Какой прибор измеряет силу света. Люксметр прибор для измерения света

Главная > Дом и семья > Дача и загородный дом > Растения > Освещение

Измерение силы света

Яркость света или световой поток измеряется люменах (лм, lm) и обозначается буквой Ф. Эту величину сложно описать физически, гораздо проще представить себе, что световой поток Ф падает на какую-либо поверхность и освещает её.
Освещенность такой поверхности измеряется в люксах (лк, lx) и обозначается буквой Е.

Это означает, что 1 люкс равен 1 люмен, деленный на 1 квадратный метр.
Примеры освещенности в природе:
Полнолунная ночь - освещенность земли = 1 лк.
Осенний пасмурный день - освещенность земли = 100 лк.
Ясный солнечный день в тени - освещенность земли = 10000-25000 лк.
Под прямым солнцем - освещенность земли = 32000-130000 лк.

Электрическое освещение

При проектировании зданий и сооружений необходимо учитывать освещенность помещений, в которых будут постоянно пребывать люди. Особенно важна освещенность в детских учреждениях (детских садах и школах), больницах, кабинетах и т.п. Это связано с напряженной зрительной работой, которую будут производить люди в этих помещениях.

Освещение помещений бывает естественное и искусственное.
Естественное освещение это освещение помещения через окна, потолки и другие прозрачные строительные конструкции.
Так как данный сайт посвящен электроснабжению, то остановимся более подробно на искусственном освещении, которое в современном мире осуществляется при помощи электричества. (в средние века преобладали газовые светильники, светильники на жидком топливе, свечи и лучины)

Искусственное освещение делится на:

1. Рабочее (общее) освещение - это основное освещение, которое обеспечивает нормальные условия для нахождения человека в помещении. Под нормальными понимаются условия жизнедеятельности человека, при которых он не напрягает зрение, чтобы выполнить любое действие для которого данное помещение предназначено.
Проще говоря, если вы пришли в супермаркет и пытаетесь прочитать мелкий текст на упаковке товара, то вам необходима освещенность не ниже 300 люкс, что и предусмотрено в строительных нормах РФ. Документ, подробно описывающий нормы освещенности называется СНиП 23-05-95.

Особенно важно учитывать нормы освещенности в помещениях, где люди длительно выполняют напряженную зрительную работу. На рабочих местах с таким видом работ необходимо предусматривать дополнительное местное освещение.

Источниками света в современных светильниках являются три основных вида ламп:

Лампы накаливания - это самый простой прибор, преобразующие электрическую энергию в световую путем обычного нагревания вольфрамовой спирали.

Газоразрядные лампы - к этой категории относятся лампы в основе которых лежит свет, производимый электрическим разрядом в газе или парах металла. Данные светильники занимают преобладающие позиции среди осветительных приборов. Виды таких ламп отличаются многообразием: это и "энергосберегающие" лампы, активно проталкиваемые последнее время в массы, и ртутные лампы типа ДРЛ, используемые в прожекторах, и лампы уличного освещения (натриевые ДНаТ) и многие другие.

Светодиодные лампы - новое и перспективное развитие осветительных приборов, связанное с появлением сверхярких светодиодов.

В таком разнообразии несложно заблудиться. Попробуем провести сравнение столь разных источников света. Основным параметром будем считать эффективность источника света, то есть сколько света он производит, потребив 1 Ватт электроэнергии (лм/Вт).

Из таблицы видно, что лампа накаливания безнадежно проигрывает остальным источникам освещения.
Однако не стоит забывать про качество светового потока - оптимальным для восприятия человеческого глаза считается солнечный свет. Лампа накаливания производит спектр света, который наиболее близок к солнечному.

2. Аварийное освещение - это освещение которое предназначено для того чтобы безопасно завершить производственный процесс (освещение безопасности) или эвакуироваться из здания или помещения (эвакуационное освещение) в случае отключения основного освещения. Основным отличием данного освещения является повышенная надежность электроснабжения, обеспеченная первой категорией электроснабжения, введением дополнительных источников электроэнергии (аккумуляторов) и другими мерами.

3. Охранное и дежурное освещение в комментариях не нуждаются, так как все понятно из названия.

Расчет освещения

Расчет освещения производится для обеспечения нормального уровня освещенности в проектируемом здании и производится на основании строительных планов, технологической расстановки оборудования, проекта дизайна.

Результатом расчета освещения является проект марки ЭО, в котором указаны места установки светильников, питающие сети освещения и расчетные величины освещения для каждого помещения.

Есть несколько способов расчета освещения вручную:

Метод коэффициента использования светового потока:
Суть метода заключается в вычислении коэффициента для каждого помещения, исходя из основных параметров помещения и светоотражающих свойств отделочных материалов. Недостатками такого метода расчета являются высокая трудоемкость расчета и невысокая точность. Таким методом производится расчет внутреннего освещения.

Вторым методом является точечный метод:
Согласно данной методики освещенность определяется в каждой точке рассчитываемой поверхности, относительно каждого источника освещения. Не сложно догадаться, что трудоемкость данного метода просто огромная! Точность находится в прямой зависимости от добросовестности инженера, проводящего расчет.

Мы с вами живем в 21 веке, когда почти все трудоемкие операции производят машины. Поэтому оптимальным способом расчета освещения является расчет при помощи ЭВМ.

Немецкая фирма DIAL любезно предоставляет всем желающим бесплатную программу для расчета освещения DIALux. Программа на основе светотехнических данных светильников и трехмерной модели объекта рассчитывает освещенность и другие параметры.

Качественно, точно и быстро.

P.S. Пренебрегая расчетом освещения вы рискуете попасть в одну из следующих ситуации:

Здание построено, отделка завершена, а в помещениях освещение ниже требований санитарных норм (при сдаче в эксплуатацию дошкольных учреждений, школ, административных зданий, учреждений здравоохранения такие замеры производятся обязательно). Затраты на переделку будут стоить гораздо дороже любого проекта.

Освещенность дворовой территории небольшого жилого комплекса, превышающая норму на 50 люкс "сожрет" за ночь лишний десяток киловатт-часов электроэнергии.

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 .

Рис. 4.

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

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 .

Рис. 5.

Сейчас на смену аналоговым (рис. 4) приходят цифровые (рис. 5) приборы для измерения освещенности. 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 .

Измерение освещенности

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

Рис. 6.

В Международной системе единиц мерой освещенности принят 1 люкс.

Люкс равен освещенности поверхности площадью 1м 2 , при световом потоке падающего на нее излучения, равном 1 люмен (рис. 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:

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 .

Светодиодное освещение прочно вошло в нашу жизнь, светодиодные лампочки уже продаются даже в продуктовых магазинах, а на полках хозяйственных и строительных супермаркетов светодиодных ламп даже больше, чем обычных ламп накаливания и компактных люминесцентных (энергосберегающих) вместе взятых.

К сожалению, производители часто обманывают покупателей, указывая на упаковке сильно завышенные значения светового потока и эквивалента лампы накаливания. Вы покупаете лампу, на которой написано "600 лм, эквивалент лампы накаливания 60 Вт", приносите её домой, включаете и осознаёте, что светит она явно тусклее, чем 60-ваттная лампа накаливания. К счастью, по закону о правах потребителя светодиодные лампы можно возвращать в любой магазин в течение 14 дней (а во многие гипермаркеты и в течение 30, 60 дней и даже года). Возврат возможен из-за того, что лампочки (в том числе и светодиодные) до сих пор не считаются сложным техническим товаром.

Для того чтобы понять, сколько в действительности света даёт лампа нужно измерить её световой поток. Обычно для измерения светового потока (общего количества света, которое даёт лампа) используется дорогое лабораторное оборудование (гониофотометры, измерительные интегрирующие сферы), которое стоит десятки тысяч долларов. Я предлагаю способ, который позволяет достаточно точно измерить световой поток лампы, потратив всего 87 рублей.

Главная проблема при измерении светового потока — неравномерность яркости света в разных направлениях у разных типов ламп. Некоторые лампы больше светят вперёд, некоторые больше светят в стороны, некоторые почти равномерно светят во все стороны.

Для измерения нужно как-то получить среднее значение яркости лампы. Обычно для этого лампу помещают внутрь интегрирующей сферы, покрытой сверхбелой матовой краской из сульфата бария. Свет многократно отражается от стенок и попадает на датчик. Гониофотометр вращает лампу в горизонтальной плоскости, делает множество измерений яркости в каждой точке вращения и рассчитывает общее количество света, которое даёт лампа. Мы поступим проще.

Нам понадобится светильник с шарообразным матовым пластиковым колпаком. Этот матовый колпак и будет усреднять яркость излучения лампы в разных направлениях. Такой светильник можно купить за 87 рублей в магазинах «Леруа Мерлен ». На картинке там другой светильник со стеклянным плафоном — не обращайте внимания: в самих магазинах то, что надо.

Точное называние светильника — "Светильник НББ-60 (прямое основание) шар пластик, белый", производитель ООО "Аксиома", Москва.

В качестве измерителя яркости (люксметра) можно использовать почти любой смартфон на Android. У большинства смартфонов есть датчик освещённости (он расположен над экраном), который используется для регулировки яркости экрана в зависимости от внешнего освещения.

В Play Market есть множество программ-люксметров, я рекомендую установить простую и удобную программу Sensors Multitool . После запуска программы переходим на вкладку Light и видим значение освещённости. Люксметр у всех смартфонов не калиброванный, и у разных смартфонов он будет показывать совершенно разные значения, которые могут отличаться от реальных вдвое, но на точность наших измерений это никак не повлияет.

Закрепляем светильник на любой поверхности (я использовал кусок фанеры). Смартфон прикрепляем двумя резинками к пакету молока или сока.

Для измерения нам потребуется эталонная лампа. Я рекомендую использовать лампу IKEA 600 Lm 303.059.76 LED1466G9 . Эта лампа имеет световой поток, точно соответствующий заявленному, и очень небольшой разброс по световому потоку у разных экземпляров.

Конечно, можно использовать и обычную лампу накаливания, но важно помнить, что, во-первых, световой поток ламп накаливания очень сильно зависит от напряжения в сети, во-вторых, разные экземпляры ламп производства российских и белорусских заводов могут сильно различаться по световому потоку. Тем не менее вы всегда сможете узнать, больше или меньше света даёт светодиодная лампа по сравнению с лампой накаливания.

Закручиваем плафон, включаем лампу, размещаем закреплённый смартфон напротив лампы, запускаем программу. Калибруем нашу систему измерения: сдвигаем пакет с закреплённым смартфоном так, чтобы люксметр смартфона показал ровно 600 люкс (если в качестве эталона у нас лампа 600 лм). Теперь вывинчиваем эталонную лампу и вкручиваем лампу, которую хотим проверить, не меняя расстояние между светильником и смартфоном. Смартфон покажет значение, которое будет соответствовать световому потоку измеряемой лампы.

Я проверил эту простейшую измерительную установку на семи лампах со световым потоком от 200 до 1000 лм и двух смартфонах — Sony Z3 Dual и ZUK Z1. Точность измерения составила 1-15%.

У светодиодных ламп есть одна особенность — по мере прогрева их световой поток снижается на 11-12% в течение получаса. Мы измеряли лампы сразу после включения, но так как и эталонная лампа была холодной, вся наша измерительная система была более-менее точной.

Повысить точность измерения можно, если вместо смартфона использовать любой люксметр. Подойдёт даже самый дешёвый китайский, за $10. Он может быть плохо откалиброван, но на точность наших измерений это опять же не повлияет. Эталонную лампу и те лампы, световой поток которых мы хотим измерить, лучше прогреть в течение получаса. Люксметр нужно так же жёстко закрепить и расположить на таком расстоянии от светильника, чтобы он показывал ровно столько люксов, сколько люменов даёт эталонная лампа.

Я измерил световой поток тех же семи ламп с помощью люксметра-пульсметра «Люпин».

Точность измерения стала существенно выше — ошибка всего 0-3%.

Замечу, что у всех официальных аккредитованных лабораторий тоже есть расхождения при измерении. На картинке ниже результаты измерения светового потока одной и той же лампы в 54 разных лабораториях. В среднем расхождения составили 3%, максимально 26%.

Вот так, "на коленке", мне удалось достичь точности измерений, которой могут похвастаться не все лаборатории.

В настоящее время существуют технические возможности для измерения практически всех известных физических величин. Это в полной мере касается и вопросов светотехники, поскольку искусственный свет широко используется в повседневной жизни. Он может быть слишком тусклым, с высоким коэффициентом пульсаций, оказывающим негативное влияние на зрение и общее состояние здоровья человека. Для того чтобы своевременно избежать негативных последствий, применяется специальный прибор для измерения освещенности - люксметр.

С помощью люксметра возможно точно установить световые характеристики и отрегулировать нужные параметры до заданных величин. Поэтому нужно знать не только общее устройство, но и принцип работы этого устройства, чтобы все замеры выполнялись правильно и точно.

Световой поток и освещенность

Прежде чем говорить об измерениях, необходимо в первую очередь уточнить основные понятия светотехнических величин. Довольно часто встречаются расхождения в терминологии, когда освещенность отождествляется со .

Это совершенно разные величины, хотя и связанные между собой определенным образом. Например, световой поток характеризует тот или иной элемент освещения и касается именно этого источника света. Единицей измерения служит люмен, представляющий силу света, мощностью в одну канделу, расположенную в рамках телесного угла в 1 стерадиан.

Освещенность, в свою очередь, образуется от первой величины, поскольку она является световым потоком, воздействующим на единицу площади. Для определения этой величины существует специальная единица - люкс, полученная в результате освещения световым потоком в 1 люмен какой-либо поверхности, площадью 1 м2. Таким образом, освещенность не связана напрямую с источником освещения, а соотносится с окружающей средой.

В отличие от светового потока, представляющего собой постоянную величину, параметры освещенности в разных точках помещения будет отличаться под влиянием определенных местных условий:

• Численность светильников, расположенных возле мест, где проводятся замеры.
• Давление света, производимое всеми приборами освещения.
• Дистанция до световых приборов.
• Способность поверхностей, расположенных в помещении, к отражению света.

Для выполнения замеров освещенности существует специальный измерительный аппарат - люксметр, широко применяемый в быту и на производстве.

Где применяется люксметр

Греческое слово «люкс» означает свет, поэтому прибор, измеряющий освещенность, называется люксметром. Данное измерительное устройство используется как во внутреннем пространстве помещений, так и на открытом воздухе. Для чего же нужен этот прибор и зачем вообще производить замеры освещенности?

Учеными давно доказано, что действие слабого или наоборот чересчур сильного света, негативно влияет на головной мозг, вызывая негативную реакцию и других органов. Недостаточное освещение в помещениях приводит к снижению работоспособности, появляется сонливость, внимание рассеивается. Слишком яркое освещение возбуждающе действует на нервную систему. На производстве, да и в быту такое состояние организма нередко становится причиной бытового травматизма и несчастных случаев.

В связи с этим, среди многих мероприятий по охране труда важную роль играет проверка освещенности рабочих мест. Существует специальный ГОСТ Р 55710-2013, определяющий нормативы для разных типов производственных и других помещений в люксах (лк). Например, показатель освещенности для офисов составляет в среднем 200-300 лк.

Люксметры широко используются и в других областях. С их помощью измеряется, контролируется и поддерживается необходимый уровень освещенности для растений, которые выращиваются в тепличных условиях. Дело в том что степень яркости света оказывает непосредственное влияние на фотосинтез, посредством которого осуществляется выработка растениями питательных веществ из углерода воздуха. На правильный рост и развитие культур оказывают влияние освещенность и температурный режим. Для большинства растений наиболее оптимальными условиями считается умеренное освещение.

Принцип работы

В каждом люксметре используется фотоэлемент. Он выполнен в виде полупроводникового устройства, в котором происходит передача энергии от световых квантов к электронам, что приводит к появлению электротока. Степень освещенности в точке нахождения фотоприемника находится в пропорциональной зависимости с силой этого тока.

Конструкция люксметра дополняется различными типами индикаторов. При использовании цифрового элемента электрический ток преобразуется оптико-электронным конвертором и отображается в виде показаний на дисплее. Во другом случае преобразование тока осуществляется с помощью , который приводит в действие стрелку аналогового указателя. Конструктивно индикатор и фотоэлемент связаны между собой общим проводником и располагаются в одном корпусе.

В некоторых моделях эти детали могут размещаться отдельно друг от друга. Моноблочное устройство обладает меньшим весом и считается более удобным, поэтому его используют при необходимости быстрых и оперативных замеров освещения. Для труднодоступных мест лучше всего подойдут люксметры с фотодатчиком, подключенным отдельно к основной конструкции.

Характеристики приборов testo 540 и 545

Среди множества измерительных устройств следует обратить внимание на модель цифрового люксметра «testo 540» немецкого производства. Благодаря своим качествам и техническим характеристикам, этот прибор для измерения освещенности завоевал признание многих российских пользователей.

Он выполнен в виде моноблочной конструкции с фотоэлементом, интегрированным непосредственно в корпус. Отсутствие соединительного провода делает пользование им более удобным, поскольку для выполнения замеров достаточно одной руки.

Конфигурация и размеры люксметра сравнимы с мобильным телефоном. Все показания отображаются на жидкокристаллическом дисплее, а вся клавиатура состоит из трех кнопок.

1. Первая кнопка служит для включения и выключения;
2. Вторая - для выбора системы и единиц измерения;
3. Третья - для сохранения полученных результатов.

Замеры освещенности могут выполняться в пределах от 0 до 100 тыс. лк. Устройство очень простое в использовании и может применяться практически в любой сфере повседневной жизни.

Более совершенным прибором считается профессиональный измеритель - люксметр «testo 545», в котором светоприемник и электронный блок располагаются отдельно, соединяясь проводником. Он отличается значительно большим количеством функций и позволяет использовать разные методы замеров. В памяти может сохраняться до 99 мест измерений и до 3000 полученных результатов. При подключении к компьютеру появляется возможность создать объемный график освещенности для отдельно взятого помещения, а полученные сведения распечатать на принтере.

Как замерить освещенность с помощью прибора

Перед проведением измерений нужно настроить прибор. С этой целью выполняются следующие действия:

• Насадки, устанавливаемые на фотоприемник, должны иметь максимальное светопоглощение. После этого нужно включить правую кнопку, соответствующую максимальной освещенности до 100 тыс. лк. Если индикатор или стрелка не реагируют, включается левая кнопка, настроенная на освещенность до 30 тыс. лк.
• При дальнейшем отсутствии реакции, фильтр фотоприемника следует заменить более прозрачным, после чего повторить включение в такой же последовательности. Замену фильтров необходимо продолжать до тех пор, пока индикатор не начнет реагировать на включение. Во всех случаях необходимо избегать избыточного освещения фотодатчика, поскольку это может оказать влияние на точность полученных результатов измерений.
• Для проведения замеров допускаются люксметры со спектральной погрешностью свыше 10%, если при этом используется поправочный коэффициент, связанный со спектральным составом конкретного источника света.
• Каждый люксметр должен пройти аттестацию на предмет получения метрологического свидетельства.

До того как проводится измерение освещенности все перегоревшие лампы должны быть заменены, а сами светильники очищены. Из помещений нужно убрать всю мебель и оборудование, стекла в оконных проемах вымываются начисто. Предварительно в плане помещения в районе рабочих мест наносятся контрольные точки, на которых указываются размещенные светильники. Контрольные точки для аварийного освещения отмечаются в соответствии со специальными нормами.

Непосредственное измерение освещенности выполняется следующим образом:

• Приборы устанавливаются в точке измерения в горизонтальном положении. При замерах освещенности рабочего места фотодатчик направляется в сторону источника света.
• Далее прибор переводится в режим измерения с помощью нужной кнопки.
• На дисплее появится искомый результат.