Лабораторна
робота № 2
ДОСЛІДЖЕННЯ СВІТИЛЬНИКА ЗОВНІШНЬОГО ОСВІТЛЕННЯ
1. Мета роботи: ознайомитися з конструкцією світильника, пристроєм
зовнішнього освітлення і придбати навики світлотехнічних вимірів і розрахунків.
Задача лабораторної роботи: встановлення фотометричних характеристик світильника зовнішнього
освітлення.
2. Об'єкт дослідження: консольний світильник для
освітлення вулиць з розрядною лампою високого тиску, із дзеркальним
відображувачем, відкритий, типу РКУ 01x250.
3. Засоби виконання лабораторної роботи, шт.:
люксметр (Ю-16 чи
Ю-116) . . . . . . . . . . . 1
рулетка вимірювальна .
. . . . . . . . . . . . . . .1
планшет з координатною
сіткою . . . . . . . 1
пишуча крейда і губка
. . . . . . . . . . . . . . . .1
4. Теоретичний
мінімум по темі лабораторної роботи і довідкові дані
Світильники, що випускаються світлотехнічними
підприємствами СРСР, систематизовані за ДСТ 13828-74 “Світильники. Види і
позначення”.
Світильником називається світловий прилад, що
перерозподіляє світло джерела (лампи) всередині великих тілесних кутів (аж до 4p) і забезпечує кутову концентрацію світлового потоку з
коефіцієнтом підсилення на більше 30. Світильники призначені, як правило, для
освітлення відносно близько розташованих об'єктів чи для сигналізації на
невеликих відстанях.
Відмінні риси світильників зовнішнього освітлення:
виконання, що передбачає постійну роботу світлового
приладу на відкритому повітрі;
відносно висока продуктивність (світловий потік
світильника, як правило, не менший 10 клм);
за рідкісним винятком усі світильники зовнішнього
освітлення відносяться до приладів прямого світла (весь світловий потік випромінюють
у нижню півсферу);
спосіб встановлення світильників зовнішнього освітлення –
кріплення на опорах (стовпах) чи тросах;
за типом кривої сили світла більшість світильників
відноситься до широкого чи напівширокого типу світлорозподілу (рис .2.1).
Рисунок 2.1 – Поздовжня (напівширока) і поперечна
криві сили світла
Світильник РКУ01х250 є освітлювальним приладом відкритого
типу (без розсіювача), із дзеркальним відображувачем. Світлорозподіл
світильника – бічний, широкий. За формою фотометричного тіла світильник
відноситься до освітлювальних приладів із двома площинами симетрії (поздовжня і
поперечна криві сили світла на рис. 2.1). Світильник кріпиться на кінці
консолі трубчатого поперечного перерізу під кутом 15...20° до горизонту. Основа
консолі звичайно вінчає вершину освітлювальної опори, а виліт консолі
спрямований вбік об'єкта освітлення.
Як джерело світла у світильнику РКУ01х250
використовуються розрядні лампи високого тиску, потужністю не більше
250 Вт (звичайно лампи ДРЛ-250, рідше ДРИ-250). Індуктивний баласт
(дросель) і інші елементи пускорегулюючого апарата вбудовані в корпус
світильника.
Установки стаціонарного зовнішнього освітлення вулиць,
площ, доріг і автострад повинні створювати на робочій поверхні (дорожньому
покритті) необхідні умови зорової роботи водіїв механізованого транспорту і
пішоходів, що забезпечує своєчасне виявлення перешкод. Фотометричною
характеристикою, що визначає рівень видимості об'єктів зовнішнього освітлення,
є яскравість дорожнього покриття, що залежить від кутів падіння світла,
характеру і стану самого покриття, спектрального складу світла й ін. У випадку
найпростіших покриттів, що мають дифузійний характер відображення (ґрунт,
щебінь), яскравість однозначно зв'язана з освітленістю, тому застосовується
також метод нормування по освітленості. Нормативні значення середньої
яскравості і середньої освітленості дорожнього покриття згідно СНиП-11-4-79
приведені в табл. 2.1.
Таблиця 2.1
|
Вулиці, дороги, площі |
Найбільша
інтенсивність руху транспорту в обох напрямках, од./год. |
Середня яскравість дорожнього покриття,
кд/м2 |
Середня горизонтальна освітленість
покриття, лк |
А |
Швидкісні дороги, магістральні вулиці
загальноміського значення, площі головні, вокзальні, транспортні
передмостові і багатофункціональних транспортних вузлів |
3000 1000-3000 500-1000 500 |
1,6 1,2 0,8 0,6 |
20 20 15 15 |
Б |
Магістральні вулиці районного значення,
загальноміські дороги вантажного руху, площі перед крупними громадськими
будівлями |
2000 1000-2000 500-1000 500 |
1,0 0,8 0,6 0,4 |
15 15 10 10 |
В |
Вулиці і дороги місцевого значення:
житлові вулиці, дороги промпідприємств і комунально-складських районів,
заселені вулиці і дороги |
500 500 |
0,4 0,2 |
6 4 |
|
Селищні вулиці, площі перед суспільними будівлями
і спорудами селищного значення |
— |
— |
4 |
В якісному відношенні зовнішнє освітлення регламентується
показником засліпленості (обмежується нижня межа висоти опор) і рівномірністю
освітлення (коефіцієнт рівномірності по яскравості й освітленості в межах
освітлюваної поверхні не повинний перевершувати 1:3...1:5).
Світлотехнічний
розрахунок установки зовнішнього освітлення (для обраних джерел світла,
світильників, опор) зводиться звичайно до визначення відстані d,
м, між сусідніми світильниками. За критерієм забезпечення середньої яскравості
;
за критерієм забезпечення середньої освітленості
,
де Lн – нормована середня
яскравість, кд/м2; Ен – нормована середня
освітленість, лк; КЗ – коефіцієнт запасу нормованої
величини; у – ширина проїзної частини дороги, м; М
– число рядів світильників уздовж освітлюваної смуги; – коефіцієнт використання світильника i-го ряду по
яскравості;
– світловий потік ламп світильника в i-му ряді, лм; mi
– число світильників на одній опорі в i-му ряді;
– теж, по освітленості.
За основу вибирається менше з розрахованих значень d.
Обслуговування світильників зовнішнього освітлення
здійснюється за допомогою спеціальних автомашин, обладнаних піднімальними
площадками (кошиками).
5. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ
5.1. Ознайомитися з дійсною інструкцією і з'ясувати
всі незрозумілі питання.
5.2. Отримати необхідні прилади для виконання
лабораторної роботи і засвоїти прийоми виміру освітленості за допомогою
люксметра.
5.3. Установити під світильником координатний планшет (два металевих
штифти планшета повинні ввійти у відповідні гнізда на підлозі).
5.4. Зобразити ескіз лабораторної установки
(вертикальний розріз, як це зроблено на рис. 2.2).
5.5. Виміряти лінійні і кутові величини, позначені
на рис. 2.2 буквами.
5.6. Приступити до світлотехнічних вимірів
відповідно до методики.
5.7. Виконати необхідні світлотехнічні розрахунки.
5.8. Показати викладачу попередні результати
виконаної роботи.
5.9. У випадку задовільних результатів експерименту
здати отримані прилади й упорядкувати робоче місце.
5.10. В домашніх умовах підготувати чистовий варіант протоколу даної
лабораторної роботи (один протокол на бригаду), який разом з чернетками
представити до наступного лабораторного заняття.
5.11. Підготуватися до контрольного опитування по
виконаній лабораторній роботі і відповідним розділам курсу “Основи
світлотехніки”.
Рис. 2.2. Ескіз
лабораторної установки і приблизний характер ізолюкс (планшет умовно повернутий
на 90° і суміщений з
площиною креслення)
6. МЕТОДИКА світлотехнічних ВИМІРІВ І РОЗРАХУНКІВ
6.1. Перш ніж приступити до світлотехнічних вимірів,
необхідно засвоїти і виконати наступні рекомендації:
при відключеному фотоелементі стрілка гальванометра
люксметра повинна бути виставлена на нуль, а положення гальванометра при
вимірах завжди повинне бути горизонтальним (гальванометр із футляра виймати не
слід);
межа виміру на гальванометрі повинна бути обрана
відповідно до заданої кількісної характеристики ізолюкс, що відшукуються;
прийомна поверхня фотоелемента люксметра повинна бути
строго паралельна площині координатного планшета, для чого при вимірах
фотоелемент не слід відривати від площини планшета;
необхідно виключати влучення на вимірювальний фотоелемент
люксметра прямих сонячних променів, а також випадкових тіней (від людини чи
устаткування).
Примітка: для чистоти постановки експерименту
вимірювання варто робити в темній кімнаті з чорними стінами, стелею і підлогою
для виключення відбитої складової світлового потоку. Однак, з огляду на
навчальні (а не наукові) задачі експерименту, будемо умовно вважати припустимим
недотримання цих вимог.
6.2. Одержавши у викладача завдання у виді двох
конкретних чисел Е1 і Е2
(у діапазоні від 100 до 200), приступити до побудови на координатному планшеті
однойменних ізолюкс (кривих рівної освітленості). Для цього світлочутливий
фотоелемент люксметра плавно пересувати в різних напрямках у площині планшета
без відриву від його поверхні. Обстежують усю площу планшета, при цьому крейдою
на планшеті фіксують ті точки, перебування фотоелемента в який відповідає
необхідним показам люксметра. Потім ці точки з'єднують плавною кривою, що
відповідає одній із заданих для побудови ізолюкс. Аналогічним способом
послідовно роблять побудову інших кривих рівної освітленості.
6.3.
Координатна сітка планшета переноситься в зменшеному масштабі на лист паперу.
На цій сітці зображуються отримані в результаті експерименту ізолюкси.
6.4. На координатному планшеті викладач вказує довільну
точку D, що лежить на одній із ізолюкс. Стосовно зазначеної точки
потрібно визначити:
силу світла, яка випромінюється досліджуваним
світильником в цю точку;
оцінювану з цієї точки яскравість поверхні лампи, що
світить, досліджуваного світильника.
6.5. Сила світла, кд, випромінювана світильником у
точку D (на рис. 2.2 С – світловий центр лампи),
розраховується по формулі
,
де Е –
освітленість у точці D ( що збігається з параметром побудованої
ізолюкси), лк; R – відстань DС, що розраховується виходячи
з геометрії рис. 2.2, м; a – кут падіння
світлового променя на площину координатного планшета (обчислюється по
рис. 2.2).
Відстань R для перевірки правильності
обчислень контролюється вимірювальною рулеткою. Знак приблизної рівності у
формулі проставлений з умовою, що джерело світла є точковим.
6.6. Яскравість лампи , кд/м2 видима з
точки D, розраховується по формулі
,
де b – кут між світловим
променем (лінією DC) і нормаллю до осі лампи (визначається розрахунком
виходячи з геометричних побудов, рис. 2.2); Sл –
площа тіла лампи, що світить, (скляна частина колби), видима по нормалі до її
осі, м2; визначається експериментально окресленням профілю колби
лампи на міліметровому папері з наступним підрахунком площі.
Як припущення варто прийняти всю видиму поверхню колби
лампи рівномірно яркою.
Знак приблизної рівності в розрахунковій формулі
проставлений з врахуванням зазначеного припущення і неточності значень Ib і Sл.
6.7. Розраховується світловий потік, лм, випромінюваний
світильником на ділянку координатного планшета, заключену між двома
побудованими ізолюксами:
,
де S –
площа координатного планшета, заключена між ізолюксами Е1
і Е2, м2. Значення S
визначається експериментально.
Знак
приблизної рівності в розрахунковій формулі проставлений через неточність
значення S і лінійного усереднення освітленості площі між
ізолюксами.
6.8. Розраховується тілесний кут, з вершиною в центрі
джерела світла, що охоплює частину координатного планшета, заключену між
ізолюксами Е1 і Е2,
Знак приблизної рівності обумовлений припущенням, що сила
світла в точку D поширюється по всій площі основи піраміди тілесного
кута.
7. ПИТАННЯ
САМОКОНТРОЛЮ ЗАСВОЄННЯ ЗНАНЬ
7.1. Чи припустимо з світлотехнічної точки зору в умовах
проведеного експерименту вважати світильник РКУ01х250 точковим джерелом світла?
7.2. Чим обумовлена необхідність нахилу несучої консолі
світильника РКУ01х250 на 15...20° до обрію?
7.3. Які міри можна рекомендувати для зниження
експлуатаційної вібрації консольних світильників зовнішнього освітлення?
7.4. За рахунок яких заходів можна послабити сліплячу дію
ламп при використанні світильників зовнішнього освітлення?
7.5. Чим пояснюється асиметрія ізолюкс, побудованих на
координатному планшеті?
8. ЗМІСТ
ПРОТОКОЛУ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ
8.1. Вказати мету і задачі виконаної лабораторної роботи.
8.2. Технічна характеристика досліджуваного світильника,
його призначення й умови експлуатації.
8.3. Ескіз вертикального розрізу лабораторної установки з
зазначенням натуральних розмірів і проекції колби лампи на площину.
8.4. Розрахункові формули величин R, a, b, виведених на
підставі тригонометричного дослідження (рис. 2.2), і обчислення цих
величин.
8.5. Розрахунки величин Ib, Lb, Ф, w відповідно до
пп. 6.5-6.8 методики.
8.6. Креслення робочої площини координатного планшета з
нанесеними ізолюксами.
8.7. Письмові відповіді на питання самоконтролю.