Měření světelně technických veličin

Prezentace na téma: "Měření světelně technických veličin"— Transkript prezentace:

1 Měření světelně technických veličin
ZÁKLADY FOTOMETRIE Měření světelně technických veličin Subjektivní – vizuální čidlo : zrak Objektivní – fyzikální čidlo : fotočlánek Měření přesná provozní orientační Rozšířená nejistota měření U (%) U  8 % 8 % < U  14 % 14 % < U  20 % Běžné fyzikální čidlo hradlový fotočlánek křemíkový (dříve i selenový) : Princip Si (Se) hradlového fotočlánku Fe – základní železná (hliníková) deska Se – polovodičová vrstva Si či Se Au – průsvitná vrstvička Au, Pt, Ag ▲– sběrný vodivý kroužek pro odvádění el. proudu

2 ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI FOTOČLÁNKŮ
1. spektrální citlivost fotočlánku  V() korekce filtry 2. Linearita mezi fotoproudem If a dopadlým tokem  - kompenzač. zapojení 3. Úměrnost E kosinu úhlu dopadu paprsků kompenzace kosinusovým nástavcem Chyby fotočlánků v závislosti na úhlu dopadu světla (1) fotočlánek s přečnívající obrubou (2) fotočlánek bez obruby (3) fotočlánek s korekčním filtrem (4) fotočlánek s kosinusovým nástavcem

3 MĚŘENÍ SVÍTIVOSTI na fotometrické lavici
1. VIZUÁLNÍ MĚŘENÍ - fotometr H na stejný jas + etalon N svítivosti zkoušený zdroj Z nastaveny do optické osy Záření N a Z stejného spektrálního složení Po vyrovnání na stejný jas (1) Z a N bodové zdroje; vzdálenosti lZ a lN dostatečně velké 2. FYZIKÁLNÍ MĚŘENÍ – s využitím luxmetru nastavit postupně změnou vzdálenosti lN [resp. lZ ] stejnou osvětlenost od N a od Z Při známé svítivosti IN etalonu se svítivost IZ zkoušeného zdroje vypočte z (1) Vyloučit vliv rozptýleného světla - clony

4 Fotometrická vzdálenost prodloužena přes zrcadla Z1 a Z2
MĚŘENÍ ČAR SVÍTIVOSTI Goniofotometr – měření I v různých rovinách (např C) pod různými úhly () Pevný zdroj otočný fotometr Pevné svítidlo i fotometr, otočný zrcadlový systém Fotometrická vzdálenost prodloužena přes zrcadla Z1 a Z2 Čáry svítivosti se zakreslují v polárních souřadnicích Roviny C se nastavují natáčením vyzařovací plochy svítidla kolem její normály ( = 0) při zachování polohy světelného zdroje. Natočením ramene se volí úhel  . Soustava rovin C- 

5 MĚŘENÍ SVĚTELNÉHO TOKU
Běžně se měří v kulovém integrátoru ( D; vnitřní povrch p.D2 difúzní; ρ ≈ 0,8 ) Korekce stínění a pohltivosti zařízení – korekční zdroj K Zdroj Z ve středu koule. Na fotonku F dopadá jen odražený tok - clona C1 Na vnitřní povrch koule dopadá ze zdroje Z tok z . Odražená složka výsledného světelného toku  Na vnitřním povrchu integrátoru je všude stejná osvětlenost E ki – konstanta integrátoru Postup měření toku zdroje Z : s normálem N a s korekčním zdrojem K : 1) Rozsvícený N a zhasnutý K změří se údaj EN 2) Zhasnutý N a rozsvícený K EkN 3) Zhasnutý Z a rozsvícený K Ekx 4) Rozsvícený Z a zhasnutý K Ex

6 Měření osvětlenosti - luxmetry
ČSN Měření osvětlení vnitřních prostorů Základní ustanovení, - 2 Měření denního osvětlení, - 3 Měření umělého osvětlení ČSN EN Světlo a osvětlení – Měření a uvádění fotometrických údajů světelných zdrojů a svítidel – Část 1: Měření a formát souboru údajů Luxmetr : - přijímač s korigovaným fotočlánkem + kosinusový nástavec měřicí a vyhodnocovací zařízení (digitální, analogové) (dostatečně dlouhý stíněný kabel spojující přijímač a přístroj) životnost – min provozních h; přetížení – 20% na každém rozsahu 5 min kalibrace – přesné (2 roky), provozní (3 roky) Radiometr PRC ,001 lx – 200 klx E, E4p , Ec , ozářenost UV Provozní luxmetr PU 550 Metra Blansko 20 lx – 100 klx

7 Vlivy sv. zdrojů na měření E
1. Min. doba provozu (svícení) zdrojů před měřením – žárovky 10 h, výbojky 100 h . 2. Zahoření zdrojů před měřením (ustálení parametrů) – výbojky min. cca 20 min. 3. Fotočlánky osvětlit 5 – 15 minut přibližně stejnými hladinami osvětlenosti. 4. Respektovat závislost toku F zdrojů na napájecím napětí Napájecí napětí měřit a uvést ve zprávě. 5. Vzít v úvahu závislost toku F zdrojů na teplotě okolí. Teplotu uvést ve zprávě. 6. Tok F zdrojů klesá se zašpiněním svítidel – stav popsat. 7. Vyloučit vliv denního světla. Korekce měření vlivem změn napájecího napětí (ČSN ) násobit činitelem kU = (Un / U)c Un – jmenovité napětí , U – naměřené napětí, c – exponent Průměrné hodnoty exponentu c Světelný zdroj c Zářivka – indukční předřadník 1,4 Žárovka 3,6 Zářivka – zapojení duo 1,0 Halogenidová výbojka 3,0 Zářivka – elektronický předřad. Sodíková výbojka vysokotlaká 2,5

8 POSTUP MĚŘENÍ UMĚLÉHO OSVĚTLENÍ
1. Zjistit stav osvětlovací soustavy 2. Zahořet světelné zdroje 3. Kontrola – přístrojů, napětí sítě, teploty okolí 4. Vyloučit vliv cizího světla (včetně denního) 5. Určit polohu měřících bodů (půdorysně i výškově) 6. Zajistit polohu čidla – stojan, vodováha, kardan 7. Adaptovat fotočlánek 8. Měřit u analogového přístroje v hor. dvou třetinách stup., - u digitálního přístroje na nejnižším rozsahu 9. Průběžně sledovat napětí, teplotu, stav soustavy aj. 10. U kombinované soustavy měřit i celkové osvětlení 11. Přesné měření opakovat nejméně dvakrát (výsledky ). Provozní měření se opakovat doporučuje. 12. Zpracovat naměřené hodnoty. Korekce hodnot Stanovit průměrné hodnoty E 13. Vyhotovit protokol a zprávu o měření

9 Obsah protokolu a zprávy o měření
1. označení stavby a prostoru, kde probíhalo měření 2. číslo protokolu, datum a hodina měření 3. účel měření a jeho přesnost 4. měřící přístroje (typ. čís., tř.př., nejistoty, kalibrace) 5. popis metody měření 6. rozměry měřeného prostoru a jeho vybavení – výkresy 7. funkce prostoru, rozmístění prac. míst; zrakové činnosti 8. vlastnosti prostoru a jeho zařízení 9. osvětlovací soustava (zdroje, svítidla, stav, závady atd.) 10. podmínky měření (stínění, znečištění, napětí, teplota aj.) 11. rozmístění měřících bodů – výkresy 12. nejistoty měření 13. naměřené hodnoty, korekce – tabulky, grafy 14. určení průměrné osvětlenosti a rovnoměrnosti osvětlení 15. porovnání naměřených a předpisy požadovaných hodnot 16. vyhodnocení měření + W.m návrhy na opatření 18. kdo měření provedl, vyhodnocoval, kdo zodpovídá – podpis

10 MĚŘENÍ JASU - OBJEKTIVNÍ JASOMĚRY
Princip Náčrt konstrukce fyzikálního jasoměru Zrcadlo 3 s optikou 4 a okulárem 5 umožňuje pozorovat okolí měřené plošky zobrazené objektivem 1 na plošce 2 Princip jasoměru Jasoměr měří střední jas plochy v zorném poli T – černý tubus, F – fotonka G – galvanoměr, C – clona  - prostorový úhel zorného pole přístroje Měřicí část – otvorem na plošce 2 je vymezena měřená ploška; paprsky procházejí optikou 7, barevnými a šedými filtry na fotočlánek 9. Stupnice 6 přístroje je vidět v okuláru 5. Bodový – měřenou plošku pozoruje pod velmi malými úhly, např. 6´ Jasoměr Integrační – měří jas větších ploch, úhly např. 2° Jasoměry pro měření přesná provozní orientační Max. celková chyba (%) ± 7,5 ± 10 ± 15 Kalibrace max. po 2 letech 3 letech 5 letech

11 Příklady objektivních jasoměrů
Univerzální fotometr Hægner model S1 Přístroj je určen především pro objektivní měření jasu, ale je vybaven i vnějším fotočlánkem k měření osvětlenosti Výbava : clona 1°, rozsah 3 cd.m-2 do 100 kcd.m-2 (resp. lx), - nejmenší čitelná hodnota je 0,025 až 0,05 cd.m-2 (resp. lx), - výrobce udává přesnost přístroje ± 5 % Laboratorní digitální jasoměr typu L firmy Lichtmesstechik Berlin Výbava : - clony 3°, 1°, 20', 6', příp. 2' , resp. 2' x 20', - měří hodnoty od 0,0001 cd.m-2 do kcd.m-2 , - výstup BCD, příp. interfac IEEE-488, - spolupráce s počítačem, resp. výstup na tiskárnu

12 NEJISTOTY MĚŘENÍ Rozšířená nejistota U pravděpodobnost 95 % U = 2 . u
Kalibrační list Chyba spektrální, směrová, linearity … Umístění fotonky, rozmístění bodů, vliv napětí … Zaokrouhlování, korekce … Dílčí standardní nejistoty vyhodnotit buď jako a) typ A uA (ze souboru dat – stř. kvadratická odchylka) b) typ B kde zmax je možná maximální odchylka pro dílčí zdroj nejistoty χ činitel pravděpodobnostního statistického rozdělení chyby [normální rozdělení χ = 2 , rovnoměrné rozdělení ] Rozšířená nejistota U pravděpodobnost 95 % U = 2 . u měření U přesná U  8 % provozní 8 % < U  14 % Kombinovaná standardní nejistota u z dílčích nejistot

13 Děkuji vám za pozornost
Učební texty :