У сільському господарстві в якості ІК-джерел випромінювання для обігріву тварин використовують лампи розжарювання загального призначення, лампи-термоізлучателі, трубчасті випромінювачі і трубчасті електронагрівачі (ТЕН).

Лампи розжарювання.

Лампи розжарювання розрізняють по напрузі, потужності і виконання. Конструкція ламп розжарювання залежить від їх призначення. Скляна колба, діаметр якої визначається потужністю лампи, зміцнюється спеціальною мастикою в цоколі. На цоколі є гвинтова нарізка для кріплення в патроні, за допомогою якого лампа включається в мережу. Для виготовлення тіла напруження лампи застосовується вольфрам. З метою зменшення розпилення вольфраму лампа наповнюється інертним газом (наприклад, аргоном, азотом та ін.).

Основні параметри лампи розжарювання:

• Номінальну напругу,

• електрична потужність,

• світловий потік,

• середня тривалість горіння.

Лампи розжарювання загального призначення випускаються на напруги 127 і 220 В.

Електрична потужність ламп розжарювання вказується як середнє значення для номінальної напруги, на яку розрахована лампа. У сільському господарстві в основному використовуються лампи розжарювання з діапазоном потужностей від 40 до 1500 Вт.

Світловий потік лампи розжарювання знаходиться в прямій залежності від електричної потужності лампи і температури розжарення; для ламп, що прогоріли 75% свого номінального терміну служби, допускається зменшення світлового потоку на 15-20% початкового значення.

При використанні освітлювальних ламп для обігріву тварин необхідно мати на увазі, що велика освітленість може викликати роздратування у тварин.

Середня тривалість горіння лампи розжарювання визначається в першу чергу розпиленням вольфраму. Для більшості ламп розжарювання загального призначення середня тривалість горіння становить 1000 год.

Зміна напруги в мережі в порівнянні з номінальним значенням викликає зміна потоку, випромінюваного лампою, а також потужності і терміну служби. При зміні напруги на ± 1% світловий потік лампи змінюється на ± 2,7%, а середня тривалість горіння на ± 13%.

Лампи розжарювання з шаром. Для напрямку потоку випромінювання в певну зону використовуються лампи з дзеркальним і з дифузним шаром, який наноситься зсередини на верхню частину колби.

Лампи-термоізлучателі.

Ці джерела випромінювання є «світлими» випромінювачами, що складаються з вольфрамової моноспіралі і відбивача, яким є внутрішня Алюмінізований поверхню колби спеціального профілю. Крива розподілу потоку випромінювання Ф (λ) по спектру для ламп типу ІКЗ показана на рис. 1.

Мал. 1. Розподіл потоку випромінювання по спектру ламп ІКЗ 220-500 і ІКЗ 127-500.

Мал. 2. Розподіл потоку випромінювання по спектру ламп ІКЗК 220-250 і ІКЗК 127-250.

На рис. 2 приведена крива розподілу потоку випромінювання по спектру ламп типів ІКЗК 220-250 і ІКЗК 127-250.

У позначенні типу ламп букви вказують: ІКЗ - інфрачервона дзеркальна, ІКЗК 220-250 - інфрачервона дзеркальна з пофарбованої колбою; цифри, що стоять після букв, вказують напругу мережі і потужність джерела випромінювання. Лампа являє собою скляну колбу параболоїдних форми. Частина поверхні лампи покрита зсередини тонким шаром срібла для концентрації променистого потоку в заданому напрямку.

Дуже важливим параметром скляних колб, який впливає на термін служби ламп, є їх нагревостойкость, т. Е. Здатність витримувати різкі зміни температур. Для збільшення нагревостойкости зміною складу шихти при варінні скла необхідно зменшити його теплоємність і температурний коефіцієнт лінійного розширення, а також підвищити теплопровідність.

Залежно від форми колби лампи мають різний розподіл потоку випромінювання: або концентроване по осі (при параболічної колбі), або широке, в тілесному куті близько 45 ° (при сферичній формі колби). Слід зазначити перевагу застосування в сільськогосподарському виробництві ламп зі сферичною формою колби, ці лампи забезпечують більш рівномірний розподіл опромінення в зоні обігріву.

Усередині колби закріплено тіло напруження з вольфрамової дроту. Розпечений матеріал тіла розжарення в вакуумі випаровується, осідаючи на внутрішній поверхні колби і утворюючи чорний наліт. Це призводить до зменшення світлового потоку в результаті більш інтенсивного його поглинання склом.

Для збільшення терміну служби лампи і зменшення швидкості випаровування тіла напруження колбу заповнюють сумішшю інертних газів (аргону і азоту).

Наявність газу створює тепловтрати за рахунок теплопровідності і конвекції. У газополних лампах колба нагрівається не тільки випромінюванням від нитки, але і конвекцією і теплопровідністю від наповнює газу. Так, на нагрів газу в лампі потужністю 500 Вт витрачається 9% підведеної енергії.

У потужних лампах з масивним тілом напруження збільшення тепловтрат через газ повністю компенсується різким зменшенням розпилення нитки, тому вони завжди випускаються газополних.

На відміну від вакуумних ламп температура окремих ділянок колб з інертними газами залежить від їх робочого положення. Наприклад, перевернувши колбу цоколем донизу, можна знизити нагрів на ділянці спаяний металу зі склом з 383-403 до 323-343 К.

Потік випромінювання залежить від температури тіла розжарення. Підвищення температури прискорює випаровування вольфраму і збільшує частку видимого світла в потоці випромінювання. Тому в лампах типу ІКЗ, де ефективним є ІК-випромінювання, робоча температура нитки розжарення з 2973 К (як у освітлювальної лампи) знижується до 2473 К зі зменшенням на 60% світлової віддачі. Це дозволяє перетворити в ІК-випромінювання до 70% споживаної електроенергії.

Зниження температури нитки розжарення дозволило збільшити термін служби ІК-ламп з 1000 до 5000 год. Довжина хвилі максимального випромінювання 1,05 мкм, основна частина енергії генерується на ділянці спектра від 0,8 до 2 мкм. Випромінювання тіла розжарення з довжиною хвилі більше 3,5 мкм (7-8% всього потоку) поглинається склом колби, що є причиною частого передчасного виходу ламп з ладу через температурних перенапруг.

Опромінення від лампи типу ІКЗ при відстані до поверхні, що обігрівається 50-400 мм змінюється в межах від 2 до 0,2 Вт / см2.

Епюри енергетичної опромінення, що створюється інфрачервоної дзеркальної лампою ІКЗ потужністю 250 Вт при висоті підвісу: 1 - 10 см, 2 - 20 см, 3 - 30 см, 4 - 40 см, 5 - 50 см, 6 - 60 см, 7 - 80 см .

Для теплопередачі випромінюванням можна використовувати і звичайні лампи розжарювання з вольфрамової спіраллю і кулястої колбою. Підвищення ККД випромінювання забезпечується подачею напруги, значення якого на 5-10% менше номінального; крім того, в установці повинні бути змонтовані відбивачі з полірованого алюмінію.

Трубчасті ІК-випромінювачі.

По конструкції трубчасті джерела інфрачервоного випромінювання поділяються на дві групи - з тілами напруження з металевих резистивних сплавів і з вольфраму. Перші являють собою трубку зі звичайного або тугоплавкого скла діаметром 10-20 мм; всередині трубки по центральній осі розташовано тіло розжарення у вигляді спіралі, до кінців якої подається напруга живлення. Такі випромінювачі мало поширені. Вони використовуються, як правило, для обігріву приміщень.

Випромінювачі з вольфрамовими тілами напруження по конструкції аналогічні трубчастим лампам розжарювання. Тіло розжарення у вигляді вольфрамової спіралі розташовано уздовж осі трубки і укріплено на молібденових власниках, впаяних в скляний стрижень. Трубчастий випромінювач може бути виготовлений із зовнішнім або внутрішнім відбивачем, утвореним випаровуванням срібла або алюмінію у вакуумі. На рис. 3 показана конструкція такого ІЧ-випромінювача.

Спектральний розподіл випромінювання трубчастих випромінювачів близько до лампових; температура розжарення становить 2100-2450 К.

Мал. 3. Конструкція звичайного трубчастого джерела ІК випромінювання. 1 - цоколь; 2 - штенгель; 3 - пружина, що підтримує стрижень; 4 - молібденові власники; 5 - скляний стрижень; 6 - електроди; 7 - вольфрамовое тіло розжарення; 8 - скляна трубка.

Трубчасті випромінювачі малої потужності (100 Вт) можуть знайти широке застосування в сільському господарстві для обігріву молодняка тварин і птиці. Так, у Франції вони використовуються для обігріву молодняка птиці при клітинному вирощуванні. Випромінювачі монтуються безпосередньо на стелі клітки, на висоті 45 см і забезпечують рівномірний обігрів 40 курчат.

Трубчасті лампи можуть бути використані з успіхом при створенні комбінованих облучательной-освітлювальних установок для молодняка сільськогосподарських тварин і птиці, особливо якщо врахувати, що УФ-лампи і Еритемний-освітлювальні лампи мають також трубчасту конструкцію.

Кварцові ІК-випромінювачі.

Кварцові ІК-випромінювачі аналогічні описаним вище, тільки в якості колби використовується трубка з кварцового скла. Обмежимося тут розглядом кварцових ІК-випромінювачів з вольфрамовими тілами напруження.

Мал. 4. Пристрій інфрачервоної лампи розжарювання типу КІ 220-1000.

На рис.4 показано пристрій кварцового трубчастого випромінювача - лампи типу КІ (КГ). Циліндрична колба 1 діаметром 10 мм виготовлена ​​з кварцового скла, що має максимум пропускання в ІЧ-області спектра. У колбу поміщають 1-2 мг йоду і наповнюють її аргоном. Тіло розжарення 2, виконане у вигляді моноспіралі, змонтовано по осі трубки на вольфрамових підтримках 3.

Введення в лампу виконаний за допомогою молібденових електродів, впаяних в кварцові ніжки 4. Кінці спіралі тіла розжарення навернені на внутрішню частину вводів 5. Циліндричні цоколі 6 виконані з нікелевої стрічки зі швом, в який уварені зовнішні молібденові висновки 7. Температура цоколів кварцових випромінювачів не повинна перевищувати 573 К. у зв'язку з цим обов'язково охолодження випромінювачів під час роботи в опромінювальних установках.

У поєднанні з дзеркальним відбивачем у вигляді еліптичного циліндра кварцові лампи створюють дуже високу опромінення. Якщо дзеркальні лампи забезпечують опромінення до 2-3 Вт / см2, то від кварцової лампи з відбивачем може бути отримана опромінення до 100 Вт / см2.

Кварцові випромінювачі з вольфрамовими тілами напруження випускають такі фірми, як «Осрам», «Філіпс», «Дженерал електрик» та ін. Потужність випромінювачів коливається в межах 100-7500 Вт, напруга 110 960 В. Найчастіше випускають випромінювачі потужністю 500 і 1000 Вт на напругу 110/130 і 220/250 В. Термін служби цих ламп 5000 год.

Розподіл енергії випромінювання лампи типу КІ-220-1000 по спектру показано на рис. 5. Спектральний склад випромінювання, що генерується кварцовими лампами, характерний тим, що в ньому є другий максимум в районі довжин хвиль понад 2,5 мкм, що викликається випромінюванням нагрітої трубки. Додавання в колбу йоду дозволяє зменшити розпорошення вольфраму і тим самим збільшити термін служби лампи. В інфрачервоних кварцових лампах підвищення напруги понад номінальний не викликає різкого скорочення терміну служби, тому можливо плавно регулювати потік випромінювання шляхом зміни напруги, що підводиться.

Мал. 5. Розподіл по спектру енергії випромінювання лампи типу КІ 220-1000 при різному напрузі на лампі.

Інфрачервоні кварцові лампи з йодним, циклом мають такі переваги:

• висока питома щільність випромінювання;

• стабільність потоку випромінювання протягом терміну служби. Значення потоку випромінювання в кінці терміну служби складає 98% початкового;

• малі габаритні розміри;

• здатність витримувати тривалі і великі перевантаження;

• можливість плавного регулювання потоку випромінювання в широких межах шляхом зміни напруги, що підводиться.

Основні недоліки цих ламп:

• при температурі вводів вище 623 К кварц під дією теплового розширення руйнується;

• лампи можуть працювати тільки в горизонтальному положенні, в іншому випадку тіло розжарення може деформуватися під дією власної ваги, і йодний цикл в результаті концентрації йоду в нижній частині трубки буде порушений.

Інфрачервоні лампи з йодним циклом застосовуються для сушіння лакофарбових покриттів різних сільськогосподарських об'єктів; для обігріву сільськогосподарських тварин (телят, поросят та ін.).

Опромінювачі з ІК-лампами.

Для захисту ІК-ламп від механічних пошкоджень і крапель води, а також для перерозподілу потоку випромінювання в просторі застосовують спеціальні арматури. Джерело випромінювання разом з арматурою називається опромінювачем.

Опромінювачі з різними ІК-лампами широко застосовуються в тваринництві для локального обігріву молодняка сільськогосподарських тварин і птиці.