К числу важнейших измерений могут быть отнесены определения электрических параметров, а также светового потока, силы света и цветности излучения. К основным электрическим параметрам относятся напряжение на лампе и ток лампы, напряжение зажигания, амплитуда и длительность импульса и др.
Некоторые параметры ламп определяются расчетным путем (мощность ламп, световая отдача и др). В большинстве случаев при световых измерениях проводятся измерения и электрических параметров. Все измерения проводятся по методикам, установленным соответствующими стандартами или техническими условиями.
а) Измерение светового потока.
Измерение светового потока ламп производится с помощью шарового фотометра (фотометрического шара). Он представляет собой (рис 10.1) полый шар, внутренняя поверхность которого покрашена белой, рассеянно-отражающей свет краской.
Диаметр шара может быть от нескольких десятков сантиметров для малых ламп и до 2—3 метров и более для крупных ламп. При прочих равных условиях точность измерения светового потока с увеличением диаметра шара возрастает. Шар имеет отверстие О, в которое помещается молочное стекло, служащее одним из полей сравнения при присоединении тубусфотометра ТФ. Источник света помещается внутрь шара, примерно в его центре. Через патрон к источнику света подводится необходимое электрическое питание.
Рис. 10.1. Схема фотометрического шара
Рис. 10.2. Схема измерения светового потока в шаровом фотометре физическим методом
Шары малого диаметра для установки ламп имеют открывающуюся дверцу, составляющую часть сферической поверхности шара, а шары большого диаметра делаются из двух разъемных половин, которые могут перемещаться по полозьям. Для защиты поля сравнения от попадания прямых лучей от лампы служит экран Э.
При измерении светового потока лампы ее включают на точно заданное напряжение, которое поддерживают постоянным в течение всего времени измерения параметров. Фотометрирование ламп может производиться субъективным (зрительным) или объективным (физическим) методом.
При зрительном фот ометрировании устанавливают равенство яркостей двух смежных полей сравнения, одно из которых освещается измеряемой лампой, находящейся в фотометре, а другое — специальной лампой с известным световым потоком, находящейся в тубусфотометре. С помощью реостата накал этой лампы меняется так, чтобы получить визуальное равенство яркостей полей сравнения. А так как для применяемого тубусфотометра заранее известно соответствие между положением ручки реостата и световым потоком лампы, то сразу же определяется световой поток измеряемой лампы. Недостатком субъективного метода является зависимость точности оценки яркостей полей сравнения (и, следовательно, точности измерения в целом) от индивидуальных особенностей глаза испытателя и степени его утомления.
Измерение светового потока физическим методом характеризуется большей объективностью и большей точностью. Схема измерения этим методом с использованием шарового фотометра показана на рис. 10.2.
Отверстие шара 1 перекрывается молочным стеклом 2 и экранируется от попадания прямых лучей от источников света 3 экраном 4. За молочным стеклом располагается селеновый фотоэлемент 5 с корригирующим светофильтром. В цепь фотоэлемента включается гальванометр 6. Перед началом работы градуируют фотоэлементы. Для этого в шар вставляется рабочая эталонная лампа с известным световым потоком, близким к световому потоку измеряемой лампы. Рабочий эталон градуируется по специальной светоизмерительной лампе. На рабочий эталон подается напряжение и устанавливается режим в соответствии с паспортом на эталон.
Путем переключения шкал выбирают такую шкалу гальванометра, чтобы отсчет велся по второй половине шкалы (для повышения точности). Заметив число делений гальванометра при работе лампы в паспортном режиме и зная из паспорта значение светового потока эталонной лампы , определяют цену деления гальванометра,
(10.1)
После выключения установки в шар вместо эталонной лампы устанавливают испытуемую и подают на нее номинальное напряжение или устанавливают на ней номинальную мощность (в зависимости от требований стандарта). Определив показание гальванометра пх, находят световой поток измеряемой лампы
(10-2)
Измерение последующих ламп ведется аналогично.
При измерении светового потока люминесцентных ламп в шаровом фотометре в электрическую схему включаются вольтметр, амперметр и ваттметр с максимально большим сопротивлением, стартер и образцовый измерительный дроссель. Питание ламп осуществляется через стабилизатор. С помощью автотрансформатора устанавливается постоянная, заданная стандартом мощность лампы, после чего измеряются напряжение сети, ток и напряжение лампы. Затем вольтметр и ваттметр отключаются и производится измерение светового потока.
Перед измерением испытуемая лампа выжигается на специальном стенде в нормальном режиме в течение 15 мин для получения устойчивого горения разряда.
б) Измерение силы света.
Для измерения силы света наиболее часто используется линейный фотометр (фотометрическая скамья). Компенсационная схема измерения с использованием линейного фотометра приведена на рис. 10.3. Фотоэлемент используется как нуль-индикатор, что делает эту схему довольно чувствительной к измерению силы света.
Испытуемая лампа устанавливается на неподвижной каретке фотометра на расстоянии от фотоэлемента, закрепленного на подвижной каретке. Фотоэлемент подключается параллельно внешнему источнику тока, цепь которого замкнута через резистор и реостат — делитель напряжения. С помощью делителя напряжения .компенсируют ток в цепи фотоэлемента, протекающий в ней при горящей испытуемой лампе, так, чтобы через гальванометр тока не было (на шкале нуль). Затем заменяют испытуемый источник света на эталонный и, перемещая фотоэлемент, находят такое расстояние между ними, при котором ток в цепи фотоэлемента снова будет равен нулю.
Рис. 10.3. Компенсационная схема измерения силы света на линейном фотометре
Так как освещенность фотоэлемента пропорциональна квадрату расстояния от источника света, то
(10.3)
где lэ и lx — сила света соответственно эталонного и измеряемого источников света, кд; lэ и lx — расстояния от фотоэлемента до эталонного и измеряемого источников света, мм.
Силу света можно определить расчетным путем, зная параметры установки и световой поток лампы:
(10.4)
где Фv—световой поток, лм; I — сила света, кд; ω — телесный угол, ср.
в) Цветовые измерения. Приборы для непосредственного измерения цвета называются колориметрами. Они делятся на зрительные (субъективные) и фотоэлектрические (объективные). Зрительные колориметры основаны на уравнивании по яркости и цветности двух полей сравнения, расположенных рядом и разделенных тонкой линией. Одно поле сравнения освещается измеряемым источником света, а второе — смесью трех излучений с известными цветностями (красный, зеленый, синий).
Световые потоки красного, зеленого и синего цвета получаются путем пропускания светового потока вспомогательной лампы накаливания через соответственно красный, зеленый и синий светофильтры. Перед каждым из светофильтров установлены непросвечивающие заслонки с переменной степенью закрытия. С помощью этих заслонок можно изменять световые потоки, прошедшие через светофильтры и падающие на одно из полей сравнения.
Рис. 10.4. Схема фотоэлектрического колориметра
Путем изменения соотношения красного, зеленого и синего световых потоков можно добиться равенства обоих полей сравнения по яркости и цветности. При этом степень закрытия светофильтра заслонками может быть прочитана по шкалам.
В зрительных колориметрах приемником излучений служит человеческий глаз, что, как и при измерении светового потока субъективным методом, вносит определенные погрешности.
В фотоэлектрических колориметрах приемниками служат селеновые фотоэлементы, реже вакуумные фотоэлементы или фотоумножители. Схема одного из таких колориметров приведена на рис. 10.4.
Рис. 10.5. Диски колориметра
Измеряемая лампа Л устанавливается в специальный осветитель О. На другом конце фотометрической скамьи расположена колориметрическая головка. В передней части кожуха К имеется тубус Т, исключающий попадание отраженных излучений на фотоэлемент. Напротив тубуса размещены диски Д1 и Д2, каждый с пятью отверстиями (рис. 10.5). За дисками помещается фотоэлемент ФЭ. Головка свободно перемещается по направляющим скамьи.
Поворот дисков производится ручкой Р, причем каждый из дисков может занимать пять фиксированных положений. При трех фиксированных положениях первого диска перед фотоэлементом располагается соответственно красный, зеленый или синий светофильтр, при четвертом положении — отверстие в диске, при пятом — непрозрачная заслонка. Каждое фиксированное положение первого диска отмечается появлением в специальном окошечке одного из индексов К, З, С, 0, 1. Этот диск служит для периодической градуировки колориметра и измерения цветовой температуры лампы.
Второй диск имеет также пять фиксированных положений, каждое из которых отмечается появлением рядом с индексом первого диска одного из индексов X, Υ, Ζ, 0, 1.
Положение X соответствует размещению перед фотоэлементом специального светофильтра: ток гальванометра при этом положении пропорционален части координаты цвета х'. При положениях У и Ζ перед фотоэлементом располагаются соответствующие светофильтры, а ток гальванометра пропорционален координатам цвета у' и z'.
При положении 1 перед фотоэлементом располагается отверстие, а при положении 0 — непрозрачная заслонка. Положение 0, 0 позволяет периодически проверять нулевой отсчет гальванометра.
Координаты цветности х и у люминесцентных ламп определяются на колориметре специального типа. ·
В настоящее время разработана, но широко не внедрена высокопроизводительная машина для измерения цветовых параметров массовых люминесцентных ламп типа УКЛ-2. Она представляет собой горизонтально расположенный барабан, в который устанавливаются лампы. При вращении барабана они проходят мимо ряда фотоэлементов с соответствующими фильтрами. Отсчет ведется по гальванометрам. Машина позволяет определять не только координаты цветности, но световой поток каждой лампы, рассчитываемый по силе света.
Для люминесцентных ламп с улучшенной цветопередачей предусматривается контроль распределения излучения ламп по спектральным зонам.
Измерения должны проводиться на серийно выпускаемых монохроматорах УМ-2 или МДР-3. Методы измерения спектральных и цветовых характеристик детально изложены в ГОСТ 23198-78.
В настоящее время проводятся работы по автоматизации измерений.
Для определения «красного отношения» ламп типа ДРЛ применяется шаровой фотометр. Методика измерений установлена ГОСТ 16354-77.
Для градуировки шкалы гальванометра в шар вставляется эталонная лампа, на которую подается паспортный режим питания. Кассету с фильтрами сначала устанавливают в положение «нейтральный фильтр» и замечают показания гальванометра пэ. Затем кассету ставят в положение «красный фильтр» и снова замечают показание гальванометра пэ.кр. Зная из паспорта на эталонную лампу «красное отношение», подсчитывают градуировочный коэффициент К:
(10.5)
После градуировки шкалы гальванометра приступают к измерению текущих ламп, вставляя их последовательно в шар на место эталона. Перед отсчетом показаний лампы должны прогреваться около 15 мин.
Измерения проводятся при установлении на лампе номинальной мощности. При установке кассеты в положение «нейтральный фильтр», а затем «красный фильтр» снимают соответственно показания п и пкр «Красное отношение» измеряемой лампы подсчитывают по формуле
(10.6)