Измерение энергетической освещенности приборы принцип устройства

Измерение энергетической освещённости

Диапазон измерения, мВт/м 2	10. 40 000
Предел допускаемой основной относительной погрешности для источников типа «А», «Д-65», КГМ. ДРГ, ЛЛ, %	±16,0
Для других источников, %	±25,0
Источник питания — батарея (типоразмер «Крона»), В
Масса прибора, кг (не более)	0,4
Габаритные размеры прибора, мм (не более):
блок обработки сигналов	130´70´30
фотометрическая головка	150´50´50

Эксплуатационные параметры:

Температура окружающего воздуха. °С:
нормальные рабочие условия	20±5
рабочий диапазон температур	0. 40
Относительная влажность воздуха при температуре окружающего воздуха 25 °С, %, не более
Атмосферное давление, кПа	80. 110

Устройство и принцип работы

Приборы комбинированные выпускаются в компактном портативном исполнении. Конструктивно прибор состоит из двух функциональных блоков: фотометрической головки и блока обработки сигнала, связанных между собой гибким многожильным кабелем (рис. 1).

Рис.1. Внешний вид прибора 1 — Блок обработки сигналов 2 — Фотометрическая головка

На лицевой стороне блока обработки сигнала расположен переключатель каналов измерений и жидкокристаллический индикатор.

В фотометрической головке расположены фотоприемные устройства для регистрации излучения.

На задней стенке фотометрической головки расположена крышка батарейного отсека.

Корпуса блоков прибора изготовлены из ударопрочного полистирола.

Пломба предприятия-изготовителя устанавливается в нижнем отверстии крышки блока обработки сигнала. Рядом на крышке указывается заводской порядковый номер прибора.

Принцип работы прибора заключается в преобразовании фотоприемными устройствами оптического излучения в электрический сигнал с последующей цифровой индикацией числовых значений освещённости (лк) и энергетической освещённости (мВт/м 2 ).

Для измерения желаемой характеристики излучения достаточно расположить фотометрическую головку прибора в плоскости измеряемого объекта.

Порядок работы

До начала работы с прибором потребитель должен внимательно ознакомиться с назначением прибора, его техническими данными и характеристиками, устройством и принципом действия, а также с методикой проведения измерений.

Эксплуатация прибора допускается только в рабочих условиях, указанных выше.

Проверить наличие элемента питания. Для этого необходимо открыть крышку батарейного отсека на задней стенке фотометрической головки и при необходимости установить элемент питания. Перед началом измерений убедитесь в работоспособности элемента питания. Если во время работы прибора появится символ разряда батареи (- +), замените батарею на новую.

Появление на ЖКИ символа «1. » информирует о превышении значением измеряемого параметра установленного энергетического диапазона и о необходимости перехода на последующие пределы измерения.

При измерениях энергетической освещённости более 2 000 мВт/м 2 и освещенности более 2 000 лкнеобходимо перевести переключатель в положение «´10».

При измерениях энергетической освещённости более 20 000 мВт/м 2 и освещённости более 20 000 лкнеобходимо перевести переключатель в положение «´100».

Измерение освещённости (режим «люксметра»)

Расположите фотометрическую головку прибора параллельно плоскости измеряемого объекта. Проследите за тем, чтобы на окна фотоприемников не падала тень от оператора, производящего измерения, а также тень от временно находящихся посторонних предметов.

Включите прибор в режим работы «ОСВЕЩЁННОСТЬ»,выбрав необходимый канал измерения, исчитайте с цифрового индикатора измеренное значение освещенности. Входные окна фотоприемников должны быть обращены по направлению к измеряемой поверхности.

Измерение энергетической освещенности (режим«УФ-Радиометра»)

Расположите фотометрическую головку прибора параллельно плоскости измеряемого объекта. Проследите за тем, чтобы на окна фотоприемников не падала тень от оператора, производящего измерения, а также тень от временно находящихся посторонних предметов.

Включите прибор в режиме работы «ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОСВЕЩЁННОСТЬ»,выбрав необходимый канал измерения, и считайте с цифрового индикатора значение энергетической освещённости.

После окончания работы выключите прибор поворотом переключателя в положение «Выкл.».

Источник

Энергетической освещенности и их принципы работы

Способы.Выделяют 3 основных способа измерения энергетической освещенности:

1. радиометрический способ;

Радиометрический способ основан на простом принципе: при поглощении тепловым приемником потока излучения происходит нагревание вещества. Ввиду этого измерение энергетической освещенности сводится к измерению температуры. Степень повышения температуры определяется в свою очередь путем измерения того или иного эффекта, зависящего от температуры. К ним относится тепловое расширение вещества, изменение его оптического сопротивления, испарение и т. д. Чаще всего эффекты линейно зависят от энергетической освещенности.

2. фотоэлектрический способ;

Фотоэлектрический способ основан на принципе фотоэффекта. Внешний фотоэффект наблюдается у металлов и некоторых полупроводников. При падении излучения на поверхность какая-то доля падающего потока поглощается. Энергия поглощенного фотона передается электрону внутри металла; его кинетическая энергия увеличивается. Если она превысит работу выхода, необходимую для преодоления потенциального барьера, то электрон вырывается из металла. Энергия выходящих электронов линейно зависит от частоты падающего излучения, а их число – от числа падающих квантов.

3. способ измерения энергетической освещенности через световые величины

При измерении энергетических величин приемник должен просуммировать излучения всех длин волн, испускаемые источником. Иначе говоря, он должен быть неселективным в пределах всего диапазона, излучаемого источником. Трудно обеспечить с достаточной точностью неселективность в очень широком диапазоне длин волн. Все измерения обычно производят в атмосфере, которая имеет значительное поглощение в различных участках ультрафиолетовой и инфракрасной областей. Дополнительное осложнение состоит в том, что это поглощение зависит от состояния атмосферы и, следовательно, меняется от случая к случаю. Если учесть все трудности, связанные с измерениями в широком спектральном диапазоне, в некоторых случаях может оказаться, что определение энергетических величин, в частности энергетической освещенности, через световые выгодно как с точки зрения точности, так и по соображениям трудоемкости.

Датчики.Датчиками при измерении энергетической освещенности являются приемники излучения (детекторы). До настоящего времени разработано множество типов приемников излучения. Они отличаются друг от друга механизмом действия, чувствительностью, точностью, селективностью к длине волны излучения, степенью сложности устройства. Для различных экспериментов удобны различные приемники. Широкое распространение получили тепловые приемники – приемники, в которых превращенное излучение превращается в тепло и измеряется вызванное этим изменение температуры. Они особенно удобны для измерений в инфракрасной области спектра. Тепловые приемники с некоторой оговоркой можно считать неселективным.

4. приемники, основанные на термическом расширении;

Термоэлемент представляет собой термопару, один из спаев которой нагревается падающим излучением (рис. 5). При наличии излучения спай нагревается, поэтому в цепи возникает разность потенциалов ΔV. Как правило, для термопары используются проволочки, сильно отличающиеся по своим электрическим свойствам. Для получения высокой чувствительности необходимо устранить все бесполезные потери тепла. С этой целью термопару

помещают в откаченные сосуды, окна которых прозрачны для исследуемой радиации.

Термостолбики представляют собой последовательно соединенные термопары.

Болометры в основном используются в инфракрасной области спектра. Действие их основано на изменении сопротивления тонкого проводящего или полупроводящего слоя при изменении его температуры.

В качестве приемника излучения, основанного на термическом расширении, часто применяют две тонкие полоски твердых веществ, обладающие разными коэффициентами теплового расширения и скрепленные вместе. При нагревании этот двухслойный приемник изгибается, а измерение изгиба не вызывает затруднений.

Терморизисторы – термочувствительные сопротивления из окислов металлов (Ni, Co, Mn).

Широко распространены и применяются фотоэлементы.

Устройство фотоэлемента несложно. Он состоит из вакуумной колбы, на одну из стенок которой нанесен светочувствительный слой K (фотокатод). Внутри колбы помещен анод A. До облучения фотокатода тока в цепи нет, он появляется при облучении. При неизменном значении потока Ф ток i зависит от разности потенциалов между анодом и катодом. По мере ее увеличения наступает насыщение. Значение энергетической освещенности измеряют обычно в условиях насыщения. Это проще. Величина тока измеряется обычными методами и дает надежную информацию о величине энергетической освещенности. Наличие порога фотоэффекта затрудняет создание фотоэлементов для инфракрасной области спектра.

Приборы.Наиболее широкое применение получили радиометры. Радиометр, изображенный на рисунке 7, работает по принципу замещения лучистого нагрева электрическим. Приемная часть радиометра – камера 3 в ви де конической полости из медной фольги; по ее внутренней поверхности плотно уложена манганиновая нагревательная обмотка. Камера подвешена внутри массивного латунного корпуса 7 с помощью двенадцати ленточных термоэлементов, горячие спаи которых приклеены к наружной стенке камеры, а холодные прикреплены к внутренней стенке корпуса. Внутренняя поверхность камеры покрыта камфарной чернью. Корпус радиометра, никелированный снаружи и вычерненный внутри, имеет внутренние и наружные диафрагмы 5 и 6, определяющие «угол зрения» прибора и предохраняющие его от паразитного нагрева. Коэффициент поглощения прибора – 0,99. Измерение термо-ЭДС осуществляется потенциометром, снабженным гальваническим усилителем.

При измерениях с помощью термоэлектрических приемников энергетическая освещенность E (в идеальном случае полного замещения мощности падающего излучения мощностью электрического тока) вычисляется по формуле:

,

где I – сила тока в нагревательном элементе; U – падение напряжения на его проводящих концах; A – площадь приемной поверхности; α – коэффициент поглощения черни.

Значения I и U измеряются непосредственно при определении E. Площадь A определяется по размерам измерительной диафрагмы, установленной вблизи приемной поверхности.

Схема современного радиометра представлена на рисунке 8. Фотоприемное устройство представляет собой преобразователь излучения в электрический сигнал. Оно состоит из нескольких фотоприемников. Сигналы с ФПУ подаются на предварительный усилитель, где происходит одновременно с усилением сигналов и их масштабирование. Усиленные сигналы постоянного тока подаются на входы АЦП для преобразования в цифровую форму. Цифровые сигналы с выходов АЦП подаются в микропроцессор для дальнейшей обработки.

Программное обеспечение позволяет представлять результаты измерений в необходимой форме для вывода их на внешний дисплей и на внешний персональный компьютер.

В последнее время измерение величины энергетической освещенности носит не только научный характер в таких областях как физика, астрономия, биология и т. д., но находит широкое применение для контроля условий труда рабочих, в музейной практике для защиты от обесцвечивания и порчи материалов музейных экспонатов, архивных материалов, редких книг, в метеорологии, в сельском хозяйстве и т. д.

Источник

ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Средства измерения освещенности

Для измерения освещенности используют следующие измерительные приборы:

· люксметр Ю–116, предназначен для измерения освещенности, создаваемой лампами накаливания и естественным светом, источники которого расположены произвольно относительно светоприемника люксметра;

· пульсметр–люксметр «Аргус–07» – для измерения освещенности, создаваемой естественным светом и различными источниками искусственного освещения в диапазоне от 1,0 до 20 000 лк в спектральном диапазоне от 380 до 800нм и коэффициента пульсации излучения искусственного освещения;

· пульсметр–люксметр ТКА–пульс – для измерения коэффициента пульсации и освещенности и видимой области спектра, создаваемой искусственными или естественными источниками, расположенными произвольно относительно приемника;

· люксметр–яркомер «Аргус–12» – для измерения освещенности, создаваемой естественным светом и различными источниками искусственного освещения в диапазоне от 0,1 до 200 000 лк и яркости самосветящихся объектов в диапазоне 1. 200 000 кд/м 2 в спектральном диапазоне от 0,38 до 0,80 мкм;

· люксметр–яркомер ТКА–ПК – для измерения освещенности в видимой области спектра и яркости накладным методом телевизионных кинескопов, дисплейных экранов и самосветящихся протяженных объектов;

· другие приборы импортного и отечественного производства.

5.2. Устройство и принцип работы люксметра Ю–116

Люксметр Ю–116 (рис. 2) состоит из фотоэлемента с набором поглотительных насадок и гальванометра. Действие прибора основано на фотоэлектрическом эффекте.

1 – селеновый фотоэлемент; 2 – насадка К; 3 –показывающий прибор (гальванометр);

4,5 – кнопки переключения диапазонов измерений (левая: 5. 30 лк; правая: 20. 100 лк),

Световой поток, падающий на селеновый фотоэлемент, вызывает электрический ток, величина которого фиксируется стрелкой гальванометра пропорционально величине светового потока.

Прибор имеет две шкалы измерения: от 0 до 30 лк (нижняя) и от 0 до 100лк (верхняя) и соответствующие им кнопки управления.

При нажатии левой кнопки отсчет показаний ведется по нижней шкале 0. 30 лк, при нажатии правой – по верхней шкале в пределах 0. 100 лк.

Наибольшую погрешность измерений прибор дает при малых отклонениях стрелки гальванометра. Поэтому на каждой шкале точкой обозначено допустимое начало измерения. На шкале 0. 30 лк эта точка находится над отметкой 5 лк, а на шкале 0 . 100 лк – над отметкой 20 лк.

Для измерения больших освещенностей (свыше 100 лк) на фотоэлемент, для расширения диапазона измерения надевают светопоглотительные насадки К, М, Р, Т.

Насадка К выполнена в виде полусферы из белой светорассеивающей пластмассы и служит для уменьшения косинусной погрешности, связанной с углом падения света на фотоэлемент. Насадка К применяется только совместно с одной из насадок М, Р или Т.

При использовании насадок К и Мкоэффициент ослабления светового потока составляет 10, при использовании насадок К и Р – 100, а насадок К и Т– 1000.

Показания прибора при использовании насадок умножают на соответствующий коэффициент ослабления.

Кроме того, при измерениях люксметром Ю–116 его показания должны умножаться на поправочный коэффициент K₁, учитывающий соответствующийисточник света (табл. 2).

Значения коэффициента поправки на цветность источников света

для люксметров типа Ю–116 и Ю–117

Источники света	Значение К1
Люминесцентные лампы типа: ЛБ ЛД, ЛДЦ ЛХБ ЛЕ ЛХЕ
1,17
0,99
1,15
1,01
0,98
Лампы типа ДРЛ	1,09
Металлогалогенные лампы типов: ДРИ 400 ДРИ 1000 ДРИ 3500 ДНаТ
1,22
1,06
1,03
1,23
Лампы накаливания	1,0
Естественная освещенность	0,80

Подготовка к работе

Для подготовки к измерению установить измеритель люксметра в горизонтальное положение. Проверить, находится ли стрелка прибора на нулевом делении шкалы при отжатых кнопках.

Порядок работы

При измерениях освещенности необходимо соблюдать следующие требования:

– на измерительный фотометрический датчик прибора не должна падать тень от человека;

– измерительный прибор не должен располагаться вблизи сильных магнитных полей.

1. Для измерения освещенности установить фотоэлемент с соответствующими насадками на рабочую поверхность (стол) горизонтально, гальванометр – на некотором расстоянии от фотоэлемента в удобном для снятия показания месте.

2. Селеновый фотоэлемент следует оберегать от излишней освещенности, не соответствующей выбранным насадкам. Для этого следует последовательно устанавливать насадки К и Т, К и Р, К и М и при каждой паре насадок сначала нажимать правую кнопку, а затем левую.

3. Если при насадках К и М и нажатой левой кнопке стрелка показывающего прибора не доходит до 5 делений по шкале 0. 30, измерение следует проводить без насадок открытым фотоэлементом.

· выключить люксметр (обе кнопки отжаты);

· уложить фотоэлемент в футляр.

Лабораторный стенд

Стенд имитирует рабочее место. Характеристика работ и система освещения принимаются в соответствии с вариантом (табл.3).

Над стендом (на потолке учебной аудитории) имеется линия из светильников общего освещении, источник света – люминесцентные лампы.

Стенд снабжен светильником местного освещения – настольная лампа, источник света – лампа накаливания.

Лабораторный стенд имеет две камеры, одна из которых имитирует помещение с темной окраской стен, другая – со светлой окраской стен. В обеих камерах имеется одинаковый источник света – лампы накаливания равной мощности. Лицевая панель камер имеет вырезы для установки через них фотоэлемента люксметра при проведении замеров освещенности.

Источник