Světelná technika Fotometrie

Úvod Fotometrie je měření světelně technických veličin. Co je fotometrie ? Fotometrie je měření světelně technických veličin. Rozdělení metod měření: * vizuální (subjektivní - zrak) metody * fyzikální (objektivní - přístroje) metody Přesnost měření je dána měřícími přístroji. Přístroje pro orientační měření mají přesnost (14 - 20)%, běžné provozní přístroje (8 – 14)%, přesné laboratorní přístroje okolo 8%. Pro přesná měření musí být k dispozici etalony (speciální žárovky) s požadavkem pravidelného ověřování. Zásady pro měření jsou uvedeny v normě ČSN.

Podmínky pro měření Základní druhy měření: 1. Měření nesmí být ovlivněna rozptýleným světlem. 2. Optické části přístrojů musí být čisté. 3. Vzdálenost přístroje od zdroje musí být dostatečná (nejméně 10 x větší, než je velikost zdroje). 4. Před měřením musí být zdroj ve stabilním stavu – dostatečný čas pro konstantní světelný tok * žárovky 5 minut * výbojky 20 minut Základní druhy měření: * Měření osvětlení * Měření jasů

Měření osvětlenosti Pro měření osvětlenosti se používá luxmetr. Rozdělení přesnosti podle mezinárodních norem: L - laboratorní přístroje celková chyba je ± 3% A - přesné celková chyba je ± 5% B - provozní celková chyba je ± 10% C - orientační celková chyba je ± 20% Zpravidla se kontrolují hodnoty osvětlenosti v bodech srovnávací nebo pracovní roviny. * vnitřní prostory nejčastěji vodorovná plocha ve výšce 85 cm Základem pro měření je vždy pracovní rovina (tabule – vertikální plocha, …) * venkovní prostory maximálně 20 cm nad povrchem terénu Před měřením musí světelný zdroj odsvítit určitý počet hodin a vlastní měření provádět po určité době po rozsvícení. Žárovky - minimálně 6 hodin přibližně 20 minut Výbojky - minimálně 100 hodin několik minut

Princip luxmetru Si * Na železné (hliníkové) základní desce je nanesena vrstva polovodiče (dříve selen, dnes křemík). * Polovodičová vrstva je pokryta průsvitnou vodivou vrstvou (platina, stříbro nebo zlato). * Po obvodu je sběrný kroužek Princip: Po ozáření se vytvoří mezi křemíkem a vrchní vrstvou rozdíl potenciálů, sběrným kroužkem začne procházet proud, který se měří prostřednictvím galvanoměru.

Princip luxmetru Základní podmínka pro přesné měření: Řešení: Křivka spektrální citlivosti přístroje má být shodná jako u lidského oka (křivka spektrální citlivosti normálního pozorovatele). Není-li tato podmínka splněna, lze měřit pouze stejný světelný zdroj, na který je luxmetr cejchován. V opačném případě vzniká velká chyba: u žárovek zhruba 5% u výbojek až 50% V () - lidské oko Se - nekorigovaný článek Se Se(k) - korigovaný článek Se Si - nekorigovaný článek Si Řešení: * přepočítávací činitel * filtry (běžné u dnešních luxmetrů)

Princip luxmetru Závislost velikosti proudu na světelném toku – I=f(): Závislost není lineární. U selenový luxmetrů byl požadavek na celkový odpor R  100 , u křemíkových stačí odpor R  500 . Moderní křemíkové luxmetry mikroampérmetry s vnitřním odporem do 100 , navíc mají zesilovače a kompenzaci  závislost I=f() je lineární Závislost I=f() u selenových luxmetrů

E = (I/l2) * cos  = k * cos  (lx;cd,m) Kosinusový nástavec Fotočlánky se cejchují na kolmý dopad světla. Při šikmém dopadu při konstantní svítivosti zdroje a stejné vzdálenosti zdroje od místa měření je osvětlenost úměrný cos  (úhel dopadu). E = (I/l2) * cos  = k * cos  (lx;cd,m) kde I … svítivost zdroje v daném směru l … vzdálenost světelného zdroje Pro úhel dopady   300 lineární závislost přestává plazit a vzniká značná chyba. Proto se používá kosinusový nástavec. Kulový vrchlík z rozptýleného skla Chyba měření: 1. bez nástavce 2. s nástavcem Fotočlánek

Měření svítivosti I = E * l2 Princip – porovnání jasů Svítivost se neměří přímo, ale převádí se na měření osvětlenosti (objektivní metoda) I = E * l2 nebo jasu (subjektivní metoda – pozorovatel porovnává jasy). Měření probíhá na fotometrické lavici. etalon (normál) trojboký hranol zkoušený zdroj Princip – porovnání jasů Je-li stejný jas platí:

Fotometrická lavice

Měření křivek svítivosti Křivky svítivosti se měří pomocí goniofotometru, který umožňuje měřit svítivost v různých rovinách a pod různými úhly (v souladu s normami EU po 20). Rozdělení: * otočný zdroj, pevný fotometr (nevhodné, svítivost závisí na poloze světelného zdroje) * pevný zdroj, otočný fotometr * pevný zdroj i fotometr, otočný zrcadlový systém (náročné požadavky na zrcadlový systém) pevný zdroj i fotometr, otočný zrcadlový systém pevný zdroj, otočný fotometr

pevný zdroj, otočný fotometr pevný zdroj i fotometr, otočný zrcadlový systém

Měření světelného toku Světelný tok lze určit: * graficko početní metodou – pro výpočet se využijí křivky svítivosti * přímé měření v integrátoru s použitím normálu světelného toku Kulový integrátor * na vnitřní straně je bílý rozptylný nátěr * při rozsvícení světla dochází k mnohočetným odrazům, odražené světlo dopadá i na fotočlánek K – korekční zdroj + clona – v případě, že součástí měřeného zdroje nosné části, které pohlcují světlo měřeného zdroje Z – zdroj je umístěn přibližně ve středu koule C1 – clona zabraňující přímému dopadu světla ze zdroje F – okénko s fotočlánkem

Kulový integrátor

Princip objektivního jasoměru Měření jasu K měření se používá jasoměr s přesností měření od (7,5 do 15) % Princip objektivního jasoměru F - fotonka C - clona T - tubus G - galvanoměr Princip měření: Na fotonku dopadají paprsky z měřené plochy, které jsou vymezeny prostorovým úhlem . Fotočlánek změří osvětlenost – E Hodnota jasu sledované plochy se určí L = E/ (cd*m-2; LX, sr) Při měření je třeba dbát na to, aby zabíraná plocha byla stejná jako měření plocha. Podle velikosti plochy se použije clona s daným průměrem. Rozdělení jasoměrů: bodové (pro malé plochy) integrační (pro větší plochy)

Ukázka jasoměru