Измерение света – Единица измерения света и формула расчета освещенности помещения

Содержание

Разоблачаем мировой заговор или как измерить световой поток светодиодов на коленке

Все вы, наверное, слышали про мировой заговор. Масоны, инопланетяне и евреи Производители электрических лампочек вступили в него сто лет назад, чтобы лампочки не служили вечно, а перегорали каждый месяц и жрали уйму электричества. И только сейчас путы заговора разорваны и лампочковые магнаты раздавлены великой империей Китая, завалившей весь мир вечными и экономичными светодиодными лампами. Но не расслабляйтесь – мировой заговор не сдается. Теперь он явился в виде Великой Светодиодной Ложи Лажи Лжи. Короче, все врут (с).

Шутки шутками, а в той или иной степени врут, наверное, все производители LED-светотехники. Кто-то нагло и откровенно, кто-то так, слегка подвирает – но так или иначе, кажется, нет ни одной фирмы, которая не завышала бы параметров своих изделий. Разными способами – кто-то просто пишет красивые цифры от фонаря, порой запредельные с точки зрения здравого смысла. А кто-то – просто пишет характеристики вполне правдивые, но полученные в условиях, далеких от реальных условий эксплуатации. Например, световой поток, измеренный при температуре 25°С в импульсном режиме. Так или иначе, а 15-20% «припуска на вранье» давать придется.

Освещенность измерить просто, световой поток – сложно и дорого. Необходимо собрать весь свет, испущенный лампой и в равной степени учесть лучи по всем направлениям. То есть, нужен фотоприемник в виде полой сферы с одинаковой светочувствительностью каждого участка ее поверхности. Изготовление такой фотометрической сферы и ее последующая калибровка – задача весьма непростая.

Другой подход – по точкам промерить диаграмму направленности источника света и проинтегрировать по всей сфере. Но и это непросто: надо иметь солидных размеров темное помещение с темными стенами. И гониометрическая головка с двумя осями нужна, желательно с автоматическим приводом, чтобы не задолбаться вручную выставлять углы для каждой из нескольких сотен точек.

Впрочем, есть пара частных случаев, которые часто встречаются на практике и для которых можно ограничиться одним измерением. Об одном из них я и хочу поведать хабрасообществу.

Этот частный случай – плоский косинусный излучатель. Косинусным называется такой излучатель, яркость которого не зависит от угла между нормалью к его поверхности и направлением на наблюдателя. Диаграмма направленности такого излучателя определяется исключительно геометрией – а именно видимой площадью поверхности. И для плоского косинусного излучателя существует простое соотношение между световым потоком и силой света в направлении нормали к плоскости:

.

То есть достаточно измерить люксметром освещенность в метре от источника света и умножить ее на 3,14 – и мы уже имеем величину светового потока (либо, если расстояние не равно метру, его придется учесть по закону обратных квадратов). Разумеется, источник света должен быть много меньше расстояния до люксметра – иначе закон обратных квадратов работать не будет и результат измерения будет завышен.

Какие же источники света можно с достаточной для практики точностью считать плоскими косинусными излучателями? Это практически любые белые осветительные светодиоды без линзы и плоские сборки на их основе. Всевозможные китайские 5730, 2835, 5050, 3030 и прочие, что встречаются обычно в светодиодных лампах с алиэкспресса, а также продаются там же отдельно в катушках за копейки – это оно. А также матрицы. И китайские квадратные на 10 ватт, и Cree CXA и CXB. А вот для любых светодиодов с линзой, а также для светодиодов без люминофора (например, RGB) такой метод не годится — их диаграмма направленности существенно отличается от косинусной. Плоские светильники, встраиваемые в потолок и закрытые молочным стеклом, также неплохо соответствуют этой модели.

Итак, давайте уже что-нибудь измерим. В качестве подопытных кроликов у нас сегодня:

1. Сборка китайская на 90 ватт из 156 светодиодов 5730 (в каждом по два кристалла 13х30 mil) со встроенным драйвером на CYT3000B. По заверениям китайцев, должна давать 9200 лм.


Потребляемая мощность по приборам — 85 Вт, на ней и остаемся.

2. Матрица CXA2530, новая версия, 3000 кельвин, Ra>80. Световой поток при 800 мА и 85°С согласно даташиту — не менее 3440 лм, а при 25°С (такой температуры не бывает, если только не захолодить сам светодиод до температуры ниже нуля — тепловое сопротивление не даст) — не менее 4150 лм.


Заводим на токе 800 мА, потребляемая мощность составила 28,64 Вт.

3. HPR20D-19K20 — древняя, как мамонт (покупалась году в 2010, если не раньше) матрица на 20 ватт фирмы HueyJann, похожая на нынешние 10-ваттные матрицы, отличается от них большим количеством кристаллов под люминофором — их 16 штук вместо девяти (4 штуки последовательно в каждой из четырех параллельно включенных цепочек). Заявлено 1830 лм при токе 1,7 А, реально на глаз не ярче, чем CXA2011 с подводимой мощностью 11 Вт.


Запускаем на паспортном токе 1,7 А, напряжение составило 12,2 В, мощность 20,74 Вт.

Освещенность измеряем люксметром UT382 (Uni-T), на «глазок» которого надеваем бленду из черной бумаги, чтобы не ловил отраженный от стен свет в неподготовленном помещении. Расстояние во всех случаях — метр. Результаты в таблице.

Выходит, что световой поток китайской сборки соответствует заявленному (в пределах погрешности люксметра), у Cree’шной матрицы тоже все в пределах даташита (учитывая, что температура ее неизвестна), а вот у HueyJann’овской матрицы обещанных люменов нет и близко.

Но что-то затерзали меня смутные сомнения: 9000 с хвостиком люмен при 85 ваттах, учитывая КПД драйвера 80% и при том, что светодиоды работают далеко не в облегченном режиме, по полватта на корпус, а пиковый ток вдвое больше среднего (никакого фильтрующего конденсатора у этих плат нет) — это очень даже круто. Вдобавок как-то не видно от этой сборки значительно большей освещенности в комнате по сравнению с люстрой, в которой пять лампочек по 950 лм (энергосберегайки).

Подозрение падает на люксметр — не все из них адекватно измеряют светодиодные источники. Те из них, что сделаны на базе фотодиода BPW21R, имеют очень приблизительное соответствие спектральной чувствительности стандартной кривой видности, и относительная чувствительность к излучению 450 нм (это длина волны, соответствующая синему пику, имеющемуся в спектре почти всех белых светодиодов) превышает относительную чувствительность глаза в этой области в несколько раз. В данном приборе фотоприемник другой, что и являлось одним из критериев при выборе прибора, но все же сходим в охрану труда и возьмем другой люксметр. Это оказался ТКА-Люкс. В его методике поверки содержится проверка спектральной характеристики, то есть она должна соответствовать кривой видности с нормируемой погрешностью. Повторяем измерения с ним. Вот результаты:

Ну что тут сказать? Врут не только производители светодиодных ламп, но и мой люксметр. Причем врет, как и ожидалось, по-разному для разных светодиодов. Для матрицы CXA2530 разница с профессиональным аппаратом минимальная, скорее в пределах погрешности обоих приборов. Но у этой матрицы провал в спектре почти незаметен, если смотреть через компакт-диск (реально он, конечно, есть). А вот остальные подопытные «провалились» прилично. И теперь прекрасно видно, что до заявленных люменов они не дотягивают более чем заметно: китайская 90-ваттная сборка — на 25%, а матрица HPR20D-19K20 — почти вдвое.

Отсюда можно сделать следующие выводы:


  1. Да, описанным образом можно оценить световой поток, испускаемый светодиодами, матрицами и сборками (в пределах описанного частного случая).
  2. С измерением освещенности от светодиодов люксметром надо быть осторожным и убедиться, что он имеет корректную кривую спектральной чувствительности. Ибо врут все (с).
  3. Если измерения показывают, что китайским изделием достигнуты заявленные характеристики, значит, вполне вероятно, что прибор проградуирован в китайских люксах:).

Если вам захочется таким же образом оценить световой поток светодиодной лампочки с полусферическим рассеивателем, нужно снять рассеиватель. Под ним скорее всего будут вполне подходящие светодиоды. Но сам рассеиватель вносит потери 15-20 и более процентов светового потока.

Да, и последнее. Описанная методика ни в коей мере не является ни метрологически строгой, ни точной. Она оценочная и не более того. Именно поэтому я не привел здесь анализа погрешностей.

habr.com

единица измерения светового потока: что это такое, понятие яркости и освещенности, применение фотометра

Световой поток – это световая энергия, излучаемая точечным источником. Так как зависит от расстояния, то выражается в пространственных углах.

Люмен — единица измерения мощности светового излучения, которая оценивается по световому ощущению на глаз человека.

Единицу измерения светового потока люмен можно рассматривать как общее количество света. К примеру, лампа накаливания в 40 Вт создаст световой поток, соответствующий 415 люмена, люминесцентная — поток в 3200 люмена. Поставьте любую оптическую систему вокруг источника света, количество света (люменов) будет прежним. Таким образом, если на источнике света ненаправленного действия не написано число люменов, то непонятно как он будет освещать.

Освещенность и яркость

Освещенность – это величина света, она определяет свет в количестве, который падает на ту или иную площадь поверхности тела. Она зависит от длины световой волны, ведь человеческий глаз по-разному воспринимает яркость разной длины световых волн, другими словами, разного цвета.

Освещенность вычисляется для разной длины волн отдельно. Люди воспринимают, как самые яркие цвета:

  • зеленый — свет с длиною волны в 550 нанометров;
  • желтый, оранжевый. Находятся рядом с ним в спектре.

Свет, исходящий от красного, синего и фиолетового цветов, имеет короткую или длинную волну, поэтому они воспринимаются как более темные. Понятие освещенности часто соотносят с понятием яркости.

При освещении площади одной и той же лампой, большая площадь будет менее освещена, чем маленькая.

Разница между понятиями яркости и освещенности

Русский язык дает два ответа на вопрос, что такое яркость. Яркость означает характеристику светящихся тел, то есть физическую величину. Также она определяет субъективное понятие, зависящее от многих факторов, например:
  • особенностей строения глаз человека;
  • количества света в помещении.

Чем меньше света в окружающей среде, тем ярче кажется нам источник света. Следует различать яркость с освещенностью и запомнить следующее:

  • яркость – это свет, который отражается от поверхности светящегося предмета;
  • освещенность – это свет, который падает на освещаемую поверхность.

В астрономии яркость включает два понятия, где звезды излучают, а планеты отражают. В этой науке звездная яркость измеряется по фотометрической шкале, причем большую яркость звезды соотносят с меньшей величиной. Отрицательную величину имеют самые яркие звезды.

Единицы измерения люкс и кандела

Единица измерения яркости (кандела на один квадратный метр) применяется для прикладных или физиологических целей.

Единица измерения люкс применяется для вычисления уровня освещенности. Один люкс приравнивается к одному люмену на квадратный метр. Также для измерения освещенности применяют фут-канделу. К ней обращаются в области кино и фотографии и некоторых других. Фут присутствует в названии оттого, что фут-кандела

означает освещенность канделой поверхности квадратного фута, измеряющую в интервале одного фута.

Фотометр

Фотометр – это прибор-измеритель освещенности. Свет поступает на фотодетектор, затем преобразуется в электрический сигнал и измеряется. Встречаются фотометры, работающие по другому принципу. В основном фотометры показывают уровень света в люксах, но есть и такие, которые используют другие единицы. Те фотометры, которые также называют экспонометрами, участвуют в определении выдержки и диафрагмы, тем самым помогая фотографам и операторам. Помимо того, фотометры применяют для определения уровня безопасной освещенности в других областях, например, в растениеводстве, в музеях, там, где необходимо поддерживать нужную освещенность.

Безопасный поток света на работе

Работая в темном или слабоосвещенном помещении, могут возникнуть различные проблемы со здоровьем, будь это ухудшение зрения, депрессия или другие физиологические и психологические нарушения. По этой причине на рабочем месте, в рамках правил охраны труда, включаются требования о минимальной безопасной освещенности. В конечный результат измерения, который выдает фотометр, входит площадь распространения света. Эти показатели обеспечивают достаточную освещенность всего помещения.

Световой поток и экспонаты музея

От освещенности и силы потока от источника света зависит скорость, с которой будут ветшать и выцветать экспонаты музея. Работники музеев проводят работу по определению освещенности экспонатов. Это делается для того, чтобы убедиться в безопасном количестве светового потока на музейные единицы, а также для обеспечения достаточного уровня освещенности посетителям во время рассматривания экспоната.

Уровень освещенности можно измерить фотометром, что осуществить нелегко, так как его нужно устанавливать как можно ближе к экспонату, а это требует извлечения защитного стекла, выключения сигнализации и получения разрешения. Эту задачу облегчают другим способом, который часто используют сотрудники музея. Вместо фотометра применяют фотоаппарат, который не является заменой фотометра в ситуациях, где требуются более точные измерения найденной проблемы с освещением, но чтобы выявить отклонение от нормы вполне достаточно.

Определить экспозицию фотоаппаратом можно на основе показаний об уровне освещенности. Уровень освещенности экспозиции легко определить посредством нехитрых вычислений. Сотрудники музеев прибегают к формуле или пользуются таблицей, где экспозиция представлена в единицах освещенности. Производя вычисления, не нужно забывать о том, что камера поглощает некоторое количество света, поэтому следует это учитывать.

Световой поток в садоводстве и растениеводстве

Прежде чем обеспечить растение светом, который необходим для фотосинтеза, нужно знать, сколько требуется его каждой культуре. Садоводам и растениеводам это известно. Они измеряют уровень освещенности, чтобы удостовериться в том, что каждое растение получает необходимое ему количество света. Часто для таких процедур применяются фотометры.

Фотометры также широко применяются в лабораторной практике. Например, определяется спектр образцов, с помощью которых устанавливается химический состав. К особому классу таких приборов относится пламенный фотометр. Он выявляет в образцах щелочные металлы, такие как натрий, литий, калий. Чтобы их обнаружить, нужно сжечь образец при высокой температуре и с помощью фотометра проанализировать спектр пламени. Данная задача другими способами решается гораздо труднее.

Современные фотометры преобразуют световое излучение в электрические импульсы, они регистрируются по принципу амперметра и вольтметра, а после конвертируются в компьютерный формат.

Фотометр — это прибор, охватывающий многие области знаний, такие как химия, молекулярная биология, физика, материаловедение и другие. Фотометр широко применяется в промышленности, в лазерной и оптической продукции. Помимо химической лаборатории, фотометр находит применение в лабораториях судебно-медицинской экспертизы.

Таким образом, из вышеизложенного вы узнали о единицах измерения света, что лампы лучше покупать с указанным числом люменов, что понятия освещенности и яркости разнятся, а количество света можно измерить специальным прибором.

elektro.guru

Кандела — Википедия

Запрос «кд» перенаправляется сюда. О других значениях см. КД

Канде́ла (от лат. candela — свеча; русское обозначение: кд; международное: cd) — единица силы света, одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ). Определена как «сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540⋅1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср»[1][2]. Принята в качестве единицы СИ в 1979 году XVI Генеральной конференцией по мерам и весам.

Из определения следует, что значение спектральной световой эффективности монохроматического излучения для частоты 540⋅1012 Гц равно 683 лм/Вт = 683 кд·ср/Вт точно.

Выбранная частота соответствует длине волны 555,016 нм в воздухе при стандартных условиях[3] и находится вблизи максимума чувствительности человеческого глаза, располагающегося на длине волны 555 нм. Если излучение имеет другую длину волны, то для достижения той же силы света требуется бо́льшая энергетическая сила света.

Все световые величины являются редуцированными фотометрическими величинами. Это означает, что они образуются из соответствующей энергетической фотометрической величины при помощи функции, представляющей собой зависимость спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения от длины волны. Эту функцию обычно представляют в виде Km⋅V(λ){\displaystyle K_{m}\cdot V(\lambda )}, где V(λ){\displaystyle V(\lambda )} — функция, нормированная так, что в максимуме она равна единице, а Km{\displaystyle K_{m}} — максимальное значение спектральной световой эффективности монохроматического излучения. Иногда Km{\displaystyle K_{m}} называют также фотометрическим эквивалентом излучения.

Расчёт световой величины Xv,{\displaystyle X_{v},} соответствующей энергетической величине Xe,{\displaystyle X_{e},} производится с помощью формулы

Xv=Km∫380 nm780 nmXe,λ(λ)V(λ)dλ,{\displaystyle X_{v}=K_{m}\int \limits _{380~{\text{nm}}}^{780~{\text{nm}}}X_{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )\,d\lambda ,}

где Xe,λ{\displaystyle X_{e,\lambda }} — спектральная плотность величины Xe,{\displaystyle X_{e},} определяемая как отношение величины dXe(λ),{\displaystyle dX_{e}(\lambda ),} приходящейся на малый спектральный интервал, заключённый между λ{\displaystyle \lambda } и λ+dλ,{\displaystyle \lambda +d\lambda ,} к ширине этого интервала:

Xe,λ(λ)=dXe(λ)dλ.{\displaystyle X_{e,\lambda }(\lambda )={\frac {dX_{e}(\lambda )}{d\lambda }}.}

Можно отметить, что под Xe(λ){\displaystyle X_{e}(\lambda )} здесь понимается поток той части излучения, у которого длина волны меньше текущего значения λ{\displaystyle \lambda }.

Функция V(λ){\displaystyle V(\lambda )} определена опытным путём и задана в табличном виде[4]. Её значения от выбора используемых световых единиц никак не зависят.

В противоположность сказанному о V(λ){\displaystyle V(\lambda )} значение Km{\displaystyle K_{m}} целиком определяется выбором основной световой единицы. Поэтому для установления связи между световыми и энергетическими величинами в системе СИ требуется определить значение Km{\displaystyle K_{m}}, соответствующее принятой в СИ единице силы света канделе. При строгом подходе к определению Km{\displaystyle K_{m}} необходимо учитывать, что спектральная точка 540⋅1012 Гц, о которой идёт речь в определении канделы, не совпадает с положением максимума функции V(λ){\displaystyle V(\lambda )}.

Световая эффективность излучения с частотой 540⋅1012 Гц[править | править код]

В общем случае сила света Iv{\displaystyle I_{v}} связана с силой излучения Ie{\displaystyle I_{e}} соотношением

Iv=Km⋅∫380 nm780 nmIe,λ(λ)V(λ)dλ,{\displaystyle I_{v}=K_{m}\cdot \int \limits _{380~{\text{nm}}}^{780~{\text{nm}}}I_{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )\,d\lambda ,}

где Ie,λ{\displaystyle I_{e,\lambda }} — спектральная плотность силы излучения, равная dIe(λ)dλ{\displaystyle {\frac {dI_{e}(\lambda )}{d\lambda }}}.

Для монохроматического излучения с длиной волны λ{\displaystyle \lambda } формула, связывающая силу света Iv(λ){\displaystyle I_{v}(\lambda )} с силой излучения Ie(λ){\displaystyle I_{e}(\lambda )}, упрощается, приобретая вид

Iv(λ)=Km⋅Ie(λ)V(λ){\displaystyle I_{v}(\lambda )=K_{m}\cdot I_{e}(\lambda )V(\lambda )}, или, после перехода от длин волн к частотам, Iv(ν)=Km⋅Ie(ν)V(ν).{\displaystyle I_{v}(\nu )=K_{m}\cdot I_{e}(\nu )V(\nu ).}

Из последнего соотношения для ν0 = 540⋅1012 Гц следует

Km⋅V(ν0)=Iv(ν0)Ie(ν0).{\displaystyle K_{m}\cdot V(\nu _{0})={\frac {I_{v}(\nu _{0})}{I_{e}(\nu _{0})}}.}

Учитывая определение канделы, отсюда получаем

Km⋅V(ν0)=683 cd⋅srW{\displaystyle K_{m}\cdot V(\nu _{0})=683~\mathrm {\frac {cd\cdot sr}{W}} }, или, что то же самое 683 lmW.{\displaystyle 683~\mathrm {\frac {lm}{W}} .}

Произведение Km⋅V(ν0){\displaystyle K_{m}\cdot V(\nu _{0})} представляет собой значение спектральной световой эффективности монохроматического излучения для частоты 540⋅1012 Гц. Как следует из способа получения, данная величина равна 683 кд·ср/Вт = 683 лм/Вт точно.

Максимальная световая эффективность Km{\displaystyle {\boldsymbol {K}}_{m}}[править | править код]

Для определения Km{\displaystyle K_{m}} следует учесть, что как сказано выше, частоте 540⋅1012 Гц соответствует длина волны ≈555,016 нм. Поэтому из последнего равенства следует

Km=683V(555,016) lmW.{\displaystyle K_{m}={\frac {683}{V(555{,}016)}}~\mathrm {\frac {lm}{W}} .}

Нормированная функция V(λ){\displaystyle V(\lambda )} задана в табличном виде с интервалом 1 нм, она имеет максимум, равный единице, на длине волны 555 нм. Интерполяция её значений для длины волны 555,016 нм даёт величину 0,999997[3]. Используя это значение, получаем

Km=683,002 lmW.{\displaystyle K_{m}=683{,}002~\mathrm {\frac {lm}{W}} .}

На практике с достаточной для всех случаев точностью используется округлённое значение Km=683 lmW.{\displaystyle K_{m}=683~\mathrm {\frac {lm}{W}} .}

Таким образом, связь между произвольной световой величиной Xv{\displaystyle X_{v}} и соответствующей ей энергетической величиной Xe{\displaystyle X_{e}} в системе СИ выражается общей формулой

Xv=683∫380 nm780 nmXe,λ(λ)V(λ)dλ.{\displaystyle X_{v}=683\int \limits _{380~{\text{nm}}}^{780~{\text{nm}}}X_{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )\,d\lambda .}
Лампа Хефнера — эталон «свечи Хефнера»
  • В 1893 г. в Германии, а затем в Австрии, Швейцарии и в скандинавских странах в качестве единицы силы света была принята «свеча Хефнера»[5], предложенная в 1884 г. Ф. Хефнер-Альтенеком. Эталоном при этом служила фитильная лампа специальной конструкции. В качестве горючего в ней использовался амилацетат.
  • В 1896 г. Международным электротехническим конгрессом была принята «десятичная свеча», равная 1,12 свечи Хефнера.
  • В 1909 г. десятичная свеча была заменена «международной свечой», равной 1,11 свечи Хефнера. Международная свеча воспроизводилась не с помощью фитильной лампы, а при помощи специальных ламп накаливания.
  • В 1948 г. состоялось решение о принятии новой единицы — канделы. Кандела базировалась на использовании светового эталона, обладающего свойствами, близкими к свойствам абсолютно чёрного тела (Планковского излучателя). Излучателем света в эталоне служила трубка, изготовленная из плавленой окиси тория и окружённая со всех сторон платиной, находящейся при температуре отвердевания (2046,6 К). Кандела определялась как сила света, излучаемого в направлении нормали с 1/60 см2 излучающей поверхности указанного эталона. Введённая таким образом кандела была в 1,005 раз меньше, чем международная свеча[6]. Она использовалась в качестве единицы силы света вплоть до 1979 г.
  • В 1979 г. XVI Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) приняла действовавшее до 2019 года определение канделы.
  • В 2011 г. XXIV ГКМВ приняла резолюцию[7], в которой, в частности, было предложено в будущей ревизии Международной системы единиц принять новое определение канделы. Предполагаемое новое определение, квалифицируемое в резолюции, как полностью эквивалентное существующему, сформулировано следующим образом. «Кандела, обозначение кд, является единицей силы света в данном направлении; её величина определена путём установления численного значения световой эффективности монохроматического излучения с частотой 540⋅1012 Гц в точности равным 683, если она выражена единицей СИ м−2·кг−1·с3·кд·ср, или кд·ср·Вт−1, которая равна лм·Вт−1».
  • XXV ГКМВ, состоявшаяся в 2014 году, приняла решение продолжить работу по подготовке новой ревизии СИ, включающей переопределение канделы, и наметила закончить эту работу к 2018 году с тем, чтобы заменить существующую СИ обновлённым вариантом на XXVI ГКМВ в том же году[8]. Новое определение вступило в силу в 2019 году.

Сила света, излучаемая свечой, примерно равна одной канделе, поэтому раньше эта единица измерения называлась «свечой», сейчас это название является устаревшим и не используется.

Для бытовых ламп накаливания сила света в канделах приблизительно равна их мощности в ваттах.

Сила света различных источников

Сведения об основных световых фотометрических величинах приведены в таблице.

Здесь dS1{\displaystyle dS_{1}} — площадь элемента поверхности источника, dS2{\displaystyle dS_{2}} — площадь элемента поверхности приёмника, ε{\displaystyle \varepsilon } — угол между нормалью к элементу поверхности источника и направлением наблюдения.

  • Люмен — единица измерения светового потока

ru.wikipedia.org

Яркость — Википедия

Я́ркость источника света[1] — световой поток, посылаемый в данном направлении, делённый на малый (элементарный) телесный угол вблизи этого направления и на проекцию площади источника[2] на плоскость, перпендикулярную оси наблюдения. Иначе говоря — это отношение силы света, излучаемого поверхностью, к площади её проекции на плоскость, перпендикулярную оси наблюдения.

B(α)=dI(α)dσcos⁡α{\displaystyle B(\alpha )={\frac {dI(\alpha )}{d\sigma \cos \alpha }}}

В определении, данном выше, подразумевается, если рассматривать его как общее, что источник имеет малый размер, точнее малый угловой размер. В случае, когда речь идёт о существенно протяжённой светящейся поверхности, каждый её элемент рассматривается как отдельный источник. В общем случае, таким образом, яркость разных точек поверхности может быть разной. И тогда, если говорят о яркости источника в целом, подразумевается вообще говоря усреднённая величина. Источник может не иметь определённой излучающей поверхности (светящийся газ, область рассеивающей свет среды, источник сложной структуры — например туманность в астрономии, когда нас интересует его яркость в целом), тогда под поверхностью источника можно иметь в виду условно выбранную ограничивающую его поверхность или просто убрать слово «поверхность» из определения.[источник не указан 2123 дня]

В Международной системе единиц (СИ) измеряется в канделах на м². Ранее эта единица измерения называлась нит (1нт=1кд/1м²), но в настоящее время стандартами на единицы СИ применение этого наименования не предусмотрено.

Существуют также другие единицы измерения яркости — стильб (сб), апостильб (асб), ламберт (Лб):

1 асб = 1/π × 10−4сб = 0,3199 нт = 10−4Лб.[3]

  • Вообще говоря, яркость источника зависит от направления наблюдения, хотя во многих случаях излучающие или диффузно рассеивающие свет поверхности более или менее точно подчиняются закону Ламберта, и в этом случае яркость от направления не зависит.
  • Последний случай (при отсутствии поглощения или рассеяния средой — см. ниже) позволяет в определении рассматривать и конечные телесные углы и конечные поверхности (вместо бесконечно малых в общем определении), что делает определение более элементарным, однако надо понимать, что в общем случае (к которому при требовании большей точности относятся и большинство практических случаев) определение должно основываться на бесконечно малых или хотя бы физически малых (элементарных) телесных углах и площадках.
  • В случае поглощающей или рассеивающей свет среды видимая яркость, конечно, зависит и от расстояния от источника до наблюдателя. Но само введение такой величины, как яркость источника, мотивировано не в последнюю очередь именно тем фактом, что в важном частном случае непоглощающей среды (в том числе вакуума) видимая яркость от расстояния не зависит, в том числе в том важном практическом случае, когда телесный угол определяется размером объектива (или зрачка) и уменьшается с расстоянием (падение с расстоянием от источника силы света точно компенсирует уменьшение этого телесного угла).
  • Существует теорема, утверждающая, что яркость изображения никогда не превосходит яркости источника[4].

Яркость Lсветовая величина, равная отношению светового потока d2Φ{\displaystyle d^{2}\Phi } к геометрическому фактору dΩdAcos⁡α{\displaystyle d\Omega dA\cos \alpha } :

L=d2ΦdΩdAcos⁡α{\displaystyle L={\frac {d^{2}\Phi }{d\Omega dA\cos \alpha }}}.

Здесь dΩ{\displaystyle d\Omega } — заполненный излучением телесный угол, dA{\displaystyle dA} — площадь участка, испускающего или принимающего излучение, α{\displaystyle \alpha } — угол между перпендикуляром к этому участку и направлением излучения. Из общего определения яркости следуют два практически наиболее интересных частных определения:

Яркость, излучаемая поверхностью dS{\displaystyle dS} под углом α{\displaystyle \alpha } к нормали этой поверхности, равняется отношению силы света I{\displaystyle I}, излучаемого в данном направлении, к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению[5]:

L=dIdScos⁡α{\displaystyle L={\frac {dI}{dS\cos \alpha }}}

Яркость — отношение освещённости E{\displaystyle E} в точке плоскости, перпендикулярной направлению на источник, к элементарному телесному углу, в котором заключён поток, создающий эту освещённость:

L=dEdΩcos⁡α{\displaystyle L={\frac {dE}{d\Omega \cos \alpha }}}

Яркость измеряется в кд/м2. Из всех световых величин яркость наиболее непосредственно связана со зрительными ощущениями, так как освещённости изображений предметов на сетчатке глаза пропорциональны яркостям этих предметов. В системе энергетических фотометрических величин аналогичная яркости величина называется энергетической яркостью и измеряется в Вт/(ср·м2).

В астрономии яркость — характеристика излучательной или отражательной способности поверхности небесных тел. Яркость слабых небесных источников выражают звёздной величиной площадки размером в 1 квадратную секунду, 1 квадратную минуту или 1 квадратный градус, то есть сравнивают освещённость от этой площадки с освещённостью, даваемой звездой с известной звёздной величиной.

Так, яркость ночного безлунного неба в ясную погоду, равная 2⋅10−4 кд/м², характеризуется звёздной величиной 22,4 с 1 квадратной секунды или звёздной величиной 4,61 с 1 квадратного градуса. Яркость средней туманности равна 19—20 звёздной величины с 1 квадратной секунды. Яркость Венеры — около 3 звёздных величин с 1 квадратной секунды. Яркость площадки в 1 квадратную секунду, по которой распределён свет звезды нулевой звёздной величины, равна 92 500 кд/м². Поверхность, у которой яркость не зависит от угла наклона площадки к лучу зрения, называется ортотропной; испускаемый такой поверхностью поток с единицы площади подчиняется закону Ламберта и называется светлостью; её единицей является ламберт, соответствующий полному потоку в 1 лм (люмен) с 1 м².

  • Солнце в зените — 1,65⋅109 кд/м²[6]
  • Солнце у горизонта — 6⋅106 кд/м²[6]
  • освещённый солнцем туман — более 12 000 кд/м²[7]
  • небо, затянутое светлыми облаками — 10 000 кд/м²[8]
  • диск полной Луны — 2500 кд/м²
  • дневное ясное небо — 1500—4000 кд/м²[6]
  • небо в стратосфере на высоте 19 км — 75 кд/м²[9]
  • серебристые облака — иногда до 1—3 кд/м²[10]
  • полярные сияния — до 0,2 кд/м²[10]
  • ночное небо в полнолуние — 0,0054 кд/м²[11]
  • ночное безлунное небо — 0,01[6]—0,0001 кд/м²[8]; 0,000171 кд/м²[12]
  1. ↑ Под источником света может пониматься как излучающая, так и отражающая или рассеивающая свет поверхность. Также это может быть трёхмерный объект.
  2. ↑ В случае, когда источник не представляет собой светящуюся поверхность, речь идёт о проекции трёхмерного тела или области пространства, которая считается источником.
  3. ↑ Апостильб в Большой советской энциклопедии
  4. ↑ В случае усиливающей среды эта теорема прямо не выполняется или по крайней мере нуждается в аккуратном уточнении понимания её формулировки, формулировка же несколько затруднена тем, что в физическом смысле источником является не только первичный источник, но и среда. Так или иначе, если понимать под яркостью источника лишь яркость первичного источника, она совершенно очевидно может быть превзойдена при распространении света в активной среде.
  5. Петровський М. В. Електроосвітлення : конспект лекцій для студентів спеціальності 7.050701 «Електротехнічні системи електроспоживання» всіх форм навчання. — Суми : СумДУ, 2012. — 227 с.
  6. 1 2 3 4 Таблицы физических величин / под ред. акад. И. К. Кикоина. — М.: Атомиздат, 1975. — С. 647.
  7. ↑ Руководство по определению дальности видимости на ВПП (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 24 марта 2017. Архивировано 25 февраля 2017 года.
  8. 1 2 Енохович А. С. Справочник по физике.—2-е изд. / под ред. акад. И. К. Кикоина. — М.: Просвещение, 1990. — С. 213. — 384 с.
  9. ↑ Труды всесоюзной конференции по изучению стратосферы. Л.-М., 1935. — С. 174, 255.
  10. 1 2 Ишанин Г. Г., Панков Э. Д., Андреев А. Л. Источники и приемники излучения. — СПб.: Политехника, 1991. — 240 с. — ISBN 5-7325-0164-9.
  11. ↑ Tousey R., Koomen M.J. The Visibility of Stars and Planets During Twilight // Journal of the Optical Society of America, Vol. 43, N 3, 1953, pp 177—183
  12. ↑ Andrew Crumey Human Contrast Threshold and Astronomical Visibility

ru.wikipedia.org

прибор для измерения освещенности: измерение силы света

Актуальный тренд – уменьшение себестоимости электронных и технических устройств. Эта особенность открывает возможность для рядовых пользователей эксплуатации качественных измерительных приборов без чрезмерных затрат. Купив люксметр, можно с высокой точностью контролировать освещенность. Такое оснащение поможет обеспечить здоровые бытовые и рабочие условия.

Применение люксметра

Качественный свет – важный фактор жизни

Поддержание оптимальной освещенности обеспечивает хорошую видимость. Соблюдение определенного режима обусловлено не только обязанностями по выполнению действующих санитарных правил, строительных нормативов. Это необходимо для снижения утомляемости, длительного сохранения высокой производительности труда, снижения нагрузки на глаза и предотвращения специфических заболеваний. Иногда определенный показатель нужен для точного воспроизведения технологических процессов. Решить перечисленные задачи можно с помощью люксметра. Ниже приведены правила выбора и эксплуатации прибора, особенности измерений и оценки полученных результатов.

Диапазон измерения освещенности

Специальный прибор для измерения освещенности, люксметр, выбирают с учетом предполагаемой рабочей области. Нет смысла в избыточной трате энергетических ресурсов без действительной необходимости. Профессиональные расчеты выполняют с учетом особенностей отдельных операций: от общего наблюдения до действий с мелкими деталями высшей точности.

Нормативная освещенность объектов

ОбъектНормативная освещенность в люксах (лк)
Кухня150
Детская комната200
Гостиная, столовая150
Входная группа, коридоры между комнатами50
Библиотека, кабинет300
Межэтажные лестничные пролеты20
Площадка перед лифтом30
Тепловой пункт20
Фойе, приемные 150
Проектные организации500
Ремонтные и сервисные мастерские300
Серверная комната, операционный зал в банке400
Помещение для сейфа150
Аудитории высших учебных заведений400
Спортивные залы200
Бильярдные комнаты300
Бассейн150
Торговый зал в магазине500
Склад в прачечной50
Муниципальная автомобильная дорога с проходимостью 500-1000 транспортных средств за час15
Центральные аллеи на выставках10

К сведению. Один люкс – это люмен (единица светового потока)/ кв. метр поверхности.

Существенное значение имеет чувствительность человеческого глаза к определенным участкам спектра. Современные приборы для измерения света создают с учетом соответствующих особенностей. Обычно проверяют видимый диапазон. Однако надо помнить о том, что незаметное ультрафиолетовое излучение при большой интенсивности оказывает негативное влияние на сетчатку.

Также проверяют пульсации с частотой до 300 Гц. Они заметны для человеческого зрения. Подобные изменения амплитуды излучения вызывают дискомфорт, вплоть до болезненных ощущений. Необходимо помнить о вреде избыточной освещенности. В подобных условиях значительно возрастают общие нагрузки, так как активизируются обменные процессы в организме.

Интересно. Отдельно следует упомянуть уход за растениями. Освещенность для роз и пальм устанавливают выше 14 000-16 000 люкс. Неприхотливым фикусам достаточно 8 000-11 000 люкс.

Контроль освещения позволяет при разумных затратах энергии получать хорошие показатели урожайности в круглогодичном режиме

Чем измерять параметры ламп

Не следует путать упомянутые термины. Люксметр применяют для измерения освещенности определенной площади. Подразумевается возможность наличия одновременно нескольких искусственных и естественных источников света. Итоговые данные отображаются в люксах.

Измеритель для ламп показывает величину светового потока в люменах. Показания снимают с помощью специального датчика, созданного в форме сферы. Для повышения точности исключают иные источники, образующие помехи, паразитные колебания в соответствующем диапазоне.

Профессиональный комплект для измерения светового потока

Некоторые универсальные модели (люксметры) способны фиксировать пульсации. Такие аппараты используют для проверки газоразрядных и светодиодных ламп. Для наглядности полученные данные преобразуют в графическую форму с применением специализированного программного обеспечения.

Что такое люксметр

Типичный измерительный прибор состоит из чувствительного фотоэлемента, подсоединенного к регистрирующему устройству. При попадании света на рабочую поверхность формируется выходное напряжение. Соответствующие изменения отображаются стрелочным (цифровым) индикатором. Некоторые модели оснащают встроенным блоком памяти для длительного сохранения показаний.

Специальными насадками уменьшают интенсивность излучения при работе с высокими уровнями освещенности. В подобных ситуациях пользуются соответствующей шкалой или устанавливают определенный рабочий диапазон. Более точные результаты обеспечивают приборы с динамическими измерительными характеристиками, которые хорошо соответствуют чувствительности человеческих органов зрения. Необходимые параметры устанавливают и корректируют с помощью компьютерной обработки.

Какой бытовой люксметр купить для измерения только освещенности (лк)? Для решения многих практических задач вполне достаточно возможностей недорогой модели. Относительная простота подразумевает удобство управления, надежность, минимум затрат при ремонте.

Устройство и принцип функционирования

С помощью приведенной ниже схемы можно самостоятельно создать функциональный измеритель. Номиналы компонентов подбирают индивидуально с учетом совместимости, диапазона, размеров и других факторов.

Принципиальная схема люксметра

Пояснения:

  • фотодатчик (B) подключают через разъем на кабеле;
  • калибровку стрелочного индикатора (Р) можно сделать с применением показаний фабричного прибора, взятого в аренду;
  • потенциометрами (R1 и R3) делают точную регулировку;
  • выключатели (S) пригодятся для выбора нужного диапазона чувствительности.

Какой комбинированный прибор с функцией люксметра (измерителя освещенности) купить? На основе изложенных базовых принципов производители предлагают устройства с расширенными возможностями. С помощью дополнительного контроллера прибор способен не только определять освещенность. При включении соответствующего режима меняется мощность питания и сила светового потока с одновременным контролем в режиме онлайн. В другом варианте поддерживается заданный пользователем уровень освещенности определенной площади при естественном изменении внешних условий.

Схема комбинированного устройства с функционалом люксметра

Качественные приборы воспринимают излучение подобно человеческому глазу. На практике пригодится компактность сенсора и проводное подключение для размещения датчика в труднодоступных местах. В комбинированных приборах нужна понятная структура меню, чтобы минимизировать проблемы при управлении. Крупный дисплей упростит снятие показаний.

Простое измерение любого источника света

По типовому руководству датчик устанавливают горизонтально в определенной рабочей области. В мультифункциональных устройствах выбирают нужный режим. Считывают результаты с дисплея или отправляют их в компьютер для программной обработки с применением соединительного кабеля.

Пульсации измеряют у потолочных и настольных светильников, экранов ноутбуков и смартфонов, планшетов и мониторов. Фотодатчик размещают как можно ближе к источнику после переключения в соответствующий режим. Соблюдают минимальную рекомендованную дистанцию, чтобы предотвратить перегрев (при работе с лампами накаливания).

Для предотвращения ошибок в ходе измерения освещенности люксометром:

  • обеспечивают стабильность датчика;
  • предотвращают паразитное влияние других источников света;
  • исключают движение людей, вибрации, другие помехи.

Назначение люксметра начального уровня

Подходящий пример – люксметр Ю 116. Эта отечественная разработка проверена длительной эксплуатацией. Прибор обеспечивает класс точности по метрологическому стандарту категории «10». Он способен выполнять измерения в диапазоне 0,1-100000 лк с насадками. Погрешность не превышает 5 % во всех режимах.

Модель Ю 116

Важно! Инструкция по эксплуатации люксметра Ю 116 сообщает об успокоении стрелки не более, чем за 4 секунды. Внимательное изучение этих и других официальных рекомендаций необходимо для правильной эксплуатации.

Цифровой люксметр

Пользоваться современными моделями удобнее, по сравнению с предыдущим вариантом. Они компактнее, лучше защищены от неблагоприятных внешних воздействий. Электронное оснащение подразумевает расширенную функциональность. Кроме освещенности, в некоторых моделях предусмотрено измерение пульсаций, иных параметров.

Осциллограмма и распределение спектра упрощают изучение показаний

Новейшие модели оснащают сенсорами с широким диапазоном чувствительности. Распределение рабочих параметров соответствует характеристикам человеческого глаза, что повышает достоверность результатов. Погрешность серийных изделий – от 3 до 10 %. Подключение компьютера расширяет базовые возможности, позволяет автоматизировать измерительные процедуры.

Какой люксметр лучше

До поиска в торговой сети надо уточнить задачи, условия применения. Чтобы соблюдать требования законодательства, нужна официальная поверка прибора с включением изделий в Государственный реестр. В технических данных проверяют:

  • рабочий диапазон;
  • относительную погрешность измерительных процедур в разных рабочих режимах;
  • допустимые параметры температуры, влажности, атмосферного давления;
  • вид индикаторного прибора.

В стандартную комплектацию, кроме датчиков и соединительных кабелей, иногда добавляют специальное ПО и сумку для переноски (хранения).

Производители люксметров в России

Отечественная продукция по главным параметрам ничем не уступает зарубежным аналогам. Она сертифицирована, хорошо подходит для местных условий эксплуатации. Надежную модель «Ю-116» выпускает «ПрофКиП». Многие потребители положительно оценивают приборы, которые предлагает НТП «ТКА». Гарантийные обязательства производителей соответствуют международным стандартам. Кроме демократичной стоимости, надо подчеркнуть отсутствие проблем с приобретением запасных частей и дополнительных аксессуаров.

Видео

amperof.ru

Измерение цветовой температуры. Методы и нужные приборы.

По ощущениям измерение цветовой температуры и цвета бывают теплыми и холодными. На самом деле все оттенки очень горячие. Не бывает холодных, так как каждый цвет имеет температуру, достаточно высокую. Цветовая температура — длина волны излучения — является фундаментальной и ключевой характеристикой всех световых источников, учитывая и полупроводниковый вариант. Восприятие человеческим глазом как излучателя, так и общей обстановки непосредственно зависит от характеристики температуры цвета. Этот фактор нужно учитывать при покупке того или иного светодиодного устройства. Термин цветовой температуры предложил физик-теоретик из Германии Макс Планк. Ученый изначально использовал его, чтобы определять уровень нагрева звезд и других небесных объектов.

Такое понятие означает температурный режим, при котором даже полностью черный предмет излучает в определенном диапазоне электромагнитные волны установленной продолжительности, которые воспринимаются оптической системой человека как цвет. С увеличением цветовой температуры освещающего аппарата цвет, который исходит от этого источника, будет становиться белее, то есть светлеть. После появления и распространения светодиодных светильников цветовая температура обрела абсолютно другое значение.

Единица измерения цветовой температуры

Каждый пятый человек знает, что температура освещения измеряется в Кельвин. Если вы покупали энергосберегающие лампочки-спиральки, то, вероятно, замечали на упаковках надписи «2700 К», «3500 К» или «4500 К». Эти наборы цифр как раз и являются цветовой температурой светового потока, который излучает лампочка. Почему измерение проводится в Кельвинах и что значит это слово? Единица измерения, предложенная Ульямом Томсоном, также известным как лорд Кельвин, в 1848 году, официально утверждена в Международной Системе единиц. В физических науках и дисциплинах, пересекающихся с физикой, в Кельвин измеряют термодинамическую температуру. Температурная шкала начинается с 0 Кельвинов, что означает -273.15 градуса по Цельсию. Абсолютный ноль температуры — 0 Кельвин. Из Цельсия легко перевести температуру в Кельвин: просто прибавьте 273. К примеру, 0 градусов по Цельсию — 273 К, тогда 1°С равняется 274 К. По аналогии можно рассчитать и температуру человеческого тела — 36.6 градусов. 36.6 + 273.15 = 309.75 Кельвин — очень просто.

Важные моменты при выборе освещения. Измерение цветовой температуры.

Уют и психологический комфорт интерьера, дизайн которого включает в себя освещение полупроводниковым излучателем, зависит именно от температуры свечения. Например, поток света, исходящий от стандартной лампы накаливания, имеет 2800 Кальвинов, а солнечное сияние — примерно 5500 К. Пламя восковой свечи, которую часто применяют для создания романтической обстановки, — 1500 К. Не для кого не секрет, что холодные тона лучше устанавливать в офисных помещениях, кабинетах или зданиях государственных органов, где все должно быть серьезно и официально, так как холодный тон настраивает людей на работу, заряжает их энергией. Теплые или даже горячие оттенки, напротив, расслабляют человека, позволяет ему отдохнуть от тяжелого рабочего дня и прибавляют уюта домашней обстановке.

Как выглядит цветовая температура

Рассмотрите следующие картинки, чтобы представить, как определяется температура цвета в реальной жизни.

Ксеноновые автомобильные фары:

Как мы видим, высокая температура присуща желтым оттенкам, низкая же — белым или голубым. Интересно, что холодные и теплые цвета не зря так называются. Присмотритесь к фаре с температурой 15000 К. Не напоминает кусочек льда? А светильник на 3000 К похож на солнце, горячее, струящее лучи света.

Люминесцентные лампы:

Здесь горячий цвет представляется в виде оранжевой лампочки, а холодный — в виде пурпурной. Промежуточные оттенки: белый и голубой.

Измерение цветовой температуры на глаз

Как измерить цветовую температуру на глаз. Когда вы видите тлеющие в костре угольки, красные, раскаленные, можете с гордостью заявить друзьям, что температура этого красного оттенка примерно 800 Кельвинов.

Свет свечи, как уже говорилось, имеет 1500-2000 К.

У лампы накаливания 40 Ватт — 2200 К.

Во время съемки кино применяются лампы на 3200 К.

Лампа дневного света — 4200 К.

Сумерки — 8000 К.

Зимой небо голубое, ясное. Ученые провели исследования и сделали вывод, что в это время цветовая температура неба — 15000 К.

В северных широтах, то есть в Швеции, Канаде, Норвегии и так далее, небо составляет 20000 Кельвин.

 

Отсутствие температуры

Световое излучение, как и все другое, начинается с нуля. Ноль в нашем случае — это черный цвет, другими словами, отсутствие любого цвета. Черный — это 0 интенсивности, насыщенности, цветового тона. Мы видим предмет черным потому, что он поглощает почти весь попадающий на него цвет. Есть понятие абсолютно черного тела — идеализированного объекта, поглощающего все излучение, которое на него падает, и ничего не отражающего. Несомненно, в реальном мире такого феномена нет, природа не создала абсолютно черных предметов. Даже тела, кажущиеся нам черными, на самом деле не являются таковыми. Можно изготовить модель почти абсолютно черного предмета. Такое изобретение представляет собой черный куб, пустой внутри, с небольшим отверстием, пропускающим лучи света. Конструкция имеет сходство со скворечником.

Попадающее внутрь свечение будет отражаться от стенок куба, из-за чего полностью поглотится. Наружное отверстие после этого будет казаться совершенно черным. Даже после покраски куба в черный цвет отверстие все равно будет темнее, что является примером абсолютно черного тела. На самом деле отверстие не может в прямом смысле слова являться телом. Оно лишь показывает, каким может быть такой предмет.

Измерение цветовой температуры.Фотометрический метод.

Учтите, что в домашних условиях точно измерить температуру свечения без профессионального оборудования не получится, но общее представление составить можно. Эта методика измерения применяется светотехническими лабораториями, научно-исследовательскими центрами, а также в профильных компаниях, которые производят полупроводниковые источники света. Предусматривается использование специального физического устройства — фотометрического шара с двухметровым диаметром. Сначала температурные параметры калибруют, а затем производят сложные расчеты, благодаря которым можно построить контрольные графики.

Понятно, что в домашних условиях применение фотометрической методики нецелесообразно, но все же такую сферу можно соорудить самостоятельно, однако будет нелегко получить высокую точность расчетов. Помимо этого, понадобится купить еще несколько дорогостоящих устройств для получения правильных данных цветовых параметров светодиодных конструкций. Исходя из этих фактов, можно сделать вывод, что фотометрический способ, также называемый гониометрическим, подходит только для заводов и специализированных лабораторий. Если не погас огонек любознательности и вы все еще хотите измерить цветовую температуру дома, пойдите более простой и действенной дорожкой.

Измерение цветовой температуры спектрометром.

МК350N — буквенно-цифровое название самого популярного измерительного устройства для выявления физических характеристик световых источников.

Параметры, которые определяет МK350N:

  • данные о цветовой температуре всех осветительных приборов;
  • информация о длине волны;
  • количество люксов;
  • индекс цветопередачи;
  • максимальный и минимальный углы освещения.

Этот список можно пополнить, но ограничимся лишь основными пунктами.

Спектрометр славится эффективностью, точностью расчетов и функционированием без сложной калибровки, поэтому часто покупается «домашними» измерителями. После всех преимуществ сложилось впечатление, что это изделие идеально. Устройство и вправду получит все необходимые данные о температуре свечения, уровне освещенности и другие, но и стоит оно недешево. В России профессиональную модель можно найти за 2 тысячи долларов, которые отбивают всякое желание исследовать. Не спешите расстраиваться Измерение цветовой температуры можно проводить и не профессиональными устройствами, потому что на российском рынке продаются и любительские приборы, стоимость которых устроит почти каждого измерителя.

Цветовая температура светодиодов

lightru.pro

Световая величина — Википедия

Светова́я величина́ — редуцированная фотометрическая величина, образованная из энергетической фотометрической величины при помощи относительной спектральной чувствительности специального вида — относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения V(λ){\displaystyle V(\lambda )}[1]. От энергетических световые величины отличаются тем, что характеризуют свет с учётом его способности вызывать у человека зрительные ощущения. Образуют систему световых фотометрических величин.

В качестве единиц измерения световых величин используются особые световые единицы, базирующиеся на единице силы света «кандела». В свою очередь кандела является одной из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).

Световые величины обозначаются теми же буквами, что и энергетические величины, из которых они образованы, но снабжаются при этом индексом «v{\displaystyle v}», например, Xv{\displaystyle X_{v}}.

Относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения.

В случае монохроматического излучения с длиной волны λ{\displaystyle \lambda } соотношение, связывающее световую величину Xv(λ){\displaystyle X_{v}(\lambda )} с энергетической величиной Xe(λ){\displaystyle X_{e}(\lambda )}, имеет вид:

Xv(λ)=Km⋅Xe(λ)V(λ),{\displaystyle X_{v}(\lambda )=K_{m}\cdot X_{e}(\lambda )V(\lambda ),}

где Km{\displaystyle K_{m}} — максимальное значение спектральной световой эффективности монохроматического излучения (фотометрический эквивалент излучения), равное в Международной системе единиц (СИ) 683 лм/Вт[2][3]. С учётом этого значения исходное соотношение принимает вид:

Xv(λ)=683⋅Xe(λ)V(λ).{\displaystyle X_{v}(\lambda )=683\cdot X_{e}(\lambda )V(\lambda ).}

Функция V(λ){\displaystyle V(\lambda )} по своему физическому смыслу представляет собой относительную спектральную зависимость чувствительности человеческого глаза, её максимум располагается на длине волны 555 нм. Функция нормирована так, что её значение в максимуме равно единице. Таким образом, из сказанного следует, что значение световой величины монохроматического излучения пропорционально значению энергетической величины и чувствительности глаза.

В более общем случае, когда излучение занимает относительно широкий участок спектра, этот участок можно разбить на большое количество малых частей, каждая из которых располагается между λ{\displaystyle \lambda } и λ+dλ{\displaystyle \lambda +d\lambda } и имеет ширину dλ{\displaystyle d\lambda }. Излучение, приходящееся на любую из этих частей, можно рассматривать как монохроматическое со значениями световой величины dXv(λ){\displaystyle dX_{v}(\lambda )} и энергетической — dXe(λ){\displaystyle dX_{e}(\lambda )}. Записав для каждой части спектрального диапазона приведённое выше соотношение и произведя суммирование (точнее, интегрирование), получим следующее:

Xv=683⋅∫380 nm780 nmV(λ)dXe(λ).{\displaystyle X_{v}=683\cdot \int \limits _{380~nm}^{780~nm}V(\lambda )dX_{e}(\lambda ).}

Для дальнейшего удобно ввести в рассмотрение спектральную плотность энергетической величины. Спектральная плотность Xe,λ(λ){\displaystyle X_{e,\lambda }(\lambda )} величины Xe{\displaystyle X_{e}} определяется как отношение величины dXe(λ),{\displaystyle dX_{e}(\lambda ),} приходящейся на малый спектральный интервал, заключённый между λ{\displaystyle \lambda } и λ+dλ,{\displaystyle \lambda +d\lambda ,} к ширине этого интервала:

Xe,λ(λ)=dXe(λ)dλ.{\displaystyle X_{e,\lambda }(\lambda )={\frac {dX_{e}(\lambda )}{d\lambda }}.}

Используя это определение в подинтегральном выражении, получаем окончательное соотношение для связи световой величины с соответствующей ей энергетической величиной, справедливое в общем случае:

Xv=683⋅∫380 nm780 nmXe,λ(λ)V(λ)dλ.{\displaystyle X_{v}=683\cdot \int \limits _{380~nm}^{780~nm}X_{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda .}

Спектральная плотность световой величины[править | править код]

Спектральная плотность световой фотометрической величины Xv{\displaystyle X_{v}} определяется аналогично спектральной плотности энергетической величины: она представляет собой отношение величины dXv(λ),{\displaystyle dX_{v}(\lambda ),} приходящейся на малый спектральный интервал, располагающийся между λ{\displaystyle \lambda } и λ+dλ,{\displaystyle \lambda +d\lambda ,} к ширине этого интервала:

Xv,λ(λ)=dXv(λ)dλ.{\displaystyle X_{v,\lambda }(\lambda )={\frac {dX_{v}(\lambda )}{d\lambda }}.}

Обозначением спектральной плотности величины служит буква, представляющая соответствующую величину, с подстрочным индексом, указывающим спектральную координату. В качестве последней могут выступать не только длина волны, но и частота, энергия кванта света, волновое число и другие[4].

Сведения об основных световых величинах и об их энергетических аналогах приведены в таблице.

Здесь dS1{\displaystyle dS_{1}} — площадь элемента поверхности источника, dS2{\displaystyle dS_{2}} — площадь элемента поверхности приёмника, ε{\displaystyle \varepsilon } — угол между нормалью к элементу поверхности источника и направлением наблюдения.

ru.wikipedia.org

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о