Лампа ДНаТ – это один из наиболее экономных и эффективных источников света среди всех осветительных элементов газоразрядного типа. Именно поэтому их применяют уже более 60 лет для организации систем освещения на улицах. Они излучают яркий свет, обеспечивая видимость на дорогах при любой погоде. Любители растений используют осветительные устройства для ускорения роста и повышения урожайности. Сфера применения осветительных элементов достаточно широкая. Однако натриевые источники света имеют и недостатки.

Лампы ДНаТ, световой поток которых впечатляет, нужно правильно подключить. Для запуска осветителя следует приобрести дополнительное оборудование, которое обеспечивает его качественную и бесперебойную работу. Кроме того, необходимо изучить правила эксплуатации лампочки, чтобы она служила дольше. А вышедший из строя элемент нужно правильно утилизировать.

Доступно о том, что такое ДНаТ

ДНаТ (дуговая натриевая трубчатая) – это источник света в форме цилиндра. Все натриевые лампы имеют схожую конструкцию. В колбе из термостойкого ударопрочного стекла находится горелка со смесью газов. Именно в разрядной трубке образуется дуга, после появления которой лампа излучает свет.

Лампы ДНаТ 250 применяются практически повсюду. Они бывают разных мощностей – от 70 до 400Вт. Поэтому осветительный элемент можно подобрать для любого светильника.

Это интересно! В зависимости от уровня давления паров натрия в лампочке они бывают двух видов: низкого и высокого давления. Внешне они отличаются цветом светового потока. Натриевые лампы высокого давления (НЛВД) излучают приглушенный желтый цвет, а устройство низкого давления (НЛНД) – ярко-желтый.

Подключить лампу ДНаТ 250 не получиться без ИЗУ и дросселя (балласт). Эти устройства можно приобрести сразу вместе с источником света.

Некоторые производители светильников создали лампочки со встроенным зажигающим устройством.

Конструкция

Строение газоразрядных лампочек практически не отличается. На вид это трубка цилиндрической формы с алюминиевым разъемным соединителем. Корпус изготовлен из ударопрочного термостойкого стекла. В колбу заключена горелка из оксида алюминия. Это материал устойчив к парам натрия, пропускает мощный световой поток и при этом не разрушается под воздействием высоких температур.

Полость разрядной трубки заполнена газовой смесью. Именно здесь образуется электронный заряд.

Снизу лампа ДНаТ 250 оснащена резьбовым цоколем из алюминия. Именно через держатель проходит ток на источник света.

Горелка

Разрядная трубка – это важнейший элемент осветительного устройства натриевого типа. Это тонкая колба цилиндрической формы, которая устойчива к высоким температурам и химическим веществам. По обоим краям горелки размещены электроды из вольфрама.

В трубку закачиваются пары ртути и натрия, которые образуют амальгаму натрия. Кроме того, состав горелки дополняется ксеноном, который отвечает за пуск лампочки и улучшает цветовой спектр.

На внутренней поверхности корпуса лампы размещены специальные прокладки, которые защищают разрядную трубку от проникновения кислорода. Эти детали очень важны, так как во время работы горелка разогревается до 1300°, и если в нее попадет воздух, то она может треснуть или взорваться. Именно поэтому важно сохранять вакуум в колбе устройства.

Цоколь

Подключить осветительный элемент к сети поможет цоколь. ДНаТ 250 оснащена резьбовым разъемным соединением типа Е (Эдисон). Для устройства с такой мощностью применяют держатель с маркировкой Е40. Цифра обозначает диаметр цоколя (мм). Важно правильно подобрать разъемный соединитель для патрона осветительной аппаратуры. Для этого нужно изучить техническую документацию.

Для лампочек ДНаТ на 50, 70, 100Вт применяется держатель Е27, а для источников света 150, 250, 400Вт – Е40.

Световой поток и технические характеристики лампы на 250 Вт

Чаще всего, ДНаТ на 250Вт устанавливают в наружные светильники так как лампы излучают мощный световой поток. Благодаря яркому свету устройство улучшает видимость даже при наличии взвеси в воздухе.

При выборе осветительного элемента нужно изучить ее параметры. Это поможет правильно подобрать осветительное устройство и определить сферу применения источника света.

Характеристики ДНаТ 250:

1. Номинальная мощность – 250Вт.
2. Напряжение на лампочке – 220Вт.
3. Световой поток – 26000 Лм.
4. Светоотдача – 108 ЛМ/Вт.
5. Цветовая температура – 2000К.
6. Коэффициент цветопередачи – 25Ra.
7. Тип разъемного соединителя – Е40.
8. Диаметр лампы – 48 мм.
9. Длина лампы – 235 мм.
10. Ресурс работы – 15000 часов.

ДНаТ 250 можно устанавливать в любом положении, на эффективность ее работы это не влияет. Устройство питается через пусковое регулирующее устройство от сети переменного тока с напряжением 220B и частотой 50Гц.

Принцип работы

Как упоминалось ранее, ДНаТ требует специального оборудования для запуска. Просто включить лампочку не получиться. Чтобы создать электрический заряд в горелке, нужен источник высокого напряжения. Именно для этого используют импульсное зажигающее устройство (ИЗУ).

Во время запуска горелка холодная, а ее электрическое сопротивление минимальное, поэтому ток стремительно увеличивается в цепи, из-за этого могут перегреться и разрушиться электроды. Чтобы этого не случилось, комплект для подключения ДНаТ 250 дополняется дросселем. Во время работы прибора создается магнитный поток, который направляется противоположно току, породившему его.

При подключении зажигающего устройства, оно начинает генерировать импульсы высокого напряжения в горелку. Тогда в газоразрядной среде образуется дуга, и лампа зажигается. А дроссель отвечает за нормальное функционирование прибора и стабилизацию напряжения.

Не так давно появились современные светильники, которые не требуют обязательного применения ИЗУ. В их корпус уже встроено пускорегулирующее устройство.

Достоинства и недостатки

Лампа ДНаТ 250 – это один из наиболее экономных и мощных осветительных элементов среди натриевых источников света. Она обладает следующими преимуществами:

1. Излучает мощный световой поток даже при длительной работе.
2. Срок службы составляет 15000 часов. Это показатель в 2 раза превышает ресурс работы альтернативных источников света с такой же мощностью.
3. При минимальном потреблении энергии они способны освещать объемные пространства.
4. ДНаТ 250 может применятся при температуре от-35 до +40°, при этом светоотдача не уменьшается.
5. КПД лампочки достигает 30%.
6. Корпус осветительного элемента устойчив к вибрациям и перепадам температуры.

Цветопередача ламп высокого давления вполне приемлемая, поэтому ее применяют для освещения производственных помещений, спортивных залов и т. д. А вот устройства с низким давлением сильнее искажают цвета, поэтому их не рекомендуется устанавливать в закрытых помещениях.

Несмотря на внушительный список достоинств, ДНаТ 250 обладают некоторыми минусами, которые ограничивают сферу их применения:

1. Ближе к концу срока эксплуатации происходит уменьшение светоотдачи. Тогда светло-оранжевый свет постепенно тускнеет.
2. Лампочки быстро реагируют на перепады напряжения в сети, из-за этого ресурс их работы снижается. Однако эту проблему поможет решить балласт.
3. Низкая температура негативно отражается на работе устройства, тогда оно медленнее запускается, снижается светоотдача.
4. Из-за сильного перегрева источника света во время работы существует риск повреждения его корпуса. Чтобы этого не случилось, их нужно устанавливать в закрытые светильники.
5. Чтобы выйти в нормальный рабочий режим устройству понадобится от 5 до 10 минут. Это время необходимо для разогрева горелки. Потом лампа начинает светить ярко.
6. Низкий уровень светопередачи, особенно у ламп с низким давлением, не позволяет их применять для освещения жилых помещений.
7. Сильная пульсация тока во время работы устройства не способствует длительной работе. Из-за мерцания лампы глаза быстро устают.

ДНаТ 250 не рекомендуется устанавливать в системы освещения, которые быстро включаются и включаются. Это обусловлено тем, что устройству нужно не менее 5 минут для разогрева, а перед следующим запуском ей нужно остыть на протяжении нескольких часов (от 3 до 6 часов).

Сфера применения

ДНаТ 250 находят широкое применение в разных областях. Но чаще всего их используют для организации наружного освещения:

1. Лампочки устанавливают в уличные светильники для освещения дорог, проспектов, шоссе, парков и т. д. Световой поток не уменьшается даже при тумане, ливне или снегопаде.
2. Их вставляют в прожекторы в аэропортах, подземных переходах, на строительных площадках, придомовых территориях.
3. ДНаТ с высокого давления применяются для фонового освещения больших помещений: спортивные, производственные, торговые комплексы. Их цветопередача выше, поэтому они позволяют различать цвета.
4. Светильники с натриевыми лампами часто применяют для подсветки памятников и других архитектурных сооружений.
5. С помощью натриевых ламп создают искусственное освещение для растений в теплицах или оранжереях. Они содержат большое инфракрасного и ультрафиолетового излучения, благодаря чему ускоряется фотосинтез, что положительно влияет на развитие и плодоношение разных культур.

ДНаТ 250 запрещено применять для освещения производственных помещений, где нужно точно распознавать цвета.

Схемы подключения

Чтобы запустить ДНаТ 250, нужно подготовить балласт и зажигающее устройство. Схему подключения можно найти на кожухе дросселя или ИЗУ. Для сбора комплекта может понадобиться компактный двухфазный щиток. Также ее можно установить в корпус светильника, если его размеры позволяют это сделать.

Согласно схеме, фаза подается к дросселю, потом она поступает на зажигающее устройство и после этого подключается ДНаТ.

Конденсатор поможет снять напряжение с проводки, поэтому его тоже рекомендуется использовать. Для ДНаТ 250 подойдет прибор емкостью 35 микрофарад.

Для запуска лампочки можно использовать зажигающее устройство с двумя или тремя точками подключения. По фото выше видно, что схемы подключения с применением разных ИЗУ отличаются.

Двухточечный ИЗУ

Перед работой нужно проверить дроссель и конденсатор тестером. Но сначала следует переключить его в режим максимального сопротивления. Так вы узнаете, повреждена изоляция приборов или нет.

Подключение ИЗУ с двумя выводами проводят параллельно источнику света. После дросселя фазный провод подсоединяется к клемме зажигающего устройства, а во второй выход вводится нулевая жила.

Двухконтактные приборы не рекомендуется применять для ДНаТ 250, так как напряжения во время зажигания лампы идет не только на нее, но и на балласт, а он не рассчитан на такую нагрузку. Это может привести к повреждению его изоляции.

Трехточечный ИЗУ

Чтобы понять, как подключить лампу ДНаТ 250, изучите инструкцию:

1. Отыщите 2 проводка с отрицательным зарядом на щитке, один подведите к лампочке, а второй подсоедините к точке ИЗУ с пометкой «N». Балласт нужно устанавливать только в разрыв фазного кабеля (но не нулевого), который идет к лампе.
2. Расключите фазный провод. Одну жилу с щитка вставьте во входящий контакт на балласте. А кабель из выходящего контакта подсоедините к зажиму с маркировкой «В» на ИЗУ.
3. Вставьте в средний вывод зажигающего устройства провод и проведите его к лампе.

Конденсатор подключается параллельно всей цепи. Для этого одну жилу вводят в фазу на щитке, а вторую – в ноль. После этого протяните провод и разведите его концы на патроне.

Особенности эксплуатации

ДНаТ 250 во время работы сильно нагревается, поэтому нужно соблюдать некоторые правила во время использования лампы:

1. Не трогайте корпус на протяжении 15 минут после отключения светильника.
2. Не прикасайтесь к лампочке голыми руками, на колбе останется жир, который после нагревания прибора превратится в темные пятна. Тогда повышается риск повреждения корпуса на этих участках.
3. Обеспечьте источнику света и балласту вентиляцию, так как они нуждаются в охлаждении. Устанавливайте их на значительном расстоянии от воспламеняющихся устройств.

Берегите осветительный элемент от ударов, так как при его взрыве осколки летят на большое расстояние. Если при этом повредится горелка, то в помещение попадет ртуть, тогда его нужно будет обеззараживать.

Возможные неисправности

Во время эксплуатации лампы могут появляться различные проблемы. Иногда, случается так, что ДНаТ 250 мигает, тогда, возможно, придется заменить источник света. Если после этого проблема не исчезла, то это может быть связано с тем, что напряжение в сети слишком низкое.

Лампочка может периодически гаснуть из-за плохого контакта или скачка напряжения. Еще она возможная причина – межвитковое замыкание, тогда нарушается изоляция обмоток катушки. Чтобы исправить проблему, замените балласт.

Если мигает новая лампа, а дроссель и зажигающее устройство исправные, то дайте время устройству разогреться.

Иногда случается так, что ИЗУ трещит, а светильник не зажигается. Это может быть связано с тем, что оборвался провод, идущий от источника света на зажигающее устройство. Тогда нужно проверить проводку и зачистить контакты.

Утилизация лампочек

ДНаТ 250 содержат токсичную ртуть, которая может заразить помещение. Чтобы этого не случилось, относите лампочку, вышедшую из строя в специальные организации, которые занимаются утилизацией опасных отходов.

Осторожно! Выбрасывать лампу в мусорный бак или закапывать в землю запрещено.

Основные выводы

Лампы ДНаТ 250 излучают мощный световой поток, расходуют минимальное количество энергии, способны нормально функционировать при тумане, снегопаде, сильном дожде. Именно поэтому их чаще всего используют для освещения улиц.

К недостаткам ДНаТ относят слабую цветопередачу и сильную пульсацию тока, поэтому их не применяют для освещения домов или помещений с высокой производительностью.

Для подключения лампы нужно приобрести ИЗУ, дроссель, конденсатор.

Также следует выучить правила эксплуатации прибора, чтобы не повредиться и продлить срок его службы.

Кроме того, следует помнить, что в колбе устройства находятся пары ртути, поэтому после выхода из строя его нужно правильно утилизировать.

Конвертер силы света и светового потока

Введение

Много лет назад, когда лампы накаливания широко использовались и почти не использовались. стандартный источник света для повседневного использования, выбор подходящей лампы был довольно просто: нужно было «всего лишь» выбрать наиболее подходящую мощность для предполагаемое приложение. Сегодня все намного сложнее: есть стандартные лампочки накаливания, галогенные лампы, компактные люминесцентные лампы, люминесцентные лампы и светодиоды лампы самых разных видов.Все эти лампы имеют разный КПД и разные формы свечения, что позволяет выбор намного сложнее.

Просто глядя на мощность лампы в ваттах, мало что можно сказать об эффективном светоотдача. Чтобы преодолеть эту проблему, сила света I _v (выраженная в канделах) и световой поток F (в люменах) являются лучший выбор, но, к сожалению, лишь немногие люди привыкли к этим агрегатам и их значение иногда неверно истолковывают.Производители ламп часто указывают на упаковке одну из этих цифр, но редко и то и другое, поэтому сравнивая лампу мощностью 1000 лм с другой произвести 250 кд непросто: будут ли они светиться такая же яркость? Цель этого калькулятора – помочь преобразовать люмены в канделы для выбор соответствующего источника света.

Эта компактная люминесцентная лампа потребляет 20 Вт электроэнергии и обеспечивает (номинальный) световой поток 1’300 лм. Предположим, что диаграмма направленности направлена ​​во всех направлениях (угол конуса 360 °), с с помощью калькулятора, представленного ниже, вы можете оценить силу света около 103 кд.Вы также можете рассчитать эффективность лампы 65 лм / Вт. (нажмите для увеличения)

Эта светодиодная лампа потребляет 4 Вт электроэнергии и производит (номинальную) сила света 350 кд в конусе с полным углом 36 °. С помощью калькулятора, представленного ниже, вы можете оценить световой поток около 108 лм. Вы можете рассчитать эффективность лампы 27 лм / Вт. (нажмите для увеличения)

Почему фотометрические единицы?

В физике используется радиометрических единиц: например, заданное излучение (световой) источник излучает количество мощности P (измеряется в ваттах) и мы можем легко вычислить интенсивность излучения Дж (измеряется в Вт / стер) или освещенность E (измеряется в Вт / м ² ), если мы хотим знать количество мощности, излучаемой в заданном направлении (телесный угол) или в заданном поверхность соответственно.

Но когда мы говорим о видимом свете, мы должны учитывать чувствительность человеческого глаза, потому что ощущение яркости зависит от цвета (спектра) света. Поэтому предпочтительны фотометрических единиц .

Фотометрический эквивалент мощности излучения – световой поток. (или световая мощность) F (измеряется в люменах). Тогда сила света I _v (в канделах) соответствует световому потоку в заданном телесном угле Ом (1 кд = 1 лм / стер), а освещенность E _v (измеряется в люксах) соответствует световому потоку на заданной площади (1 лк = 1 лм / м ² ).

Зависимость силы света от светового потока

В фотометрии световой поток является мерой всего воспринимаемого света. сила света, в то время как сила света является мерой воспринимаемого мощность, излучаемая источником света в определенном направлении на единицу твердого тела угол.Это означает, что максимальная сила света зависит от общей световой поток источника света, но также и его диаграмма направленности (то, как свет источник излучает во всех направлениях).

Общий световой поток – это сумма всех излучаемых во всех направления, независимо от диаграммы направленности источника света.

Сила света – это световой поток в заданном телесном угле. Вот два примера разной силы света в двух произвольных конусах, предположим, что диаграмма направленности этой лампы неоднородна.

Итак, один и тот же источник света, излучающий тот же световой поток (те же люмены) может давать разную силу света (разные свечи) в зависимости от его способность концентрировать свет. Если поставить линзу перед лампой, чтобы сосредоточить свет в одном направлении, сила света в этом направлении увеличится, а общая световой поток остается прежним. Чем выше способность концентрировать свет в одном направлении, тем терка сила света.

Эти 2 светодиода имеют один и тот же чип, обеспечивающий одинаковый световой поток 0.2 лм при токе 30 мА. У того, что слева, есть линза, которая концентрирует свет в узком конусе. 15 °, в то время как тот, что справа, имеет другую линзу, концентрирующую свет в конусе 30 °. В результате сила света светодиода слева составляет 3,7 кд. и 0,9 кд для правого. (нажмите, чтобы увеличить)

Те же 2 светодиода, которые проецируются на экран на расстоянии около 5 см. Обратите внимание, что светодиод слева дает меньшее и яркое пятно.К сожалению, на этом HDR-изображении разница в яркости едва заметна. видимый. (нажмите для увеличения)

Точное преобразование силы света в световой поток

Чтобы точно рассчитать общий световой поток F , необходимо: учитывать диаграмму направленности I (θ) светового источник. Без диаграммы направленности выполнить преобразование невозможно. Точные числовые данные диаграммы направленности доступны очень редко, но если у кого-то есть шанс иметь таблицу с красивым графиком диаграммы направленности, бесплатную программу, такую ​​как Engauge Digitizer, можно использовать для преобразования графика в числовые значения.Практически все источники света имеют симметричную диаграмму направленности, поэтому мы используйте только данные от 0 ° до 180 ° (от 0 до π), и мы предполагаем, что это будет остается неизменным, если устройство вращается вокруг своей оптической оси.

Зная I (θ) , мы можем вычислить эквивалентный телесный угол Ом (в стерадианах):

Чтобы вычислить этот интеграл, вам понадобится числовая вычислительная программа, например MATLAB, бесплатный Scilab или, возможно, даже электронная таблица. В любом случае это недоступно для простого калькулятора JavaScript, такого как тот, который вы найдете на этих страницах.

Обратите внимание, что I (θ) необходимо нормировать по амплитуде перед вычисляя вышеуказанный интеграл, что означает, что макс (I (θ)) = 1 .

Ом представляет собой телесный угол, пропускающий постоянную и однородную поток равен потоку, передаваемому I (θ) в 4π стерадианах (вся поверхность сферы).

На самом деле это должен быть двойной интеграл в θ и φ . покрывает всю сферу вокруг источника света, но из-за симметричная диаграмма направленности большинства источников света, интеграл в φ можно упростить до коэффициента 2π.

Теперь легко рассчитать световой поток F в люменах:

Где I _v – максимальная сила света, измеренная в кандела (компакт-диск).

Простой преобразователь силы света / потока

Очень часто диаграмма направленности лампы неизвестна, но если мы знаем ширина луча (расходимость луча) 2θ , который представляет собой угол конуса излучаемого света, мы можем сделать приблизительный расчет.Это приблизительное значение, поскольку оно предполагает, что вся мощность равномерно распределена. распределяется внутри этого конуса, и снаружи не излучается энергия. Ширина луча обычно определяется как полный угол конуса 2θ , что составляет удвоение угла конуса θ между осью и конусом.

На этом чертеже вы можете видеть синим цветом угол конуса θ и в красный конус полный угол 2θ .

В этом приближении мы предполагаем, что весь поток равномерно распределен в указанный конус и что снаружи нет излучения.Это, конечно, не очень точно. Имейте в виду, что реальные цифры могут значительно отличаться, но это лучшее, что вы можете получить только с углом конуса. Но обычно порядок величины правильный. Преимущество в том, что преобразование теперь легко и может быть выполнено с помощью карманный калькулятор или этот конвертер JavaScript.

Зная ширину луча 2θ , мы можем легко вычислить соответствующий телесный угол Ом в стерадианах с:

Затем мы можем использовать то же уравнение, что и раньше, для преобразования между светящимися поток F и максимальная сила света I _v :

Следующий калькулятор выполнит вычисления за вас:

Мобильная версия доступна здесь, если вы нужно делать преобразования при покупке ламп…

Введите все известные данные в калькулятор ниже и оставьте поля на вычислить пустое значение, затем нажмите кнопку “вычислить”, чтобы вычислить и заполнить бланки. Возможны не все комбинации; если данных недостаточно; всплывающее окно коробка предупредит вас. Убедитесь, что неизвестные поля полностью пусты: пробел не будет Работа.

А как насчет мощности излучения?

Теперь, когда мы знаем световой поток F , можем ли мы вычислить мощность излучения P или наоборот? Что ж, теоретически да, но это не так просто, потому что вам нужно знать спектр P (λ) излучаемого света для расчета соответствующий коэффициент преобразования.Иногда производители предоставляют вам красивый график спектра, в противном случае вам нужно измерить его с помощью оптического спектрометра (и если он у вас есть, вы, вероятно, не нужны пояснения на этой странице). Без точных спектральных данных преобразование из F в П .

Предполагая, что вы знаете P (λ) (измерено, оцифровано с графика предоставлено производителем), первое, что вам нужно сделать, это нормализовать его в поверхности (поверхность под кривой должна быть равна единице):

Опять же, это недоступно для этого калькулятора JavaScript, и вам понадобится мощная числовая вычислительная программа.

Убедившись, что P (λ) нормализовано, вы можете рассчитать коэффициент преобразования лучистого потока в световой η _v :

Где В (λ) – стандартное функция яркости (фотопическое зрение), и вы должны интегрировать весь видимый спектр (скажем, от λ _мин = От 380 нм до λ _макс = 770 нм) или не менее часть, где P (λ) отлична от нуля.

Зная η _v , теперь возможно преобразование между лучистый и световой поток со следующим соотношением:

Обратите внимание, что η _v выражается в лм / Вт, но не эффективность лампы, это просто мера видимости света для человеческого глаза. Эффективность лампы, выраженная также в лм / Вт, также учитывает потери лампы.

Другими словами, если у вас есть точные спектральные данные и подходящий числовой вычислительное программное обеспечение, вы можете это сделать, но все же вам нужно много мотивации чтобы преодолеть эти два препятствия.И не нужно просто покупать лампочку…

Световая отдача лампы

Световая отдача лампы – это соотношение между производимой световой отдачей. поток и используемая электрическая мощность и выражается в люменах на ватт. (лм / Вт), чем выше, тем лучше. В основном это зависит от технологии изготовления ламп: у старых ламп накаливания очень низкий КПД, галогенные лампы немного лучше, люминесцентные лампы и светодиоды имеют лучшая эффективность (для белого света) на сегодняшний день (2013 г.).

Обратите внимание, что используемая электрическая мощность отличается от (и всегда выше, чем) мощность излучения обсуждалась ранее. Чтобы вычислить эффективность лампы, нет необходимости вычислять или знать лучистая сила.

Эта старинная лампа накаливания потребляет 75 Вт электроэнергии и обеспечивает (номинальный) световой поток 950 лм. Предположим, что диаграмма направленности направлена ​​во всех направлениях (угол конуса 360 °), с С помощью калькулятора, приведенного выше, вы можете оценить силу света около 76 кд.Вы также можете рассчитать эффективность лампы 13 лм / Вт. (нажмите для увеличения)

Лампы накаливания, независимо от того, галогенные они или нет, лучше подходят для большие силы, потому что чем горячее нить накала генерирует более видимый свет. Таким образом, одна лампочка мощностью 75 Вт и ее 13 лм / Вт эффективнее. чем две лампы мощностью 40 Вт с мощностью всего 10 лм / Вт.

Цветные лампы накаливания имеют очень низкий КПД, потому что большинство свет отфильтровывается цветным стеклом, оставляя только одну часть спектр.С другой стороны, цветные газоразрядные лампы или светодиоды обладают очень высокой эффективностью. потому что излучается только требуемый цвет и не делается никаких компромиссов получить белый свет. По этой причине во многих странах уличные фонари желтые: натриевые лампы. имеют очень хорошую светоотдачу, но излучают уродливый желтый свет.

Для белых ламп, как правило, наиболее эффективны газоразрядные или светодиодные лампы. излучают холодный (голубоватый) свет и плохо передают цвета; это может изменения в будущем.

Наконец, прозрачные лампы имеют лучшую эффективность, чем диффузные, но они иногда тревожно смотреть. Добавление диффузора к прозрачной лампе, конечно, снизит ее эффективность.

В следующей таблице приведены обычные значения световой отдачи обычного белого цвета. домашние лампы:

Практически для всех типов ламп, кроме светодиодных, световая отдача больше или меньше. менее стабильный уже много лет, и здесь нет больших сюрпризов. Для светодиодов эффективность постоянно повышается: десять лет назад эффективность Светодиодные лампы были сравнимы с галогенными лампами, первые эффективные светодиоды имели очень низкие уровни мощности и были практически бесполезны.Сегодня (в 2013 году) можно купить хорошие светодиодные лампы с превышением КПД. 100 лм / Вт в местном универсальном магазине, и эта цифра продолжает расти.

Заключение

Два основных фотометрических понятия, световой поток и сила света, имеют были кратко описаны и простой примерный калькулятор для преобразования между два доступны на этой странице. Чем отличаются некоторые аспекты преобразования лучистого потока в световой поток. было объяснено, но, к сожалению, нет простого способа конвертировать между их.Наконец, была обсуждена световая отдача лампы. Цель состоит в том, чтобы помочь сравнить лампы или источники света в целом после завершения технические данные отсутствуют.

Библиография и дополнительная литература

Улучшенные фотометрические стандарты и процедуры калибровки в NIST

J Res Natl Inst Stand Technol. 1997 май-июнь; 102 (3): 323–331.

Отдел оптических технологий, Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсбург, Мэриленд 20899-0001

Журнал исследований Национального института стандартов и технологий является публикацией U.С. Правительство. Документы находятся в общественном достоянии и не защищены авторским правом в США. Статьи из J Res могут содержать фотографии или иллюстрации, авторские права на которые принадлежат другим коммерческим организациям или частным лицам, которые нельзя использовать без предварительного разрешения правообладателя.

Abstract

NIST недавно разработал детекторную единицу силы света (кандела, кд), которая является производной от абсолютного криогенного радиометра NIST.Впоследствии единицы светового потока (люмен, лм) и единицы яркости (кд / м ² ) были установлены на основе канделы на основе детектора, и теперь все фотометрические блоки NIST привязаны к криогенному радиометру. Блок освещенности реализован и поддерживается на пяти стандартных фотометрах. Большой динамический диапазон стандартных фотометров устраняет необходимость в обслуживании множества рабочих эталонных ламп различной мощности. Сила света ламп определяется из значений освещенности, измеренных с помощью этих фотометров, и расстояний, измеренных с помощью системы линейного энкодера.Переносные фотометры и измерители освещенности калибруются путем прямого сравнения со стандартными фотометрами без измерения расстояния. Единица светового потока реализована с использованием метода абсолютных интегрирующих сфер, недавно разработанного в NIST. Блок яркости реализован на источнике интегрирующей сферы, который используется для калибровки других источников яркости и измерителей яркости. Эти основанные на детекторах методы позволили снизить неопределенность фотометрических калибровок и предоставить больше разнообразных услуг фотометрической калибровки в NIST.

Ключевые слова: калибровка , кандела, освещенность, интегрирующая сфера, люмен, яркость, световой поток, сила света, люкс

1. Введение

Кандела является одной из базовых единиц СИ (Systéme International) и, следовательно, основа для всех фотометрических величин. Кандела была впервые определена CGPM (Conférence Générale des Poids et Mesures) в 1948 году на основе излучения расплавленной платины при температуре затвердевания. Кандела была пересмотрена CGPM в 1979 году, так что одна кандела равна 1/683 ватт на стерадиан для монохроматического излучения на длине волны 555 нм [1].После этого переопределения стало возможным извлекать канделу из радиометрических шкал с помощью различных методов.

В NIST до 1991 года единица силы света (кандела) была основана на шкале спектральной освещенности NIST [2], которая была основана на черном теле с золотой точкой. В 1992 г. был реализован новый блок силы света на основе абсолютного криогенного радиометра [3, 4]. Реализация и обслуживание фотометрических единиц в NIST показаны на. Криогенный радиометр NIST [5] (называемый HACR от High Accuracy Cryogenic Radiometer) действует как абсолютная радиометрическая база в верхней части цепочки.Радиометр охлаждается жидким гелием до 5 К и работает по принципу электрического замещения. На основе измерений лазерного луча с HACR на нескольких длинах волн шкала спектральной чувствительности NIST [6] реализована на кремниевых фотодиодных детекторах с улавливанием света. Кандела NIST реализуется и поддерживается с помощью группы из пяти стандартных фотометров, которые характеризуются спектральной чувствительностью и откалиброваны для чувствительности к освещенности в единицах A / lx. Стандартные фотометры воплощают в себе модуль освещения NIST.

Блок-схема, показывающая реализацию и обслуживание фотометрических устройств NIST.

Единицы силы света, светового потока и яркости выводятся из единицы освещенности. Единица светового потока NIST реализована по новому методу с использованием специально разработанной системы интегрирующих сфер, представленной в 1995 году. Единица яркости реализована на основе измерений силы света и площади апертуры эталонного источника интегрирующей сферы. Детали реализации этих фотометрических единиц и связанные с этим улучшения фотометрических калибровок в NIST описаны в этой статье.

2. NIST Candela

2.1 Принцип реализации Candela на основе детекторов

Стандартный фотометр состоит из кремниевого фотодиода, фильтра, который спектрально соответствует функции спектральной световой эффективности CIE (Commission Internationale de l’Eclairage) для фотопического зрения (называется функцией V ( λ )) и ограничивающей диафрагмой, как показано на. При измерении абсолютной спектральной чувствительности s ( λ ) [A / W] ¹ фотометра фотометрическая чувствительность R _{v, f} [A / лм] фотометра определяется выражением

Rv, f = ∫λP (λ) s (λ) dλKm∫λP (λ) V (λ) dλ,

(1)

где P ( λ ) – спектральное распределение мощности света для измерения V ( λ ) – это функция спектральной световой отдачи, а K _м – максимальная спектральная световая отдача (683 лм / Вт).Обычно планковское излучение при 2856 K (CIE Illuminant A) используется для P ( λ ). Если чувствительность R _{v, f} одинакова по всей диафрагме и известна площадь апертуры S , светочувствительность фотометра R _{v, i} [A / lx] определяется выражением

Принципиальная схема, изображающая геометрию реализации канделы на основе детектора.

Когда фотометр используется для измерения освещенности от источника света (планковский источник 2856 К и считается точечным), сила света I _v [кд] источника определяется выражением

I _v = d ² ⋅ y / R _{v, i} ,

(3)

где d – расстояние от источника света до апертуры поверхность фотометра, а y – выходной ток фотометра.

2.2 Конструкция стандартных фотометров NIST

показывает конструкцию фотометров стандарта NIST. Кремниевый фотодиод, корректирующий фильтр В ( λ ) и прецизионная апертура диаметром 3 мм установлены в передней части цилиндрического корпуса. Кремниевый фотодиод имеет чувствительную область 0,3 см ² . Корректирующий фильтр V ( λ ) состоит из нескольких слоев стеклянных фильтров. Поскольку характеристики фильтра и фотодиода меняются в зависимости от температуры, в передней части корпуса установлен датчик температуры, который компенсирует изменение температуры фотометра.Под этой передней частью встроен электронный блок, содержащий схему преобразователя тока в напряжение, имеющую высокую чувствительность и широкий динамический диапазон, чтобы минимизировать шум. Схема имеет переключаемую настройку усиления от 10 ⁴ до 10 ¹⁰ . Эта функция высокой чувствительности позволяет точно измерять s ( λ ) даже на крыльях кривой V ( λ ).

Поперечное сечение стандартного фотометра NIST.

2.3 Определение характеристик и калибровка стандартных фотометров NIST

Спектральная чувствительность s ( λ ) каждого фотометра измеряется с помощью средства сравнения спектра NIST [6]. Апертура фотометра недозаполнена пучком диаметром 1 мм от монохроматора. Чувствительность фотометра также отображается на всей площади прецизионной апертуры на нескольких длинах волн. На основе картографических данных рассчитывается отношение средней чувствительности по апертуре к чувствительности в центре апертуры и применяется при вычислении чувствительности.Площади отверстий были измерены отделом точного машиностроения NIST с относительной расширенной неопределенностью (с коэффициентом охвата k = 2 и, следовательно, оценкой двух стандартных отклонений) 0,1%.

Светочувствительность R _{v, i} фотометров откалибрована для источника света CIE A. Если фотометр используется для измерения источников, отличных от источника света A, чувствительность R _{v, i} пересчитывается с использованием спектральное распределение мощности тестового источника P ( λ ), введенное в уравнение.(1). Для удобства измерения ламп накаливания с различной температурой распределения получены поправочные коэффициенты спектрального рассогласования ccf * ( R _{v, i} для осветителя A, деленное на R _{v, i} для тестового источника) и подогнан к полиномиальной функции. Пример функции показан на. Корректируемый сигнал фотометра умножается на кубических футов *.

Кривая формы ccf * = M ₀ + M ₁ T + M ₂ T ² подогнана к четырем точкам с результатом М ₀ = 1.0253, M ₁ = – 1,279,3 × 10 ⁻⁵ [K ⁻¹ ], M ₂ = 1,273 × 10 ⁻⁹ [K ⁻² ].

Фотометры характеризуются температурной зависимостью. Температурные коэффициенты фотометров NIST составляют -0,088% / ° C. При использовании фотометров поправки производятся с использованием сигнала датчика температуры и температурного коэффициента.

Линейности фотометров измеряются с помощью соединителя пучков [7].Установлено, что фотометры имеют линейный отклик в диапазоне выходного тока от 10 ⁻¹⁰ A до 10 ⁻⁴ A. Это соответствует диапазону освещенности от 10 ⁻² лк до 10 ⁴ лк. Это означает, что фотометры можно использовать для измерения силы света от 10 мкд на 1 м и до 10 ⁵ кд на 3 м без значительного увеличения относительной погрешности.

Чувствительность фотометров в целом меняется со временем.Стандартные фотометры NIST калибруются ежегодно. Первоначально использовалось восемь фотометров. Дрейф светочувствительности восьми стандартных фотометров за 4-летний период показан на рис. В то время как фотометры 1, 2 и 3 показали значительные изменения, фотометры с 4 по 8 показали отклонение менее 0,1% в год. С 1995 года для обслуживания установки использовались только эти пять фотометров. Обратите внимание, что эти результаты включают неопределенность реализации единицы освещенности.

Дрейф светочувствительности стандартных фотометров NIST за четырехлетний период.

Относительная расширенная неопределенность ( k = 2) единицы освещенности NIST составляет 0,38%, что в два раза больше по сравнению с предыдущей единицей освещенности на основе источника. Детали этого бюджета неопределенности описаны в Ref. [2].

2.4 Калибровка силы света

В NIST сила света испытательных ламп была предварительно откалибрована по эталонным лампам силы света.Рабочие эталонные лампы, работающие на нескольких разных уровнях мощности, использовались для сравнения ламп, работающих на аналогичных уровнях мощности, чтобы избежать ошибок линейности в системе детектора. Время горения основных и рабочих эталонных ламп было строго ограничено, чтобы свести к минимуму старение ламп. Дополнительные компоненты неопределенности были включены при переносе шкалы с основных эталонных ламп на рабочие эталонные лампы.

Используя метод на основе детектора, сила света ламп в широком диапазоне силы света напрямую калибруется стандартными фотометрами из-за их широкой области линейности.Стандартные фотометры (первичные эталоны) можно использовать в рутинных калибровках, поскольку они не стареют при использовании, как это обычно бывает с лампами. Относительная расширенная неопределенность ( k = 2) калибровок силы света в NIST обычно составляет 0,52%, которая включает неопределенность единицы освещенности (0,38%), долговременный дрейф стандартных фотометров (0,26%), воспроизводимость тестовых ламп (0,2%) и другие факторы. Фотометрический стенд с точной шкалой длины остается незаменимым для калибровки силы света.Однако необходимость в стандартных лампах силы света в большинстве случаев можно устранить, заменив стандартные лампы стандартными фотометрами. Метод определения цветовой температуры контрольной лампы (лампы накаливания) необходим для максимальной точности измерений. Следует уделять больше внимания минимизации паразитного света, поскольку он не исключается, как при измерениях замены лампы на лампу.

2.5 Калибровка измерителя освещенности

При использовании предыдущего метода на основе источника калибровка освещенности основывается на силе света стандартной лампы, законе обратных квадратов и точных измерениях расстояния.Регулировка стандартной лампы имеет решающее значение, а отклонение от закона обратных квадратов на малых расстояниях является большим фактором неопределенности.

Детекторный метод имеет большее преимущество при калибровке измерителей освещенности и переносных фотометров. В NIST измерители освещенности и фотометры калибруются путем прямой замены на стандартные фотометры, помещая их в одну освещенную плоскость. В таких методах замены исключаются многие факторы неопределенности.Нет необходимости в измерениях расстояний. Юстировка лампы и отклонение от закона обратных квадратов больше не являются критическими факторами. Используется рабочая лампа известной цветовой температуры (обычно 2856 К). Кратковременная стабильность рабочей лампы важна, но время горения и характеристики старения не имеют значения.

Относительная расширенная неопределенность ( k = 2) калибровки измерителя освещенности в NIST обычно составляет 0,50%, что включает неопределенность единицы освещенности (0.38%), долговременный дрейф стандартных фотометров (0,26%), случайные вариации измерения переноса (0,1%) и другие факторы. Это значение не включает факторы неопределенности, присущие тестируемому измерителю освещенности.

3. NIST Lumen

3.1 Принцип метода абсолютной интегрирующей сферы

В NIST был разработан новый метод реализации единицы светового потока с использованием специальной интегрирующей сферы вместо гониофотометра. Основной принцип этого метода (метод абсолютной интегрирующей сферы) заключается в калибровке полного потока лампы внутри сферы относительно известного количества потока, вводимого от источника вне сферы через отверстие.Этот метод был впервые предложен путем теоретического анализа с использованием техники компьютерного моделирования [8], затем экспериментально подтвержден [9] и был фактически применен для реализации блока светового потока NIST в 1995 году [10].

показывает устройство для метода абсолютной интегрирующей сферы. Поток от внешнего источника вводится через калиброванное отверстие, расположенное перед отверстием. Внутренний источник – лампа, которую нужно калибровать, – устанавливается в центре сферы.Две перегородки используются для защиты извещателя и проема от прямого освещения внутренним источником. Детектор подвергается воздействию «горячей точки» (первое отражение потока, вводимого от внешнего источника), чтобы уравнять чувствительность сферы для внутреннего источника и для внешнего источника. Перегородка 2 выровнена так, что детектор не видит ни одной из поверхностей.

Принципиальная схема, показывающая установку для метода абсолютной интегрирующей сферы.

В этом методе внешний источник и внутренний источник работают поочередно, и общий световой поток Φ _и внутреннего источника получается путем сравнения со световым потоком, подаваемым от внешнего источника, как указано в

, где E _a – средняя освещенность [лк] от внешнего источника над ограничивающей апертурой известной области A , y _i – сигнал детектора для внутреннего источника, а y _e – детектор сигнала для внешнего источника.Величина c _f является важным поправочным коэффициентом для различного неидеального поведения интегрирующей сферы. Отклик интегрирующей сферы неоднороден по стенке сферы из-за перегородок и других структур внутри сферы, а также из-за неоднородной отражательной способности стенки сферы из-за загрязнения. Свет от внешнего источника падает под углом 45 °, в то время как свет от внутреннего источника является нормальным. Когда угол падения отличается, коэффициент диффузного отражения покрытия сферы изменяется, что влияет на чувствительность сферы.Когда спектральное распределение мощности внутреннего источника отличается от распределения мощности внешнего источника, возникает ошибка спектрального рассогласования. Все эти поправки сделаны для определения поправочного коэффициента c . Коррекция самопоглощения не требуется, если внутренний калибруемый источник остается в сфере при измерении внешнего источника.

3.2 Коррекция ошибок пространственной неоднородности

Функция распределения пространственной чувствительности (SRDF) сферы, K ( θ , ϕ ), определяется как реакция сферы на такое же количество потока, падающего на точка ( θ , ϕ ) стенки сферы или на поверхности перегородки относительно значения в начале координат, K (0,0). K ( θ , ϕ ) может быть получен путем измерения сигналов детектора при вращении узкого луча внутри сферы. Вращающаяся лампа должна быть нечувствительной к горению. K ( θ , ϕ ) дополнительно нормализуется для реакции сферы на идеальный точечный источник. Нормализованный SRDF, K * ( θ , ϕ ), определяется как

K * (θ, ϕ) = 4πK (θ, ϕ) / ∫ϕ = 02π∫θ = 0πK (θ, ϕ) sinθdθdϕ.

(5)

показывает SRDF интегрирующей сферы NIST.Используя K * ( θ , ϕ ), коэффициент пространственной поправки scf _e для внешнего источника относительно изотропного точечного источника определяется выражением

s c f _e = 1/ K * ( θ _e / ϕ _e ),

(6)

где (

scfi = 1 / ∫ϕ = 02π∫θ = 0πI * (θ, ϕ) K * (θ, ϕ) sinθdθdϕ,

(7)

где I * ( θ , ϕ ) – нормированное распределение силы света внутреннего источника, задаваемое формулой

I * (θ, ϕ) = Irel (θ, ϕ) / ∫ϕ = 02π∫θ = 0πIrel (θ, ϕ) sinθdθdϕ,

(8)

где I _rel ( θ , ϕ ) – относительное распределение силы света внутреннего источника.

Функция пространственного распределения отклика (SRDF) интегрирующей сферы NIST.

Гониофотометр не обязательно требуется для получения I _отн. ( θ , ϕ ). Большинство стандартных ламп с общим световым потоком имеют довольно однородные угловые распределения силы света, и scf _i можно принять за единицу (когда коэффициент отражения сферы относительно высок). Даже когда уравнение. (8) необходимо только относительное распределение интенсивности, и его точность не критична.Например, данные для группы ламп одного типа могут быть представлены одной лампой. После получения данных о распределении они используются в течение всего срока службы ламп.

3.3 Реализация NIST Lumen

Интегрирующая сфера NIST 2 м была изменена, чтобы иметь геометрию, показанную в. Сфера покрыта краской из сульфата бария с коэффициентом отражения около 97% в видимой области. Отверстие диаметром 10 см вырезали под углом 45 ° от детектора.Перегородка 1 (диаметром 20 см) расположена в 50 см от центра сферы. Перегородка 2 (диаметром 15 см) расположена в 60 см от центра сферы.

Детектор представляет собой фотометр с поправкой на V (λ) с опаловым диффузором (диаметром 20 мм), прикрепленным спереди. Он имеет встроенный трансимпедансный усилитель с настройками усиления от 10 ⁴ В / А до 10 ¹⁰ В / А. Встроенный датчик температуры позволяет корректировать температурный дрейф фотометра. Линейность детектора была постоянной в диапазоне потока от 10 ^-1 лм до 10 ⁵ лм с точностью до 0.05%.

В качестве внешнего источника используется матовая кварцевая галогенная лампа FEL мощностью 1000 Вт, работающая при температуре 2856 К. Лампа размещается на расстоянии 70 см от ограничивающего отверстия, вводя поток примерно 2,7 лм или примерно 4,2 лм через отверстие из нержавеющей стали диаметром 40 мм или 50 мм и толщиной 3 мм. Площади отверстий были определены отделом NIST Fabrication Technology Division с относительной расширенной неопределенностью ( k = 2) 0,03%. Отверстие располагается как можно ближе к отверстию, чтобы минимизировать дифракционные потери.Распределение освещенности по площади апертуры измеряется путем пространственного сканирования фотометра с косинусной коррекцией для определения среднего поправочного коэффициента освещенности k _a , который представляет собой отношение средней освещенности E _a к освещенности на апертуре. центр E _c . Стандартные фотометры NIST используются для определения освещенности E _c .

SRDF, K ( θ , ϕ ), измеряется путем вращения источника луча, который не зависит от положения горения.Используются вакуумные лампы накаливания мощностью 6 В (1,2 Вт), оснащенные рефлектором (диаметр 40 мм) и цилиндрическим колпаком (длина 100 мм). Угол луча около 10 °. Измерения SRDF выполняются с интервалами 5 ° для θ и 30 ° для ϕ . показывает часть кривых SRDF интегрирующей сферы NIST. Полярные координаты ( θ , ϕ ) на графике берут начало в положении головки фотометра, как показано на. По этим данным были рассчитаны scf _i для внутреннего источника (опаловая лампа мощностью 40 Вт) и scf _e для внешнего источника.

Группа из двенадцати ламп накаливания с опаловой лампой мощностью 40 Вт, работающих при температуре 2730 К, откалибрована для использования в качестве основных эталонов светового потока. В то же время восемь ламп накаливания с матовым покрытием мощностью 60 Вт, работающих при температуре 2740 К, также откалиброваны для использования в качестве рабочих эталонов. Регулярные калибровки светового потока выполняются с использованием этих рабочих эталонных ламп. Калибровка рабочих эталонных ламп производится каждые 10 часов общего времени работы. Для этих ламп были рассчитаны поправочные коэффициенты спектрального рассогласования ccf *, и были применены поправки.Также измерялось самопоглощение каждой лампы и вносились поправки. Относительная расширенная неопределенность ( k = 2) единицы светового потока NIST составляет 0,53%. Детали бюджета неопределенности обсуждаются в работе. [10].

3.4 Калибровка общего светового потока

В прошлом в NIST использовался метод строгой замены. Для калибровки светового потока использовались рабочие эталоны мощностью 500 Вт, 200 Вт, 100 Вт и шесть типов миниатюрных ламп от 400 лм до 6 лм [2].Дополнительные компоненты неопределенности были добавлены, когда эти рабочие эталоны были откалиброваны от одной группы к другой, начиная с первичных эталонных ламп мощностью 300 Вт. Относительные расширенные неопределенности ( k = 2) рабочих эталонных ламп колебались от 1,0% до 1,9%.

При описанном выше методе абсолютной интегрирующей сферы единица светового потока реализуется на ежегодной основе. Первичные стандарты используются только для перекрестной проверки целостности единицы. Рабочие эталонные лампы ежегодно калибруются методом абсолютной интегрирующей сферы с той же погрешностью, что и первичные эталонные лампы.С помощью фотометра, имеющего широкий диапазон линейности, и недавно разработанных методов пространственной и спектральной коррекции, можно измерять контрольные лампы в диапазоне от 10 ^-1 лм до 10 ⁵ лм в сфере 2 м относительно одной тип рабочего торшера. Хотя это все еще метод замены, многие типы рабочих стандартных ламп больше не нужны.

При обычной калибровке всегда вносятся поправки на самопоглощение, ошибки спектрального рассогласования и изменения температуры фотометра.Для коррекции спектрального рассогласования измеряются спектральные распределения мощности или цветовые температуры тестовых ламп. Коррекция пространственной неоднородности выполняется только при калибровке специальных типов ламп с направленным распределением силы света.

Благодаря новым процедурам калибровки погрешность калибровки светового потока значительно снизилась. Относительная расширенная неопределенность ( k = 2) калибровки светового потока ламп накаливания теперь обычно равна 0.8%, что включает погрешность единицы светового потока NIST (0,53%), старение рабочих эталонов между калибровками (0,30%), переход от рабочих эталонов к тестовым лампам (0,5%) и воспроизводимость тестовых ламп (0,2 %).

4. Единица яркости NIST

Единица яркости обычно устанавливается с использованием стандарта белого отражения или пропускающего рассеивателя, такого как опаловое стекло, освещаемого стандартной лампой силы света. Неопределенность такой единицы яркости включает неопределенность эталонной лампы, эталонного материала и другие факторы, такие как рассеянный свет.Опаловое стекло особенно чувствительно к рассеянному свету, исходящему с обоих направлений.

При использовании стандартных фотометров, описанных выше, в NIST реализован блок яркости на основе детектора на эталонном источнике с интегрирующей сферой. показывает конфигурацию. Сферический источник имеет диаметр 15 см и имеет монитор-детектор с поправкой на В ( λ ) на стенке сферы. Источник имеет структуру двойной сферы, большая сфера освещается промежуточной сферой 5 см, которая освещается кварцевой галогенной лампой.Сферический источник работает при температуре 2856 К от источника постоянного тока. К выходному отверстию (диаметром 50 мм) сферического источника поочередно прикреплены два прецизионных отверстия диаметром примерно 8 мм. Сферический источник и фотометры помещаются на фотометрический стол в светонепроницаемом боксе, чтобы свести к минимуму ошибки рассеянного света. Освещенность на расстоянии 2 м от сферического источника измеряется стандартными фотометрами NIST. Расстояние измеряется с помощью системы линейного энкодера. Источник сферы стабилизируется в течение 60 минут перед калибровкой, так как чувствительность детектора монитора дрейфует по мере нагрева сферы.Средняя яркость L [кд / м ² ] над плоскостью апертуры просто определяется из освещенности E , расстояния d и площади апертуры A , как указано

Конфигурация для реализации модуля яркости NIST.

Геометрический поправочный коэффициент, определяемый по площадям апертуры и чувствительной поверхности фотометра, рассчитывается как пренебрежимо малый в данной геометрии. Дифракционные потери с апертурой также считаются незначительными.Когда яркость L определена, сигнал детектора монитора записывается и определяется чувствительность детектора монитора R _L . Детектор монитора просматривает часть стенки сферы напротив выходного порта и представляет яркость на выходном отверстии независимо от старения лампы и эффекта взаимного отражения диафрагмы.

Для обычных калибровок прецизионная апертура удаляется, а отверстие для сферы можно полностью открыть (диаметр 50 мм) или оборудовать другой апертурой (диаметром 25 мм).В этом случае значение детектора монитора по-прежнему представляет собой яркость для апертуры 8 мм. Следовательно, когда требуется средняя яркость по всему выходному отверстию (или апертуре 25 мм), отношение центральной яркости (8 мм) к средней яркости получается из пространственного распределения яркости по выходному отверстию.

Блок яркости реализуется ежегодно с использованием этих процедур и поддерживается посредством чувствительности R _L детектора монитора. Цветовая температура сферического источника также ежегодно калибруется.Единица передается на эталонный измеритель яркости, используемый для перекрестной проверки сферического источника. Относительная расширенная неопределенность ( k = 2) единицы яркости NIST составляет 0,46%, что включает неопределенность единицы освещенности NIST (0,38%), долговременный дрейф стандартных фотометров во время использования (0,1% ), площадь апертуры (0,10%), измерения центровки и расстояния (0,05%), воспроизводимость сферического источника (0,16%) и другие факторы.

5. Заключение

Единица силы света (кандела, кд), единица светового потока (люмен, лм) и единица яркости [кд / м ² ] были установлены с использованием метода на основе детектора.Все фотометрические устройства NIST теперь основаны на абсолютном криогенном радиометре. Погрешности этих фотометрических единиц NIST были значительно уменьшены. Эти фотометрические единицы реализуются не на основе долгосрочной стабильности эталонных артефактов, а на ежегодной основе, чтобы свести их погрешности к минимуму.

Детекторный метод также используется при фотометрической калибровке силы света ламп, измерителей освещенности и измерителей яркости.Большой динамический диапазон стандартных фотометров устраняет необходимость в обслуживании множества рабочих эталонных ламп различной мощности. Неопределенность снижается за счет короткой цепочки калибровки рабочих эталонов и упрощенных процедур.

Метод абсолютной интегрирующей сферы позволяет реализовать единицу светового потока с помощью интегрирующей сферы и калибровку стандартных ламп намного быстрее, чем с помощью гониофотометра. Это позволяет проводить калибровку рабочих эталонных ламп, а также первичных эталонных ламп одновременно с одинаковой погрешностью.Методика коррекции ошибок пространственной неоднородности в интегрирующей сфере полезна для уменьшения погрешности калибровки замещающих измерений в интегрирующей сфере.

Усовершенствованные фотометрические стандарты позволили NIST предоставлять более широкий спектр услуг фотометрической калибровки с более широким диапазоном калибровочных артефактов.

Благодарности

Альберт Парр и Крис Кромер разработали концепцию канделы на основе детектора NIST и основали проект.Джордж Эппельдауэр сыграл ключевую роль в разработке и создании стандартных фотометров NIST и их характеристике. Джонатан Хардис внес свой вклад в теоретические исследования и подробный анализ реализации канделы. Автор благодарен этим и другим сотрудникам отдела оптических технологий, которые внесли свой вклад в эту работу.

Биография

•

Об авторе: Йошихиро Оно, доктор философии, физик Отделения оптических технологий, Физическая лаборатория, NIST.Национальный институт стандартов и технологий является агентством Управления технологий Министерства торговли США.

Сноски

¹ В помощь читателю соответствующая связная единица СИ, в которой должна быть выражена величина, указывается в скобках, когда величина вводится впервые.

7. Ссылки

1000 лк = 15 мкмоль / с / м2

% PDF-1.5 % 1 0 объект > / Метаданные 418 0 R / Страницы 2 0 R / StructTreeRoot 3 0 R / Тип / Каталог >> эндобдж 418 0 объект > поток application / pdf