Люксметр. Знакомство с прибором для измерения освещённости

Точность превыше всего | 26.12.2016

Люксметр, по-видимому, — какой-то измерительный прибор. Но что за величину он контролирует, не каждый даст вразумительный ответ. Хорошо, если вспомнят об освещении в комнате или на рабочем месте. И действительно, аппарат предназначен для измерения одной из характеристик световой обстановки. Постараемся подробно осветить этот вопрос: назначение, принцип действия устройства и методы его использования.

Немного теории

В интернете наблюдается большая путаница в научно-технических терминах, касающихся области светотехники. Один и тот же прибор называют по-разному. Рассматриваемое устройство — люксметр, например, иногда выдают за измеритель светового потока, хотя это не так.

Световой поток — это характеристика осветительного элемента, и говорить об этой величине можно только относительно конкретного источника освещения (лампы накаливания, газоразрядного элемента, светодиода и т. д.). Единицей этой характеристики в системе СИ является люмен (лм). Это сила света в 1 канделу (кд) в телесном угле 1 стерадиан (ср).

Измеряют этот параметр с помощью фотометрического шара (сферического интегратора) диаметром 1 или 2 метра, либо настольными интегрирующими сферами размером от 10 см до полуметра. Все эти приборы, естественно, не для бытового применения, поскольку цена даже небольшого отечественного прибора ТКА-КК1 для контроля светодиодов составляет 35 000 рублей.

Поток света, действующий на единицу площади, выражается освещённостью. Единица этой характеристики — люкс (лк) — результат освещения поверхности в 1 м² потоком, равным 1 люмену. Понятие «освещённость» относится не к источнику освещения, а к окружающей среде. Световой поток есть величина постоянная для каждого источника, в то время как освещённость в каждой точке помещения зависит от нескольких факторов:

• количества источников, находящихся рядом с местом измерения;
• светового давления каждого из них;
• расстояния до источников;
• отражающей способности предметов обстановки.

Виды освещения

Используется 4 вида искусственного освещения:

• Общее (при этом освещении производиться равномерное распределение светового потока на всю площадь помещения. Достигается оно путем равномерного рассеивания источников света по всей площади с соблюдением расстояния между ними);
• Местное (используется для улучшенного освещения отдельного рабочего участка);
• Комбинированное (включает в себя общее и местное освещение);
• Аварийное (редко используется. Предназначено для обеспечения освещения при отключении основного источника света).

Что такое люксметр и для чего он нужен?

«Измеряй все, поддающееся измерению, а что не поддаётся — сделай измеряемым» — этот афоризм, приписываемый Галилею, подтверждает, что освещённость тоже можно измерить. Поскольку её единицей служит люкс (по-гречески — свет), то и прибор для измерения освещённости называется люксметр (метр — измеряю). Применяется как внутри помещения, так и на открытом пространстве. В каких случаях он используется?

Установлено, что как слабый, так и чрезмерно яркий свет действует неблагоприятно на протекающие в мозгу процессы. При недостатке освещения падает работоспособность, снижается концентрация внимания, возникает сонливость. Излишне яркий свет приводит к возбуждению нервной системы. И то, и другое создаёт предпосылки для несчастного случая. Поэтому в число плановых мероприятий по охране труда на рабочих местах входит и проверка освещения рабочих мест. ГОСТ Р 55710-2013 устанавливает нормы освещённости (в люксах) помещений различного назначения. Упрощенно, в офисе согласно санитарным нормам и правилам (СНИП) освещённость должна быть от 200 до 300 лк.

Процесс фотосинтеза у растений, в результате которого вырабатываются питательные вещества из углерода воздуха, происходит под воздействием света. При этом растения по-разному реагируют на температурные условия и уровень освещённости. Практически все культурные растения и большинство овощей хорошо развиваются в условиях умеренного освещения. Другие виды требовательны к высокой температуре и освещённости. Поэтому люксметры используют для контроля и поддержания требуемой освещённости для различных культур в тепличных хозяйствах, оранжереях, ботанических садах.

Искусственное освещение

В темное же время суток освещенность производится искусственно – всевозможными электрическими лампами.

Искусственное освещение может применяться и в дневное время при слабом дневном свете, а также у зданий, где технологически невозможно проделать соответствующее количество окон, к примеру, цокольные этажи зданий или подвалы.

Также учитываются состояние атмосферы, географическое положение.

Устройство и принцип работы

Основой любого люксметра является фотоэлемент — полупроводниковое устройство, в котором световые кванты передают свою энергию электронам, в результате чего возникает электрический ток. Сила тока пропорциональна величине освещённости в том месте, где находится фотоприемник.

Другим элементом люксметра служит аналоговый или цифровой индикатор. В механических устройствах электрический ток, преобразуемый гальванометром, вызывает вращательное движение стрелки указателя. В цифровых приборах аналоговый сигнал (электрический ток) с помощью оптико-электронного конвертора преобразуется в цифровой с отображением результата на жидкокристаллическом дисплее. Конструктивно оба узла (фотоприемник и преобразователь) выполняются либо в виде самостоятельных элементов, соединённых между собой проводом, либо в общем корпусе.

Моноблок лучше подходит для оперативного проведения замеров, поскольку меньше весит и удобнее в работе. Однако возникают неудобства при измерении в труднодоступных местах, с разных направлений и регистрации при этом показаний. Поэтому при проведении аттестации рабочих мест чаще всего используют приборы с вынесенным фотодатчиком. Рассмотрим некоторые из наиболее распространённых моделей.

Виды ламп для освещения помещения

Искусственная освещенность выполняется за счет использования электрических ламп, которые преобразовывают электроэнергию в световой поток.

В свое время самыми распространенными являлись лампы накаливания. Широкий диапазон этих ламп по мощности позволяло подобрать источник света с требуемым под определенные условия световым потоком.

Последнее время они стали менее востребованы, поскольку являются экономически затратными.

Второй вид ламп, применяемых для освещения – люминесцентные.

Прибор для измерения освещенности Ю-116

Устройство ещё советской разработки Ю-116 в диапазоне от 1 до 100 000 лк. Состоит из 2-х частей: селенового фотоэлемента и стрелочного гальванометра, служащего для замера показаний. Хранится в футляре в разобранном виде, что обеспечивает надёжную защиту от повреждений. Перед работой фотоприемник соединяют с преобразователем с помощью вилки.

На шкале измерителя имеются 2 концентрические дуговые шкалы. Внутренняя проградуирована от 0 до 30 лк, наружная — от 0 до 100. На фотоэлемент одета светорассеивающая насадка, состоящая из белой полупрозрачной пластмассы и непрозрачного кольца. Обозначена она буквой «К», измерения с ней производятся в указанных выше диапазонах. Имеются ещё 3 фильтра-насадки: М, Р и Т. При установке их параллельно с базовой насадкой К диапазон измерения увеличивается соответственно: в 10, 100 и 1000 раз.

Две кнопки на панели прибора предназначены для переключения с одной шкалы на другую. Когда включена левая кнопка, измерения производятся в диапазонах: 0 – 30, 0 – 300, 0 – 3000, 0 – 30 000 (при установке соответствующих насадок). При включённой правой: 0 – 100, 0 – 1 000, 0 – 10 000, 0 – 100 000. Кроме кнопок на корпусе имеется корректор для установки стрелочного индикатора в нулевое положение.

Люксметр Ю-117 отличается от предшественника лишь большим количеством кнопок. Вместо двух клавиш переключения шкал прибор оснащён пятью кнопками переключения диапазонов, благодаря чему повышается точность измерения. Добавлены также кнопки включения прибора, контроля питания и регулятор установки на ноль. Питание обеих моделей автономное — от гальванического элемента типа «Крона» напряжением 9 В. Цена приборов у разных продавцов — от 6 до 10 тысяч рублей.

Критерии выбора

Чтобы подобрать оптимальную модель фотометра, учитывайте следующие параметры:

• Функциональные возможности;
• Тип аппарата (профессиональный, бытовой);
• Диапазон показателей измеряемой освещенности;
• Уровень точности измерений и погрешность;
• Размер устройства (удобнее работать, если измеритель помещается в одной руке);
• Совместимость с ПК;
• Величина дисплея и наличие подсветки;
• Стоимость прибора;
• Наличие поверки.

Если люксметр нужен для быстрых измерений, подойдет недорогой моноблок с небольшим набором функций. Для профессиональной работы необходим многофункциональный прибор со встроенной памятью, съемным датчиком, минимальной погрешностью и поверкой.

Если уровень освещенности соответствует действующим нормам, работа и учеба будут более комфортными. Однако установленные правила соблюдают не все организации. В результате у людей возникают проблемы со зрением, снижается работоспособность. Предотвратить это помогает люксметр.

На основании данных, полученных в результате измерений, устанавливают новые источники света или правильно располагают уже имеющиеся светильники. Критерии, которые были рассмотрены в статье, помогут вам выбрать подходящий люксметр.

Как пользоваться люксметром?

Быстро и безопасно для фотоприемника найти нужный диапазон измерения можно, если действовать в определённой последовательности:

1. Установите на фотоприемник насадки с максимальным светопоглощением (К и Т), включите правую кнопку, что соответствует измерению максимальной освещённости — 100 000 лк. При отсутствии реакции измерительной стрелки включите левую (до 30 000 лк).
2. Если стрелка не шевелится, замените фильтр на более прозрачный (Р) и включайте в той же последовательности: сначала правую кнопку, затем левую.
3. При отсутствии шевеления установите мягкий фильтр (М) и произведите аналогичные манипуляции.
4. Если в этом случае при нажатой левой кнопке результат будет менее 5 лк, снимите базовую насадку К и заканчивайте поиск.

Чтобы отодвинуть измеряемую величину от области перекрытия двух шкал (в районе 5 – 20 делений), рекомендуется отсчёт измерения начинать с 5 делений по внутренней шкале, или с 20 по наружной. Для этой цели на шкалах отмечены точки начала отсчёта.

Помните: избыточное освещение селенового фотодатчика может повлиять на правильность измерений, поэтому соблюдайте приведённую последовательность действий.

Тестируемое оборудование

В нашем эксперименте принимали участие iphone разных серий, а также телефоны Sony, Samsung и Nokiа:

Будут ли совпадать результаты на аналогичных смартфонах с одинаковыми приложениями?

Чтобы проверить это, мы использовали 4 идентичных iPhone 5 с установленными на них приложениями «Galactica Luxmeter» и «LightMeter by whitegoods». К сожалению, нас ждало разочарование. Все четыре смартфона показали совершенно разные показатели.

Мы считаем, что причиной таких колебаний является отличие комплектующих в телефонах. Такие отклонения пользователь не замечает при повседневном использовании, но при непосредственном тестировании они заметны.

Программное обеспечение

Мы выбрали следующие приложения (большинство из них бесплатны), и установили их на каждой из систем:

Для справки

Контрольное измерение произведено с помощью откалиброванного люксметра PRC Krochmann (Model 106e, специальная модель, класс А).