Контрольно-измерительные приборы: люксметр

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Федеральное агентство по образованию

Бийский технологический институт (филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

"Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова"

Кафедра МСИА

Реферат по предмету «Основы оптико-электронных приборов и систем»

Люксметр

Проверил

преподаватель:

Терентьев С.А.

Выполнил

ст. гр. ПС-24:Титов Р.А.

Бийск 2015



Содержание

Введение

1. Приборы для световых измерений

2. Номенклатура средств измерений

3. Общие сведения о приборах измерения освещённости

3.1 Люксметр

3.2 Измерение освещённости

4. Люксметр цифровой Mastech MS 6610

Заключение

Список используемой литературы



Введение

Актуальность темы связана в первую очередь с тем, что после создания нового эталона канделы в 1984 г., в стране оставался большой парк устаревших средств измерений световых величин, несоответствующий быстрому росту производства и применения новых источников излучения и систем освещения со сложным спектральным составом, отличающимся от спектров излучения ламп накаливания. Россия была перенасыщена люксметрами типа Ю-116 и Ю-117, а также установками для их поверки типа УПЛ-1М, разработки ВНИИМ (Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии).

Практически, поверка осуществлялась в нескольких точках динамического диапазона освещённости с помощью источника излучения с цветовой температурой, близкой к 2850 К (источник типа А). Методика поверки не соответствовала требованиям рекомендаций МКО (Международной комиссии по освещению).

Точность измерений освещенности этими приборами, в свою очередь, не соответствовала требованиям ГОСТ 8.023, который, являясь и сегодня межгосударственным стандартом, регламентирует передачу размеров единиц световых величин в России и странах бывшего СССР.

Кроме того, опыт работы со светоизмерительными лампами показал их ограниченные возможности в повышении точности передачи размеров единиц световых величин. Назрела необходимость разработки объективных методов измерений - детекторного подхода в фотометрии, развитие которого позволило к 2000-х тысячному году создать первичный фотометрический комплекс воспроизведения световых величин, а также метрологическую базу для обеспечения выпуска и применения в стране люксметров и яркомеров нового поколения [1].



1. Приборы для световых измерений

Анализ современной международной теории и практики воспроизведения световых величин демонстрирует повсеместную победу детекторного подхода.

Основой для этого стали:

создание криогенного радиометра Квином и Мартином в НФЛ (Англия);

повышение сходимости экспериментального и расчетного определения постоянной Стефана-Больцмана на порядок по сравнению с результатами Блевина на абсолютном радиометре, работающем при нормальной температуре;

развитие технологий создания прецизионных высокоомных кремниевых структур с очень высоким квантовым выходом;

создание параметрического ряда высокотемпературных черных тел - моделей абсолютных планковских излучателей, и методов измерения их температуры.

В схеме воспроизведения канделы на основе криогенного радиометра и прецизионных кремниевых фотодиодов наиболее ответственным звеном (после криогенного радиометра) становится шкала спектральной характеристики приёмников оптического излучения, а, следовательно, теоретические и экспериментальные исследования методов воспроизведения спектральной чувствительности, что позволяет на новом уровне оценить и погрешности определения поправочного коэффициента физического фотометра, и методов коррекции спектральной чувствительности его фотометрической головки (ФГ) под относительную спектральную световую эффективность.

В основе воспроизведения отечественной шкалы спектральной характеристики лежат неселективные приёмники и трап детекторы. Повышение точности измерений спектральной характеристики приёмников оптического излучения, по крайней мере, в видимом диапазоне длин волн подтверждают результаты международных сличений по спектральной чувствительности кремниевых фотодиодов, проведённые под эгидой Международного Комитета Мер и Весов (МКМВ) в 1993-1995 годах, а также результаты сличений 2002 года.

Развитие детекторного подхода в радиометрии и фотометрии привело к тому, что реально достижимыми точностями калибровки люксметров и яркомеров нового поколения по источнику типа А можно считать десятые доли процента, о чём свидетельствуют результаты последних международных сличений, выполненных МКМВ с помощью фотометрических головок.

Но это только одна из многочисленных составляющих погрешности средств измерений световых величин. В таблице 1 приведены операции поверки, которые являются обязательными при поверке люксметров и яркомеров в отечественной практике.

Таблица 1

Наименование операции	Обязательность выполнения при поверке
1.Измерение относительной спектральной чувствительности	+
2.Определение погрешности, вызванной отклонением относительной спектральной чувствительности от относительной спектральной световой эффективности	+
3.Определение дополнительной погрешности, обусловленной чувствительностью фотометрической головки прибора в ближних УФ и ИК областях спектра	-
4.Определение погрешности калибровки по источнику типа А	+
5.Определение отклонения световой характеристики от линейной	+
6.Определение дополнительной погреш-ности при отклонениях температуры от нормального значения	-
7.Определение косинусной погрешности (для люксметра)	-
8.Определение погрешности утомляемости фотометрической головки	-
9.Определение погрешности системы индикации	-
10.Расчет основной относительной погрешности прибора	+



Во втором столбце (+) отмечены операции, обязательные при исследованиях и поверке, (-) - дополнительные операции исследований, обязательные при испытаниях прибора с целью утверждения типа и внесения в Государственный реестр средств измерений.

Качественный скачок, давший существенное количественное уменьшение инструментальной составляющей погрешности, обеспечила современная элементная база и, в первую очередь, кремниевые фотодиоды нового поколения, разработки завода «Кварц» и ФТИ им. Иоффе (г.Санкт-Петербург). Такие метрологические свойства фотодиодов типов ФД 288 и ФДУК, как линейность и долговременная стабильность чувствительности в сочетании с доступностью импортной электронной элементной базы, легли в основу приборов нового поколения.

Таким образом, можно утверждать, что выпуск современных средств измерений световых величин обеспечен метрологически, методически и не имеет ограничений в части использования последних достижений электроники, включая прецизионные фотодиоды производства Японии (фирма Хамаматцу) [2].



2.Номенклатура средств измерений

Рассматривая приборный парк в области световых измерений, будем опираться на информацию, предоставленную Государственным реестром средств измерений Госстандарта РФ. По состоянию на текущий период 2002 года прошли испытания с целью утверждения типа следующие отечественные и импортные приборы, приведенные в таблице 2.

Таблица 2

Наименование прибора	Организация, выполнившая испытания	Назначение прибора	Фирма Изготовитель	Регистрац. номер Государственного реестра СИ РФ, ТУ
Фотометр цифровой ТЕС 0693	ГУП «ВНИИОФИ»	Предназначен для измерения освещённости, создаваемой естественным и искусственным освещением, и для измерения эквивалентной яркости протяжённых объектов	НПФ «Тензор», г. Черновцы, Украина	№ 16695-97 ТУ 14256766.002-94
Люксметр цифровой ТЮ 1403	ГУП «ВНИИОФИ»	Предназначен для измерения освещённости, формируемой естественным и искусственным освещением	ПАООТ «Вибратор», г. Санкт-Петербург, Россия	№ 16851-97 ТУ 4485-0152-05764771-96
Прибор комбиниро-ванный (люксметр/ УФ радиометр), модель «ТКА-01/3»	ГУП «ВНИИОФИ»	Предназначен для измерения оптического излучения: - освещённости, -энергетической освещённости в УФ области спектра	НТП «ТКА», г. Санкт- Петербург, Россия	№16172-97 ТУ 4437-002-16796024-96
Люксметр/яркомер, модель «ТКА-04/3»	ГУП «ВНИИОФИ»	Предназначен для измерения освещённости, яркости само-светящихся объектов	НТП «ТКА», г. Санкт- Петербург, Россия	№ 16898-97 ТУ 4437-003-16796024
Люксметр «ТКА - Люкс»	ГУП «ВНИИОФИ»	Предназначен для измерения освещённости	НТП «ТКА», г. Санкт- Петербург, Россия	№ 20040 - 00, ТУ 4437-005-16796024
«Аргус 01»	ГУП «ВНИИОФИ»	Блок для измерения Освещённости	ГУП ВНИИОФИ, г. Москва, Россия	№ 15560-02 ТУ 4381-001-0582749-99
«Аргус 12»	«РОСТЕСТ Москва»	Люксметр/ яркомер	ГУП ВНИИОФИ, г. Москва, Россия	№ 15560-02
«Аргус 02»	«РОСТЕСТ Москва»	Блок для измерения яркости	ГУП ВНИИОФИ, г. Москва, Россия	№ 15560-02
«Аргус 07»	«РОСТЕСТ Москва	Блок для измерения коэффициента пульсаций	ГУП ВНИИОФИ, г. Москва, Россия	№ 15560-02
Люксметр типа ТЕSТО 0500	ГЦИ СИ ВНИИМ им. Д.И.Менделеева	Предназначен для измерения освещённости, формируемой естественным и искусственным светом	Фирма TESTO, Германия	№ 17269-98 НТД фирмы

На основании данных, приведённых в таблице 2, нельзя говорить о

насыщенности приборами российского рынка СИ световых величин отечественного производства и большом списке импортных приборов, прошедших испытания и введённых в Государственный реестр СИ РФ.

Тем не менее, определённое количество люксметров и яркомеров таких хорошо известных фирм, как LMT (Германия) и Minolta (Япония) ввезено в Россию, и приборы прошли испытания во ВНИИОФИ как единичные экземпляры, подтвердив свои технические и метрологические характеристики.

Примеры люксметра и яркомера фирмы LMT, прошедшие исследования на прецизионном оборудовании ВНИИОФИ, приведены для сравнительного анализа с приборами отечественного рынка (рисунок 1, рисунок 2, таблица 3).

Рисунок 1 - Портативный люксметр фирмы LMT

Яркомер типа L1000 фирмы LMT является прецизионным средством измерения с различными углами наблюдения: 3 є, 1 є, 20', 6' и дополнительными опциями для наблюдений в поле зрения 2', 2' х 20' или 3' х 10'. Динамический диапазон измерений (0,0001 - 2·107) кд/м2 .

Приведённые характеристики подтверждены результатами исследований отдельных экземпляров приборов, поставленных фирмой LMT во ВНИИОФИ, на ВАЗ и в Светосервис.

Рисунок 2 - Яркомер фирмы LMT типа L1000

Характеристики таблицы 3 приведены в качестве примера высокого уровня приборостроения для сравнительного анализа с характеристиками, приводимыми в описаниях типов СИ Госреестра РФ.

Таблица 3

Технические и метрологические характеристики портативного люксметра фирмы LMT и яркомера типа L1000

Обозн. состав. погреш.	Наименование характеристики	Составляющая погрешности,% люксметр яркомер
f1	V(л) - коррекция	< 2 ,5%	< 3%
U	УФ - “хвост” спектральный чувствительности	< 0,1%	< 0,1%
R	ИК - “хвост” спектральной чувствительности	< 0,1%	< 0,1%
f2	Пространственная (косинусная) коррекция люксметра Погрешность установки направления измерения для яркомера Влияние окружающего светового поля	< 1,5%	< 2% для 3 и 1 угл. град < 0,5%
f3	Нелинейность функции отклика	< 0,1% 1 последнего разряда	< 0,15% 1 последнего разряда
f4	Погрешность цифровой индикации дисплея	< 0,55%	< 0,6%
бо	Температурный коэффициент	< - 0,1%/оС	< - 0,05%/оС
f7	Погрешность модуляции света	< 0,1%	< 0,1%
f8	Влияние поляризации	-	< 0,4%
f11	Погрешность установки фотометрической головки люксметра Погрешность фокусировки яркомера	< 0,1%	< 0,15%
fges	Суммарная погрешность	< 5% (Класс А) < 7% (Класс В)	< 7,5% (Класс А)

Согласно требованиям нормативных документов Германии (DIN 5032, part 7) класс L (fges<3%) соответствует прецизионным лабораторным приборам. Классы А (fges<5%) и В (fges<7%) - люксметрам, применяемым в рутинных технических измерениях.

Погрешности яркомеров несколько выше, т.к. число составляющих больше и зависит от выбранных опций. Указанный выше нормативный документ Германии находится в полном соответствии с требованиями документов МКО[3].



3. Общие сведения о приборах измерения освещённости

3.1 Люксметр

Человеческий глаз не в состоянии определить абсолютную интенсивность света, поскольку он наделен способностью приспосабливаться к освещению. К тому же, глаз человека лучше воспринимает как раз волны такой длины, которые не слишком пригодны для растений. Помочь измерить освещенность может специальный прибор - люксметр.

Рисунок 4 - Аналоговый люксметр

Люксметр - это переносной прибор, представляющий собой один из разновидностей фотометров, с помощью которого производят замеры освещенности (рисунок 4).

Простейший люксметр состоит из фотоэлемента, который преобразует световую энергию в энергию электрического тока. В основе его работы лежит принцип фотоэлектрического эффекта: попадая на полупроводниковые фотоэлементы, световые лучи передают электронам свою энергию. Поток света, попадая на фотоэлемент, высвобождает поток электронов в теле полупроводника.

Благодаря этому фотоэлемент начинает проводить электрический ток. Величина этого тока прямо пропорциональна освещённости фотоэлемента. Он и отражается на шкале.

В аналоговых люксметрах шкала проградуирована в люксах, результат определяется по отклонению стрелки.

Сейчас на смену аналоговым приходят цифровые приборы для измерения освещенности (рисунок 5).

Рисунок 5 - Цифровой люксметр

В них результат измерений выводится на жидкокристаллический дисплей.

Измерительная часть во многих из них находится в отдельном корпусе и связана с прибором гибким проводом. Это позволяет проводить измерение в труднодоступных местах.

Благодаря набору светофильтров пределы его измерений можно регулировать. В этом случае показания прибора нужно умножать на определённые коэффициенты.

3.2 Измерение освещённости

При оценке освещения применяют несколько параметров (сила света, яркость и пр.), однако главным показателем является освещенность.

Рисунок 6 - Освещенность (люкс)

В Международной системе единиц мерой освещенности принят 1 люкс.

Люкс равен освещенности поверхности площадью 1м2, при световом потоке падающего на нее излучения, равном 1 люмен (рисунок 6).

Измерение освещенности производят в соответствии с ГОСТ Межгосударственный стандарт "Здания и сооружения. Методы измерения освещенности". Настоящий стандарт устанавливает методы определения минимальной, средней и цилиндрической освещенности, коэффициента естественной освещенности в помещениях зданий, сооружений и на рабочих местах, минимальной освещенности в местах производства работ вне зданий, средней освещенности улиц, дорог, площадей и тоннелей.

Для измерения освещенности следует использовать люксметры с измерительными преобразователями излучения, имеющими спектральную погрешность не более 10%. Люксметры должны иметь свидетельства о метрологической аттестации и поверке. Прибор всегда должен находиться в горизонтальном положении. Его устанавливают в необходимых точках.

Порядок работы с люксметром:

Необходимо установить люксметр на поверхность, освещенность которой измеряется. Плоскость светочувствительного элемента датчика обязательно должна быть параллельна освещаемой источником света поверхности. После этого снимаются показания со шкалы аналогового прибора или дисплея цифрового - это и будет освещенность данной поверхности в люксах.

Измерения проводятся отдельно по искусственному и естественному освещению. При этом нужно следить, чтобы на прибор не падала какая-либо тень, и поблизости не было источника электромагнитного излучения. Это внесёт помехи в результаты. После того как сделаны все необходимые замеры освещенности, на основе полученных результатов, по специальным формулам, рассчитываются нужные параметры, и делается общая оценка. То есть, полученные параметры сравниваются с нормативом, и делается вывод о том достаточно ли освещённость данного помещения или территории.

На каждый вид измерений в каждом помещении или участке улицы заполняется отдельный протокол. Оценочный протокол выдаётся как по каждому помещению или территории, так и по всему объекту. Этого требует "ГОСТ. Измерение освещённости".

Освещенность необходимо измерять не меньше 1 раза в месяц, а в системах с комбинированным освещением следует измерять освещенность отдельно: от местного освещения, от ламп общего освещения и от всей системы в целом.

Перед применением прибора для измерения освещенности искусственного освещения необходимо проводить чистку светильников и замену всех неработающих ламп. Измерение освещенности специальными приборами может также применяться без предварительной подготовки соответствующей осветительной установки, однако эти нюансы должны быть зафиксированы при занесении результатов измерения на носитель.

Измерение коэффициента естественной освещенности (КЕО) люксметрами проводят в помещениях, которые заранее освобождены от оборудования и мебели, также не затеняемых деревьями и озеленением, при очищенных и исправных светопрозрачных наполнениях в светопроемах. Но при применении приборов для измерения освещенности в помещениях с мебелью, с неисправными или неочищенными светопрозрачными заполнениями, или при затенении деревьями данные должны быть учтены и зафиксированы в результатах измерения [4].

4 Люксметр цифровой Mastech MS 6610

Особенности прибора:

Чёткость и лёгкость считывания показаний;

Высокая точность и широкий диапазон измерений;

Применение микросхем с высокой степенью интеграции обеспечивает высокую надёжность и долговечность;

Имеется индикатор разряда батареи;

ЖК-дисплей позволяет легко считывать показания даже при ярком освещении;

Низкое потребление электрической энергии ЖК-дисплеем;

Компактный, лёгкий и удобный прибор;

Фотодатчик выполнен отдельно от корпуса прибора, что создает удобство при проведении измерений;

Имеется функция фиксации показания результата измерения.

Общий вид прибора представлен ни рисунке 7.

Рисунок 7 - Лицевая панель прибора

Описание:

1- кнопка фиксации показаний,

2- фотодатчик,

3- ЖК-дисплей,

4- переключатель диапазонов,

5- кнопка включения/выключения питания.

Общие характеристики:

Условия окружающей среды:

при эксплуатации:

от 0°С до 40°С при относительной влажности не более 80%, без

конденсации влаги;

при хранении:

от -10°С до +60°С при относительной влажности не более 70%, без

конденсации влаги (без батареи питания);

Принцип работы АЦП: двойное интегрирование;

Скорость обновления результата: 2раза/секунду;

Дисплей:

3.5 знака цифровой ЖК-дисплей с максимальным показанием 1999;

Индикатор перегрузки: только символ "1" на экране.

Питание:

батарея 9В (NEDA 1604, 6F22 или 006P).

Индикатор разрядки батареи:

на экране появляется символ "1" при разряде батареи ниже предельного

рабочего напряжения.

Длина провода от корпуса прибора до фотодатчика: около 150см.

Габаритные размеры фотодатчика: 83(Д).52(Ш).20.5(В) мм.

Габаритные размеры корпуса прибора: 125.5(Д).72(Ш).27(В) мм.

Масса: около 140г (без батареи).

Технические характеристики:

Погрешность:

+/- (% от измеренного значения + число значений единицы младшего разряда: D) при температуре 18~28°С (64~82°F) и относительной влажности не более 80% (таблица 4).



Таблица 4

Диапазон	Разрешение	Погрешность
0-1,999 лк	1 лк	+/- (5% + 2D)
2,000-19,990 лк	10 лк	+/- (5% + 2D)
2,000-50,000 лк	100 лк	+/- (5% + 2D)

Погрешность прибора определялась при освещении его параллельными лучами от лампы накаливания при температуре вольфрамовой спирали 2854°С.

Коэффициенты коррекции:

Ртутная лампа - 1,1;

флуоресцентная лампа - 1,0;

лампа накаливания - 1,0;

дневной свет - 1,0.

Спектральная характеристика (рисунок 8):

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 8 - Спектральная характеристика

Процедура проведения измерений:

Включите питание.

Для включения прибора нажмите кнопку

включения питания.

Выберите диапазон измерения.

Установите переключатель диапазонов освещенности на ожидаемое предельное значение.

Расположите фотодатчик так, чтобы его светочувствительная поверхность была перпендикулярна лучам от источника света.

Прочитайте значение освещенности на ЖК- дисплее.

Функция фиксации показания.

Для сохранения измеренного значения нажмите кнопку фиксации показания. При выборе этого режима прибор прекращает дальнейшее

измерение. Для выхода из этого режима нажмите кнопку фиксации

показания еще раз. При этом прибор возобновит измерение.

После окончания измерения выключите питание прибора.

При появлении в старших разрядах на экране одного или двух нулей, необходимо перевести переключатель диапазонов освещенности в положение более низкого диапазона для улучшения разрешения и точности измерения [5].



Заключение

люксметр поверка световой прибор

Необходимо отметить, что отечественный рынок СИ световых величин находится в стадии активного формирования с явно выраженными элементами конкуренции нескольких фирм.

Для того, чтобы усилия отечественных разработчиков приборного парка были плодотворными, необходимо повышать квалификационную планку сертифицирующих средства измерений организаций с повсеместным внедрением международных рекомендаций и стандартов МКО, ИСО, МЕК и других.



Список используемой литературы

1. Игнатьев В.Г., Босс Г.В. «Что будем делать с люксметрами Ю-116 и Ю-117?»// 11ая научно-техническая конференция «Фотометрия и её метрологическое обеспечение». М.1996.

2. Столяревская Р.И. «Методы исследования метрологических характеристик. Приборы для измерения световых величин»// Светотехника №6, 1998.

3. Столяревская Р.И. «Приборы для световых измерений: люксметры и яркомеры»//. М. 2002.

4. Димов Ю.В. "Метрология, стандартизация и сертификация"; Учебник для вузов 2-е изд.-СПб: Питер, 2006 - 433 с.

5. Руководство по эксплуатации «Цифровой измеритель освещённости Mastech MS 6610».

Размещено на Allbest.ru