученные ранее.
Зависимость мощности от напряжения:
Зависимость мощности от напряжения
Для ламп на напряжение 230 В на основании экспериментальных данных была составлена вот такая табличка:
Мощность и сопротивление
Из этой таблицы видно, что сопротивление нити лампы накаливания в холодном и горячем состоянии отличается в 12-13 раз. А это значит, что во столько же раз увеличивается потребляемая мощность в первоначальный момент.
Можно говорить о пусковом токе для ламп накаливания.
Стоит отметить, что сопротивление в холодном состоянии измерялось мультиметром на пределе 200 Ом при выходном напряжении мультиметра 0,5 В. При измерении сопротивления на пределе 2000 Ом (выходное напряжение 2 В) показания сопротивления увеличиваются более чем в полтора раза, что опять же укладывается в идею статьи.
“Горячее” сопротивление измерялось косвенным методом.
Сопротивление нити накаливания люминесцентных ламп
Дополнение к статье, чтобы получился ещё более полный материал.
Лампы с цоколем Т8, сопротивление спирали в зависимости от мощности :
Сопротивление измерялось цифровым омметром на пределе 200 Ом.
Формула мощности и напряжения
Обновление статьи. У меня на блоге появилась статья автора Станислава Матросова, который развил тему сопротивления спирали лампочки с теоретической стороны. Он вывел формулу, согласно которой:
Для любой лампы накаливания существует параметр, стабильный в широком диапазоне электрических режимов. Этим параметром является отношение куба напряжения к квадрату мощности:
Я решил на основе данных, полученных в статье, посчитать эту величину в Экселе. Вот что у меня получилось:
Действительно, константа, которая с некоторой погрешностью во всём диапазоне равна 8,2±0,2. Её размерность – “Вольт в кубе на Ватт в квадрате”.
Константа для расчета лампы накаливания = 8,2
Низкое значение константы в начале диапазона объяснено автором в приведенной по ссылке статье.
Теперь, зная значение этой константы (8,2), можем записать формулу зависимости мощности от напряжения лампочки накаливания 40Вт 24В:
Зависимость мощности лампочки накаливания от напряжения
Формула для сопротивления
Но вернёмся к теме статьи. Проверим вывод Станислава Матросова о том, что сопротивление лампочки пропорционально корню из напряжения. Из предыдущих выводов можно вывести формулу для конкретной лампочки 40Вт 24В:
Зависимость сопротивления от напряжения, формула для лампы накаливания
Теперь проверим, как эта формула соотносится с полученными мною экспериментальным данным (см. таблицу в начале статьи). Составим такую таблицу:
Таблица требует пояснений. Чтобы была соблюдена размерность, я нормировал экспериментально заданное напряжение (столбец 2) и рассчитанное сопротивление (столбец 4).
Колонка 5 – это корень из нормированного напряжения, и видно, что значения этой колонки отлично совпадают с колонкой 4!
Но давайте вернемся в реальному сопротивлению, и рассчитаем его по приведенной выше формуле (Зависимость сопротивления от напряжения). Это – 6-я колонка. Хорошо видно, что расчет по формуле практически идеально совпадает с расчетом из экспериментальных данных!
Зависимость сопротивления от напряжения. Квадратичная зависимость.
Кто хочет проверить мои расчеты, прикладываю файл: •Файл с расчетами и графиками
/ Файл с расчетами и графиками к статье про лампу накаливания, xlsx, 19.51 kB, скачан: 430 раз./
Как определить напряжение светодиода мультиметром
В этой статье объясним подробно как определить напряжение светодиода мультиметром.
Все светодиоды имеют очень важную характеристику — рабочее напряжение (напряжение падения). Величина рабочего напряжения зависит от материалов из которых они сделаны. По рабочему напряжению все светодиоды можно разделить на 2 группы:
- светодиоды с напряжением от 3 В до 3,8 В (синие, белые и некоторые виды сине-зеленые)
- светодиоды с напряжением от1,8 В до 2,1 В (красные, желтые, оранжевые и большинство зеленых)
В связи с тем, что производители часто создают новые модели светодиодов, мы советуем сперва определить напряжение светодиодов, прежде чем использовать их в своих конструкциях.
Определить это напряжение очень легко. Для этого нам потребуется только источник питания с выходным напряжением от 9 до 16 В, мультиметр и резистор сопротивлением 1 кОм (1000 Ом). Это значение сопротивления гарантирует оптимальный ток для нашего светодиода, не слишком высокий и не слишком низкий.
Ниже приводим действия, необходимые для измерения рабочего напряжения светодиода.
ШАГ 1: Определение полярности выводов нашего светодиода.
Чтобы определить полярность нашего светодиода, в его корпусе есть два элемента, которые мы можем оценить.
Первый — длина выводов. Как вы можете видеть на рисунке, самая короткий вывод – это минусовой вывод.
Второй — элемент находится по окружности светодиода. На корпусе есть скос – это минусовой вывод.
Описанный метод определения работает в отношении всех 3 мм и 5 мм светодиодов.
Можно использовать еще и третий метод, состоящий в том, чтобы заглянуть внутрь светодиода, треугольный вымпелобразный сегмент является отрицательным выводом, а другой, без особой формы, является положительным. Конечно же, этот метод небезопасен, поскольку есть несколько типов светодиодов, где расположение противоположное.
ШАГ 2: Подключаем наш светодиод
После того как мы определили полярность нашего светодиода, мы подключаем один из выводов резистора 1 кОм (1000 Ом) последовательно с положительным выводом светодиода, как показано на рисунке.
Затем мы соединяем другой вывод резистора с плюсом источника питания. Наконец, мы подключаем свободный вывод светодиода к минусу источника питания. Светодиод должен загореться.
ШАГ 3: Подготавливаем наш мультиметр
Теперь мы готовим наш мультиметр для проведения измерения. Переместите селектор тестера в положение измерения постоянного напряжения со шкалой до 20 В. Если наш мультиметр не имеет этой шкалы напряжения, то мы можем выбрать 30 В или 50 В.
Подключаем отрицательный щуп (черный) к входу, который имеет обозначение «COM», в то время как положительный (красный) подключаем к входу V-mA-ῼ. На дисплее вы должны увидеть значение «0.00»
ШАГ 4: Определение напряжения светодиода
Прикладываем положительный щуп (красный) к положительному выводу светодиода, в то время как отрицательный (черный) щуп мультиметра прикладываем с отрицательному выводу. На дисплее мультиметра мы должны увидеть рабочее напряжение светодиода.
Мы можем записать это значение, так как оно будет полезно для вычисления значения сопротивления светодиода. Для расчета сопротивления светодиодов используйте онлайн калькулятор.
Напряжение питания светодиодов. Как узнать напряжение
Вычисление напряжения питания светодиода является необходимым шагом для любого проекта электроосвещения, и, к счастью, это сделать просто. Такие измерения необходимы, чтобы рассчитать мощность светодиодов, поскольку нужно знать его ток и напряжение. Мощность светодиода рассчитывается путем умножения тока на напряжение. При этом нужно быть крайне осторожным при работе с электрическими цепями, даже при измерениях небольших величин. В статье подробно рассмотрим вопрос о том, как узнать напряжение, чтобы обеспечить правильную работу светодиодных элементов.
Работа светодиодов
Светодиоды существует в разных цветах, бывают двух и трехцветными, мигающими и меняющими цвет. Чтобы пользователь мог запрограммировать последовательность работы светильника, используются различные решения, которые напрямую зависят от напряжения питания светодиода. Для подсветки светодиода требуется минимальное напряжение (пороговое), при этом яркость будет пропорциональна току. Напряжение на светодиоде немного увеличивается с током, потому что есть внутреннее сопротивление. Когда ток слишком высок, диод нагревается и перегорает. Поэтому ток ограничивают до безопасной величины.
Резистор помещается последовательно, поскольку для решетки диода требуется гораздо более высокое напряжение. Если U обратное, ток не течет, но для высокого U (например, 20 В) возникает внутренняя искра (пробой), которая разрушает диод.
Как и для всех диодов, ток протекает через анод и выходит через катод. На круглых диодах катод имеет более короткий провод, а корпус имеет катодную боковую тарелку.
Зависимость напряжения от типа светильника
С увеличением количества светодиодов высокой яркости, предназначенных для обеспечения замены ламп для коммерческого и внутреннего освещения, происходит равное, если не большее, распространение решений по электропитанию. С сотнями моделей от десятков производителей становится сложно понять все перестановки входных/выходных напряжений питания светодиода и значений выходного тока/мощности, не говоря уже о механических размерах и многих других функциях для затемнения, дистанционного управления и защиты цепи.
На рынке имеется большое количество различных светодиодов. Их различие определены множеством факторов, в производстве светодиодов. Полупроводниковый макияж является фактором, но технология изготовления и инкапсуляция также играют основную роль в определении характеристик светодиодов. Первые светодиоды были круглыми, в виде моделей C (диаметр 5 мм) и F (диаметр 3 мм). Затем в реализацию поступили прямоугольные диоды и блоки, объединяющие несколько светодиодов (сетей).
Полусферическая форма немного напоминает лупу, которая определяет форму светового луча. Цвет излучающего элемента улучшает диффузию и контрастность. Наиболее распространенные обозначения и форма ЛЭД:
- A: красный диаметр 3 мм в держателе для CI.
- B: красный диаметр 5 мм, используемый в передней панели.
- C: фиолетовый 5 мм.
- D: двухцветный желтый и зеленый.
- E: прямоугольный.
- F: желтый 3 мм.
- G: белый высокая яркость 5 мм.
- H: красный 3 мм.
- K- анод: катод, обозначенный плоской поверхностью во фланце.
- F: 4/100 мм анодный соединительный провод.
- C: светоотражающая чашка.
- L: изогнутая форма, действующая как увеличительное стекло.
Спецификация устройств
Свод различных параметров светодиодов и напряжения питания находится в спецификациях продавца. При выборе светодиодов для конкретных применений необходимо понимать их различие. Существует множество различных спецификаций светодиодов, каждый из которых будет влиять на выбор конкретного вида. Основой спецификаций светодиодов являются цвет, U и сила тока. LEDS имеют тенденцию обеспечивать один цвет.
Цвет, излучаемый светодиодом, определяется с точки зрения его максимальной длины волны (lpk), то есть длины волны, которая имеет максимальную светоотдачу. Обычно вариации процесса дают пиковые изменения длины волны до ± 10 нм. При выборе цветов в спецификации LED стоит помнить, что человеческий глаз наиболее чувствителен к оттенкам или цветовым вариациям вокруг желтой/оранжевой области спектра — от 560 до 600 нм. Это может повлиять на выбор цвета или положения светодиодов, что напрямую связано с электрическими параметрами.
Светодиодный ток и напряжение
При работе LED имеют заданное падение U, которое зависит от используемого материала. Напряжение питания светодиодов в лампе также зависит от уровня тока. Светодиоды являются устройствами, управляемыми током, а уровень света является функцией тока, рост его увеличивает выход света. Необходимо обеспечить такую работу устройства, чтобы максимальный ток не превышал допустимый предел, что может привести к чрезмерному рассеиванию тепла внутри самого чипа, уменьшению светового потока и сокращению срока службы. Для большинства LED требуется внешний резистор, ограничивающий ток.
Некоторые светодиоды могут включать последовательный резистор, поэтому указывается, какое напряжение питания светодиодов необходимо. Светодиоды не допускают большого обратного U. Оно никогда не должно превышать его заявленное максимальное значение, которое обычно довольно мало. Если есть вероятность появления обратного U на светодиоде, то лучше встроить защиту в схему, чтобы предотвратить поломку. Обычно это могут быть простые диодные схемы, которые обеспечат адекватную защиту любого светодиода. Не нужно быть профессионалом, чтобы это усвоить.
Источник питания для светодиодов
Светодиоды освещения имеют токовое питание, а их световой поток пропорционален току, протекающему через них. Ток связан с напряжением питания светодиодов в лампе. Несколько диодов, соединенные последовательно, имеют равный ток, протекающий через них. Если они соединены параллельно, каждый светодиод получает одинаковое U, но различные текущие потоки через них из-за дисперсии эффекта на вольт-амперной характеристики. В результате каждый диод излучает другой световой поток.
Поэтому при подборе элементов необходимо знать, какое напряжение питания у светодиодов. Для работы каждого на его клеммах требуется приблизительно 3 вольта. Например, 5-диодная серия требует примерно 15 вольт на клеммах. Чтобы подавать регулируемый ток при достаточном U, LEC использует электронный модуль, называемый драйвером.
Существует два решения:
- Внешний драйвер устанавливается снаружи светильника, с безопасным сверхнизким напряжением источника питания.
- Внутренний, встроенный в фонарь, т. е. субъединица с электронным модулем, регулирующим ток.
Этот драйвер может питаться от сети 230 В (класс I или класс II) или с безопасным сверхнизким U (класс III), например, при напряжении 24 В. LEC рекомендует второе решение для электроснабжения, поскольку оно дает 5 основных преимуществ.
Преимущества подбора напряжения ЛЭД
Правильный расчет напряжения питания светодиодов в лампе имеет 5 ключевых преимуществ:
- Безопасное сверхнизкое U, возможно, независимо от количества светодиодов. Светодиоды должны устанавливаться последовательно, чтобы гарантировать одинаковый уровень тока в каждом из них из одного источника. В результате, чем больше светодиодов, тем выше напряжение на клеммах светодиодов. Если это устройство с внешним драйвером, тогда сверхчувствительное напряжение безопасности должно быть значительно выше.
- Интеграция драйвера внутри фонарей позволяет обеспечить полную установку системы безопасным сверхнизким напряжением (SELV), независимо от количества источников света.
- Более надежная установка в стандарте проводки для светодиодных ламп, соединенных параллельно. Драйверы обеспечивают дополнительную защиту, особенно от повышения температуры, что гарантирует более длительный срок службы при соблюдении напряжения питания светодиодов для разных типов и тока. Более безопасный ввод в эксплуатацию.
- Интеграция питания светодиодов в драйвер позволяет избежать неправильного обращения в полевых условиях и улучшает их способность выдерживать горячее подключение. Если пользователь подключит светильник со светодиодами только к внешнему драйверу, который уже включен, это может вызвать перенапряжение светодиодов при их подключении и, следовательно, их разрушение.
- Простое обслуживание. Любые технические проблемы легче видны в светодиодных лампах с источником напряжения.
Рассеяние мощности и тепла
Когда падение U на сопротивлении важно, нужно правильно подобрать резистор, способный рассеивать требуемую мощность. Потребление тока в 20 мА может показаться низким, но рассчитанная мощность говорит об обратном. Так, например, для падения напряжения на 30 В резистор должен рассеивать 1400 Ом. Расчет рассеиваемой мощности P = (Ures x Ures) / R,
- P — значение мощности, рассеиваемой резистором, которая ограничивает ток в светодиоде, Вт;
- U — напряжение на резисторе (в вольтах);
- R — значение резистора, Ом.
P = (28 x 28) / 1400 = 0,56 Вт.
Напряжение питания светодиода 1 вт не выдержало бы перегрев в течение длительного времени, да и 2 Вт тоже слишком быстро выходили бы из строя. Для этого случая необходимо параллельно подключить два резистора 2700 Ом / 0,5 Вт (или два резистора 690 Ом / 0,5 Вт в ряд) для равномерного распределения рассеивания тепла.
Тепловой контроль
Поиск оптимальной мощности для системы поможет узнать больше о контроле тепла, который понадобится для надежной работы ЛЭД, поскольку светодиоды выделяют тепло, которое может быть очень опасным для устройства. Слишком много тепла заставит светодиоды производить меньше света, а также сокращают время эксплуатации. Для светодиода с напряжением питания 1 вт мощности рекомендуется искать радиатор с параметрами 3 квадратных дюйма для каждого ватта светодиодов.
В настоящее время светодиодная промышленность растет довольно быстрыми темпами и важно знать разницу в светодиодах. Это общий вопрос, поскольку изделия могут варьироваться от очень дешевых до дорогих. Нужно быть осторожными в покупке дешевых светодиодов, так как они и могут работать отлично, но, как правило, не работают долго и быстро горят из-за плохих параметров. При изготовлении светодиодов производитель указывает в паспортах характеристики со средними значениями. По этой причине покупатели не всегда знают точные характеристики светодиодов по световому потоку, цвету и прямому напряжению.
Определение прямого напряжения
Перед тем, как узнать напряжение питания светодиода, устанавливают соответствующие настройки мультиметра: ток и U. Перед тестированием устанавливают сопротивление на самое высокое значение, чтобы избежать перегорания светодиода. Это можно сделать просто: зажимают выводы мультиметра, регулируют сопротивление до тех пор, пока ток не достигнет 20 мА и фиксируют напряжение и ток. Для того чтобы измерить прямое напряжение светодиодов понадобятся:
- Светодиоды для проверки.
- Источник U светодиода с параметрами выше, чем светодиодный индикатор постоянного напряжения.
- Мультиметр.
- Зажимы Alligator, чтобы удержать светодиод на тестовых проводах для определения напряжения питания светодиодов в светильниках.
- Провода.
- Переменный резистор 500 или 1000 Ом.
Первичный ток синего светодиода составлял 3,356 В при 19,5 мА. Если используются напряжение 3,6 В, значение резистора для использования рассчитывают по формуле R = (3,6 В-3,356 В) / 0,0195 А) = 12,5 Ом. Для измерения светодиодов высокой мощности выполняют ту же процедуру и устанавливают ток, быстро удерживая значение на мультиметре.
Измерение напряжения питания smd светодиодов высокой мощности с прямым током> 350 мА может быть немного сложным, потому что, когда они быстро нагреваются, U резко падает. Это означает, что ток будет выше при заданном U. Если пользователь не успеет, он должен будет остудить светодиод до комнатной температуры, прежде чем снова выполнять измерение. Можно использовать 500 Ом или 1 кОм. Чтобы обеспечить грубую и точную настройку или последовательно подключать переменный резистор более высокого и низкого диапазона.
Альтернативное определение вольтажа
Первым шагом для расчета потребления энергии светодиодами является определение напряжения светодиода. Если нет мультиметра под рукой, можно изучить данные производителя и найти паспортное U светодиодного блока. В качестве альтернативы можно оценить U, основываясь на цвете светодиодов, например, напряжение питания белого светодиода 3,5 В.
После того, как замерено напряжение светодиода, определяют ток. Его можно измерить непосредственно с помощью мультиметра. Данные завода- изготовителя дают приблизительную оценку тока. После этого можно очень быстро и легко вычислить энергопотребление светодиодов. Чтобы рассчитать потребление энергии светодиодом, просто умножают U светодиода (в вольтах) на ток светодиода (в амперах).
Результат, измеренный в ваттах — это мощность, которую используют светодиоды. Например, если светодиод имеет U 3,6 и ток 20 миллиампер, он будет использовать 72 милливатт энергии. В зависимости от размера и масштаба проекта показания напряжения и тока могут измеряться в меньших или больших единицах, чем базовый ток или ватт. Может потребоваться преобразования единиц. При выполнении этих расчетов помнят, что 1000 милливатт равно одному ватту, а 1000 миллиампер равно одному амперу.
Тест светодиода с помощью мультиметра
Чтобы протестировать светодиод и узнать, работает ли он и какой выбрать цвет — применяется мультиметр. Он должен иметь диодную тестовую функцию, которая обозначается символом диода. Затем для тестирования закрепляют измерительные шнуры мультиметра на ножках светодиода:
- Подключают черный шнур на катоде (-) и красный шнур на аноде (+), если пользователь ошибается — светодиод не светится.
- Подают небольшой ток датчикам и если видно, что светодиод слегка светится, то он исправный.
- При проверке мультиметра нужно учитывать цвет светодиода. Например, желтый (янтарный) светодиодный тест — пороговое напряжение светодиода 1636 мВ или 1,636 В. Если протестирован белый светодиод или синий светодиод, пороговое напряжение выше 2,5 В или 3 В.
Для проверки диода показатель на дисплее должен находиться в пределах от 400 до 800 мВ в одном направлении и не показывать в обратном направлении. Нормальные светодиоды имеют пороговые U, описанные в таблице ниже, но для того же цвета могут иметь значительные различия. Максимальный ток составляет 50 мА, но рекомендуется не превышает 20 мА. При 1-2 мА диоды уже хорошо светятся. Пороговое U светодиода
Напряжение питания красного светодиода
Если аккумулятор полностью заряжен, то при 3,8 В ток составляет всего 0,7 мА. В последние годы светодиоды достигли значительного прогресса. Существуют сотни моделей, диаметром 3 мм и 5 мм. Есть более мощные диоды диаметром 10 мм или в специальных корпусах, а также диоды для монтажа на печатной плате длиной до 1 мм.
Запуск светодиодов от источника переменного тока
Светодиоды обычно считаются устройствами постоянного тока, работающими от нескольких вольт постоянного тока. В маломощных приложениях с небольшим количеством светодиодов это вполне приемлемый подход, например, в мобильных телефонах, где питание подается от аккумулятора постоянного тока, но другие приложения, например линейная система освещения полос, простирающаяся на 100 м вокруг здания, не может функционировать на такой схеме.
Привод постоянного тока страдает от потерь на расстоянии, что требует использования более высоких U привода с самого начала, а также дополнительных регуляторов, которые теряют электроэнергию. Переменный ток упрощает использование трансформаторов для понижения U до 240 В или 120 В переменного тока от киловольт, используемых в линиях электропередачи, что гораздо более проблематично для постоянного тока. Для запуска любых типов светодиодов напряжением питания из сети (например, 120 В переменного тока) требуется электроника между источником питания и самими устройствами для обеспечения постоянного U (например, 12 В постоянного тока). Важна способность управления несколькими светодиодами.
Lynk Labs разработала технологию, которая позволяет осуществлять питание светодиода от переменного напряжения. Новый подход заключается в разработке AC-светодиодов, которые могут работать непосредственно от источника питания переменного тока. Многие автономные светодиодные светильники просто имеют трансформатор между настенной розеткой и приспособлением для обеспечения требуемого постоянного U.
Ряд компаний разработали светодиодные лампочки, которые ввинчиваются непосредственно в стандартные разъемы, но они неизменно также содержат миниатюрные схемы, которые преобразуют переменный ток в постоянный, прежде чем поступать на светодиоды.
Стандартный красный или оранжевый светодиод имеет пороговое U от 1,6 до 2,1 В, для желтого или зеленого светодиодов напряжение от 2,0 до 2,4 В , а для синего, розового или белого — это напряжение примерно от 3,0 до 3,6 В. В приведенной ниже таблице приведены некоторые типичные значения напряжений. Значения в скобках соответствуют самым близким нормализованным значениям в серии E24.
Характеристики напряжения питания для светодиодов показаны в таблице ниже.
- STD — стандартный светодиод;
- HL — светодиодный индикатор высокой яркости;
- FC — низкого потребления.
Этих данных достаточно, чтобы пользователь самостоятельно мог определить необходимые параметры устройств для светового проекта.