Измерение искусственной освещённости и коэффициента пульсаций в присутствии естественного освещения. Люксметр. Знакомство с прибором для измерения освещённости Измеритель света в помещении

В настоящее время при огромном разнообразии светотехнических приборов у населения нет единого понятия касательного того, в чем измеряется освещенность. Нередко возникает недоразумение с такими техническими характеристиками, как сила света и яркость, люмены и канделы. Приобретая осветительные приборы, часто обращают внимание на суммарный световой поток, не учитывая потери света и тепла.

В этой статье:

Понятие освещенности

Световой поток измеряется в специальных лабораторных условиях и самопроизвольно его определить невозможно. Поэтому СНиП учитывает величину освещенности, которую, в отличие от светового потока, каждый может измерить самостоятельно. Она представляет собой показатель отношения светового потока, измеряемого в люменах, к площади поверхности, на которую попадают фотоны. Угол падения при этом должен равняться 90°. Единица измерения освещенности — люкс (lux).

Давно уже установлена зависимость психологического и физического состояний человека от света. Если при слабом освещении происходит угнетение мозговых процессов, то при ярком свете они возбуждаются. Но в любом случае сетчатка глаза и ресурсы организма изнашиваются. При проектировании осветительных приборов определяют коэффициент запаса (КЗ), который должен учитывать вероятный спад освещенности установки. Для искусственного света в показателе предусматривается уменьшение яркости по причине износа оптических компонентов устройства и их естественного загрязнения. Коэффициент естественной освещенности снижается вследствие изменения отражающих свойств окружающих предметов.

Измерение освещенности проводится на рабочих местах вместе с определением уровня загрязненности, звуковых колебаний, электромагнитного излучения, а на некоторых производствах и гамма излучения. Важность знания этих параметров трудно переоценить при создании оптимальных условий труда, и все они соответствуют санитарным правилам и нормам. Например, освещенность должна быть:

• в рабочем кабинете — 300 лк;
• в офисе для постоянной работы с компьютером — 500 лк;
• для технических и конструкторских бюро — 750 лк.

При наличии в помещении естественной подсветки уровень искусственного фона можно снижать.

Приборы для определения уровня освещенности и методика его определения

Наименование прибора похоже на название величины, которую он устанавливает, — люксметр. Принцип работы малогабаритного переносного устройства напоминает работу фотометра. Поток излучения, падая на фоточувствительный элемент полупроводника, отрывает электроны, которые начинают упорядоченно двигаться. Таким образом, замыкается электрическая цепь. Причем величина тока прямо пропорциональна интенсивности освещения фотоэлемента, что имеет свое отражение на шкале аналогового люксметра. Сегодня приборы со стрелками практически исчезли, их заменили цифровые. Они оснащены жидкокристаллическими дисплеями, у которых сам фоточувствительный датчик расположен в отдельном корпусе, а с дисплеем он соединяется с помощью гибкого провода.

В ходе проведения эксперимента по измерению освещенности прибор устанавливается в горизонтальном положении. Причем в соответствии с требованиями ГОСТа их размещают в разных точках помещения, согласно определенной схеме. В 2012 г. Россия приняла новый стандарт измерения характеристики количества светового потока. В старом понятийном аппарате при измерениях использовались такие термины данной величины, как:

• минимальная, средняя, максимальная, цилиндрическая;
• естественная;
• градиент запаса;
• относительная эффективность когерентного лучевого потока.

В настоящее время к ним добавлены следующие типы освещения:

• аварийное;
• рабочее;
• охранное;
• эвакуационное;
• резервное.

Стандарт подробно описывает все тонкости проведения измерительных исследований.

Замеры осуществляются отдельно по естественной и искусственной иллюминации. В ходе проведения эксперимента нельзя допустить, чтобы хоть малейшая тень падала на прибор, а вблизи был хотя бы 1 источник электромагнитных волн. Все они вносят помехи в работу устройства.

После выполнения необходимых замеров освещенности определяется искомая величина. Она сравнивается с нормативным значением. Затем подводятся итоги о достаточности освещенности территории или помещения. Каждый вид измерительных испытаний оформляется специальным оценочным протоколом, чего требует ГОСТ.

Измерение количества света для светодиодных устройств и примеры в природе

Светодиодные светильники стали очень востребованными благодаря уникальной энергоэффективности. Но светодиоды и их источники питания при освещении выделяют тепло, которое рассеивается с помощью теплопроводящих материалов (алюминий) и конструктивных особенностей (ребер, большой радиаторной площади). Несмотря на кажущееся отсутствие связи между потерями тепла и освещенностью, специалисты всегда учитывают ее при создании новых устройств.

Трудности с работой светодиодных светильников начинаются при эксплуатации в условии повышения температуры более +50°С. Почему измерение освещенности светодиодов и рекомендуют проводить после 2 часов их работы, т. е. после выхода на оптимальный режим. Для исключения появления погрешности проводятся неоднократные замеры в течение рабочей смены. Желательно эти исследования проводить как минимум 1 раз в год. Чтобы при проектировании исключить любые ошибки, закладывают коэффициент снижения освещенности, зависящий от физических характеристик объекта.

Обычно производители LED-устройств дают гарантию по их безупречной работе на 3 года. Все параметры функционирования таких светильников, в том числе, и освещенность, должны соответствовать заявленным значениям. Если условия работы устройств происходят при температуре наружного воздуха свыше 45°С, то измерения освещенности необходимо делать гораздо чаще. Иначе неправильное проектирование и полученные результаты приведут к быстрому падению показателей освещения.

Что касается примеров иллюминации в природе, то на орбите Земли и экваторе в полдень данная величина равняется 135 тыс. люкс. В солнечный день она составляет до 100 тыс. лк, в пасмурный — только 1 тыс. люкс, а вот от Луны всего лишь 0,2 лк. Измерение света на улице на широте Москвы в зимний период показало от 4 до 5 тыс. люкс. В безлунную ночь освещенность в тысячу раз меньше, чем в полнолуние, а при 10-бальной облачности — в 10 тыс. раз меньше. То, в чем измеряется освещенность в помещении и естественных условиях, относится к физическим величинам, входящим в Международную систему единиц.

Люксметр Ю-116 предназначен для измерения освещенности, создаваемой люминисцентными лампами, лампами накаливания и естественным светом.

Прибор состоит из измерителя (гальванометр) и селенового фотоэлемента с насадками. Принцип работы: под действием света в селеновом фотоэлементе возникает электроток, силой тока, пропорциональной силе падающего света, который регистрируется магнитно-электрическим измерителем. Показания прибора выражаются в люксах (лк).

На панели прибора имеются две шкалы (от 0 до 1 лк и от 0 до 30 лк) и две кнопки переключения диапазонов с табличкой пересчета освещенности на тип применяемой насадки. На каждой шкале точкой обозначено начало отсчета измерений: 1-й диапазон от 20 лк, 2-й диапазон от 5 лк.

На боковой стенке прибора имеется полюсная вилка для присоединения фотоэлемента. Селеновый фотоэлемент находится в пластмассовом корпусе.

Для уменьшения косинусной погрешности применяется насадка на фотоэлемент, состоящая из полусферы, выполненная из белой светорассеивающей пластмассы и непрозрачного пластмассового кольца, имеющего сложный профиль.

Насадка обозначена буквой "Н" и применяется только в сочетании с поглощающими насадками "М", "Р", "Г", каждая из этих трех насадок совместно с насадкой "К" образует три поглотителя с коэффициентом ослабления: "КМ" - в 10 раз, "КР" - в 100 раз, "КГ" - в 1 раз, что значительно расширяет диапазон измерений.

Порядок выполнения измерений:

1.Выбрать и установить поглощающие насадки (в помещении обычно начинают с насадок "КР", на улице - с насадок "КГ").

2.Подсоединить фотоэлемент к измерителю (соблюдать полярность 1).

3.Фотоэлемент поместить на исследуемую поверхность (плоскость).

4.Нажать правую кнопку и снять показания прибора по шкале 20-100

а) если стрелка находится в пределах от 0 до 20 лк, нажать левую кнопку показания по шкале 5-30 лк;

б) если стрелка находится в пределах от 0 до 5 лк необходимо перейти на насадку "КМ".

5.Отсчет показаний. Показания прибора умножаются на степень ослабления насадки и поправочный коэффициент (для ламп накаливания 1,0, для лю-минисцентных ламп ЛБ - 1,15, ЛДЦ-0,95, ЛХБ- 1,03).

Например: люминисцентные лампы белые ЛБ, показания прибора 36 лк, насадка "КР", Е = 36 х 10 х 1,15 = 414 лк.

6.Выключить прибор, отсоединить фотоэлемент, снять насадки.

Определение светотехнических показателей естественного и искусственного освещения с помощью люксметра Ю-116.

1.Определение горизонтальной освещенности естественным светом проводится в нескольких точках с наилучшими и наихудшими световыми условия­ми (у окна, в центре помещения, у внутренней стены). Высчитывается среднее значение освещенности.

2.Определение КЕО. Определяется средняя горизонтальная освещенность внутри помещения и освещенность под открытым небом. КЕО рассчитывается по формуле:

КЕО = (Е внутр / Е наруж) х 100%

3.Определение горизонтальной освещенности на рабочем месте (выполняется в темное время суток). При выполнении исследования днем необходимо определить освещенность при включенном освещении, затем при выключенном. Разница будет составлять искусственное освещение.

4.Определение коэффициента неравномерности. Определяется освещен­ность в нескольких точках на рабочей поверхности на расстоянии 0,5 м друг от друга. Освещенность должна отличаться не более чем на 30% (0,3).

5.Определение коэффициента отражения поверхности. Определяется освещенность поверхности (стена, потолок, стол и т.д.) затем фотоэлемент поворачивают на 180 градусов и определяют отраженную освещенность на расстоянии 20-30 см от поверхности.

Расчет по формуле:

Е отр.

К.отр.= х 100%

Е общ.

Определение горизонтальной освещенности источников искусственного света упрощенным методом "ватт" (по удельной мощности).

Данный метод позволяет ориентировочно оценить уровень искусственного освещения в помещении при условии равномерного размещения светильников.

Расчет основан на зависимости средней горизонтальной освещенности от суммарного светового потока всех источников и размеров помещения.

1. Удельная мощность всех источников находится по формуле:

Р = W 1 + W 2 + W N / S , ГДЕ

Р - удельная мощность, вт/м 2

S - площадь помещения, м 2

W 1 ;W 2 ….. W n - мощность отдельных источников света, вт.

2. Горизонтальная освещенность находится по формуле:

Е = Р х В , где

Е - горизонтальная освещенность, лк

Р - удельная мощность, вт/м 2

В - световая отдача источников, лм/вт (или освещенность, создаваемая лампой накаливания - лк, при удельном расходе энергии в 1 вт/м 2).

Находится по таблице № 4. (Для люминисцентных ламп В = 10 лм/вт).

Таблица № 4 Световая отдача ламп накаливания лм/вт в зависимости от мощности и типа светильника

На передней панели измерителя имеются кнопки переключателя и табличка со схемой, связывающей действие кнопок и используемых насадок с диапазонами измерений.

Прибор магнитоэлектрической системы имеет две шкалы: верхняя 0-100 и нижняя 0-30. На каждой шкале точками отмечено начало диапазона измерений: на шкале 0-100 точка находится над отметкой 20, на шкале 0-30 точка находится над отметкой 5. Прибор имеет корректор для установки стрелки в нулевое положение. На боковой стенке корпуса измерителя расположена вилка для присоединения селенового фотоэлемента.

Селеновый фотоэлемент находится в пластмассовом корпусе и присоединяется к измерителю шнуром с розеткой, обеспечивающей правильную полярность соединения. Для уменьшения косинусной погрешности применяется насадка на фотоэлемент, состоящая из полусферы, выполненной из белой светорассеивающей пластмассы, и непрозрачного пластмассового кольца, имеющего сложный профиль. Насадка обозначена буквой К, нанесенной на ее внутреннюю сторону. Эта насадка применяется не самостоятельно, а совместно с одной из трех: других насадок, имеющих обозначение М, Р, Т. Каждая из этих трех насадок совместно с насадкой К образует три поглотителя с общим номинальным коэффициентом ослабления 10, 100, 1000 и применяется для расширения диапазонов измерения.

Люксметр градуируется без насадок в основном диапазоне измерений (5-30 ЛК; 20-100 ЛК) и имеет наименьшую, допускаемую погрешность измерения, равную ± 10%.

Порядок отсчета значения измеряемой освещенности

Против нажатой кнопки определяют выбранное с помощью насадки (или без насадок) наибольшее значение диапазонов измерений. При нажатой правой кнопке, против которой нанесены наибольшие значения диапазонов измерений кратные 10, следует пользоваться для отсчета показаний шкалой 0-100. При нажатой левой кнопке, против которой нанесены наибольшие значения диапазонов измерений кратные 30, следует пользоваться шкалой 0-30. Показания прибора в делениях по соответствующей шкале умножают на коэффициент ослабления, зависящий от применяемых насадок и указанный на насадках М, Р, Т.

Например, на фотоэлементе установлены насадки К и Р, нажата левая кнопка, стрелка показывает 10 делений по шкале 0-30. Измеряемая освещенность равна 10 * 100 = 1000 ЛК.

Для получения правильных показаний люксметра оберегайте селеновый фотоэлемент от излишней освещенности, не соответствующей выбранным насадкам. Поэтому, если величина измеряемой освещенности неизвестна, начинайте измерения с установки на фотоэлемент насадок К, Т.

С целью ускорения поиска диапазона измерений, который соответствует показаниям прибора в пределах 20-100 делений по шкале 0-100 и 5-300 поступайте следующим образом: последовательно установите насадки К Т; К Р; К М и при каждой насадке сначала нажимайте правую кнопку, а затем левую.

Если при насадках К М и нажатой левой кнопке стрелка не доходит до 5 делений по шкале 0-30, измерения производите без насадок, т.е. открытым фотоэлементом.

При определении освещенности фотоэлемент установите горизонтально на рабочем месте, а отсчет по измерителю, также расположенному горизонтально, производите на некотором расстоянии от фотоэлемента, чтобы тень от проводящего измерения не попадала на фотоэлемент.

При окончании измерения:

отсоедините фотоэлемент от измерителя люксметра;

наденьте на фотоэлемент насадку Т;

уложите фотоэлемент в крышку футляра.

Свет оказывает непосредственное влияние на самочувствие человека. Недостаточная освещенность рабочего места может привести к потере концентрации, ухудшению зрения, угнетенному состоянию психики и низкой работоспособности. Излишне яркий свет действует на человека раздражающе и может стать причиной стрессового состояния. Для хорошей работоспособности очень важно правильно выполнить освещение.

Уровень освещенности в разных типах помещений строго регламентирован санитарными правилами и нормами. Контролирует соблюдение этих норм санитарно-эпидемиологическая служба.

Единицы измерения освещенности помещений

Численное значение освещенности равно световому потоку, который падает перпендикулярно плоскости на одну единицу площади поверхности. В том случае, если свет падает на плоскость под углом, то значение освещенности уменьшается прямо пропорционально косинусу угла наклона лучей.

Согласно Международной системе единиц (СИ) измеряется уровень освещенности в люксах. Один люкс равен одному люмену (единица измерения светового потока) на 1м 2 .

В абсолютной физической системе единиц (СДС) освещенность измеряется в фотах. Один фот равен 10000 люксов. Освещенность является величиной прямо пропорциональной той силе света, которая исходит от источника освещения. Чем дальше удален предмет от источника освещения, тем меньше его освещенность.

В Англии и Америке традиционно принята немного другая единица измерения освещенности. Она носит название фут-кандела и обозначает, что сила света равная одной канделе исходит от источника, расположенного на расстоянии одного фута от освещаемой поверхности.

Существует еще несколько единиц измерения, но все они являются либо производными от люкса, либо устаревшими и не соответствующими общепринятой международной системе. Поэтому их использование нежелательно.

Как измерить освещенность помещения

Для того чтобы определить уровень освещенности помещения, применяют специальные приборы :

• Люксметр.
• Экспонометр и экспозиметр;
• Флэшметр;
• Фотометр.

Главным прибором для измерения реальной освещенности помещения при наличии искусственного и естественного источников света является люксметр. Он может быть использован для того, чтобы :

• провести измерения освещенности с целью аттестации рабочих мест;
• проконтролировать соответствие уровня освещенности санитарным нормам в помещениях различного назначения;
• определить соответствие показателей освещенности расчетным величинам во время проведения работ по установке осветительных приборов;
• выявить уровень снижения интенсивности работы приборов освещения, и принять решение о необходимости их замены.

Люксометр для измерения освещенности помещения

Принцип работы люксметра заключается в том, что на встроенный фотоэлемент попадает поток света, и внутри полупроводника высвобождается поток электронов. В результате возникает электрический ток, величина которого прямо пропорциональна силе света, падающего на фотоэлемент. Именно этот показатель и отражается на шкале прибора.

Модели люксметра подразделяются на две основные группы в зависимости от способа крепления датчика :

• с жесткозакрепленным датчиком (в виде моноблока);
• с выносным датчиком, который подключается с помощью гибкого кабеля.

Для проведения простейших измерений достаточно использовать обычный люксметр-моноблок без каких-либо дополнительных функций. С целью проведения профессиональных исследований применяются модели прибора со встроенной внутренней памятью и функцией определения среднего значения показаний. Кроме того возможно наличие в люксметре дополнительных светофильтров, которые дают возможность более эффективно определять величину силы света, излучаемой осветительными приборами с разными оттенками цвета.

Модели с выносным датчиком обеспечивают получение наиболее точных показаний, так как они менее подвержены внешним воздействиям. В современных люксметрах результат измерений показывается на жидкокристаллическом дисплее.

Экспонометры и экспозиметры используются в фототехнике. Они выполняют функцию определения яркости и освещенности экспозиции. Это необходимо для получения качественных фотографий. Экспонометры подразделяются на встроенные и внешние модели.

Флэшметр измеряет уровень освещенности во время проведения фотосъемки с применением импульсных осветительных приборов. В современных фотоаппаратах он встроен заранее и автоматически регулирует мощность фотовспышки. Профессиональные фотомастерские оснащены выносными флэшметрами с индикационной системой, которые могут измерять не только падающий, но и отраженный свет.

Фотометр (мультиметр) является более совершенным вариантом флэшметра и сочетает в себе его функции с возможностями экспонометра.

Что такое коэффициент пульсации освещенности и его нормы

Любой осветительный прибор излучает световой поток не равномерно, а с определенным количеством колебаний. Этот эффект сложно заметить невооруженным глазом. Но воздействие его на самочувствие человека очень значительное. Невидимое влияние света опасно тем, что его не всегда возможно распознать. А в результате у человека может возникнуть расстройство сна, депрессивное состояние, слабость, внутренний дискомфорт, нарушения в работе сердца.

Пульсация освещения

Коэффициент пульсации освещения является показателем глубины изменений во времени светового потока, падающего на единицу поверхности. Он выражается в процентном соотношении. Для вычисления коэффициента необходимо из максимальной величины освещенности за определенный промежуток времени вычесть минимальную величину за тот же период, а затем разделить получившийся результат на среднее значение освещенности и умножить на 100%.

Санитарные правила устанавливают ограничение на максимальное значение коэффициента пульсации освещения.

В том месте, где проводятся основные рабочие операции, он не должен превышать 20%. Чем ответственнее работа, тем меньше должен быть показатель. Для административных зданий и офисов, где осуществляется напряженная зрительная работа, не допускается коэффициент пульсации более 5%.

Но при этом учитывается частота пульсации светового потока только до 300 Гц, так как более высокая частота не воспринимается человеческим организмом и не способна оказать на него никакого влияния.

Как измерить коэффициент пульсации?

Для определения того, с какой частотой пульсирует освещение, используют специальный прибор – измеритель освещенности, яркости и пульсации освещения. С его помощью можно выяснить:

• уровень освещенности помещения;
• степень яркости приборов искусственного освещения и экранов мониторов;
• пульсации волны света, которые появляются от мерцания различного вида светильников;
• пульсации освещенности мониторов всех разновидностей.

Принцип работы любого люксметра-яркометра-пульсметра заключается в том, что поток света поступает на фотодатчик, затем сигнал от него преобразовывается, и результат измерений появляется на жидкокристаллическом дисплее. Для выяснения коэффициента пульсаций необходимо проанализировать полученные данные самостоятельно или с помощью специальной компьютерной программы.

Наиболее популярными приборами для измерения пульсаций являются «Эколайт-01», «Эколайт-02», «Люпин». А для анализа полученных данных на компьютере можно использовать программу «Эколайт-АП».

Отличие разных приборов друг от друга состоит в качестве фотоэлементов, уровне их чувствительности, виде аккумулятора и других важных составляющих.

Наибольший коэффициент пульсации освещения, который доходит даже до 100%, наблюдается у . Немного менее пульсирующие – , а вот обнаруживают небольшой коэффициент пульсации (максимум 25%). При этом стоимость и качество источника освещения не имеет значения. Высокий коэффициент пульсации может быть обнаружен даже у самых дорогих ламп.

Таблицы норм освещенности различных помещений

Для каждого типа помещений установлены четкие нормы минимальных значений уровня освещенности и максимально допустимые показатели коэффициента пульсации освещения.

Таблица 1 – Нормы освещенности для торговых помещений

Освещение торгового зала

Таблица 2 – Нормы освещенности для школы

Таблица 3 – Нормы освещенности для детских садов

Таблица 4 – Нормы освещенности для жилых помещений

Таблица 5 – Нормы освещенности для медицинских учреждений

Тип помещения	Уровень освещенности, лк	Максимальное значение коэффициента пульсации, %
Кабинеты врачей-специалистов	500	10
Кабинеты врачей терапевтов в поликлинике	300	15
Темная комната в кабинете окулиста	20	10
Помещение операционной	500	10
Родовая комната	500	10
Комнаты функциональной диагностики	300	15
Рентгенкабинет	50	-
Помещение флюорографии	200	20
Вспомогательные помещения	75	-
Детские палаты	200	15
Палаты для взрослых пациентов	100	15
Лаборатории	500	10

Таблица 6 – Нормы освещенности для автомойки

Огромное значение уделяется контролю над наличием пульсации от источников освещения в офисных помещениях, подробнее об этом можно прочитать . Нормы освещения производственных помещений и цехов устанавливают четкие значения минимального количества люксов в зависимости от особенностей производственного процесса, все самое важное по этой теме можно прочитать .

Как уменьшить пульсацию освещения?

Выделяют несколько методов того, как можно уменьшить излишнюю пульсацию освещения :

• Применение осветительных приборов, которые работают от переменного тока частотой выше 400Гц.
• Монтаж обычных светильников на различные фазы трехфазной сети.
• Установка в светильник компенсирующих ПРА и подключение питания ламп со сдвигом (первая лампа – отстающим током, а вторая – опережающим).
• Использование светильников с ЭПРА.

Выбор способа, с помощью которого можно достигнуть необходимых показателей коэффициента пульсации освещения, зависит от технических условий в каждом конкретном случае. В некоторых помещениях все светильники подключены к одной фазе сети, ввиду этого их монтаж к разным фазам может быть затруднен.

Наиболее удобным вариантом может быть приобретение , которые соответствуют всем санитарным нормам. Возможен также отдельный монтаж ЭПРА в ранее установленные осветительные приборы.

Документы, регулирующие нормы освещенности и коэффициент пульсации

Основным документом, который регулирует нормы освещенности помещений всех типов и коэффициент пульсации является принятый в 2011 году Свод правил СП 52.13330.2011. Это новая версия СНИП 23-05-95, в которой учтены все основные требования Федеральных законов о технике безопасности и энергетической эффективности, а также международные нормативы.

В Своде правил подробно описаны требования к освещенности и максимально допустимый коэффициент пульсации в общественных, промышленных и жилых помещениях.

Нормы освещенности офиса

Контролировать освещенность помещения и степень пульсации искусственного света необходимо не только в целях прохождения аттестации рабочих мест или плановой проверки санэпидстанции. Нарушения санитарных норм в области освещения могут привести к серьезным проблемам с самочувствием у всех, кто работает в данном помещении. А это в свою очередь вызовет спад работоспособности и снижение рентабельности предприятия.

В жилых зданиях свет оказывает на людей не меньшее воздействие. Невидимая глазу пульсация может незаметно разрушить здоровье людей. Только ответственный подход к выбору осветительных приборов и компьютерной техники способен предотвратить все негативные последствия.

Вконтакте

Рассмотрены измерения освещенности и коэффициента отражения фотоаппаратом, а так же калибровка измерений с использованием лампы накаливания в домашних условиях.

Статья содержит разделы:

Измерение освещенности в помещении выполняют в соответствие с . В этом стандарте перечислены рекомендуемые приборы для измерения - люксметры, и указаны контрольные точки, в которых производятся измерения. Люксметр содержит фотометрическую головку и блок обработки. Процесс измерения горизонтальной освещенности на поверхности стола показан на Рис. 1. Фотометрическую головку перемещают по поверхности стола в соответствие с выбранными контрольными точками и фиксируют показание. Интересуют: минимальное значение освещенности и среднее значение (сумма показаний люксметра, поделенная на количество измерений).

Рис. 1 Измерение освещенности люксметром

Рекомендуемые нормы освещенности жилых помещений содержатся в Таблице 1 . В жилых помещениях нормируют горизонтальную освещенность на уровне пола (Г-0,0). В административных зданиях в основном освещенность нормируют на рабочей поверхности стола, на высоте 0,8 метра от пола (Таблица 2).

При использовании ламп накаливания и галогенных ламп следует учитывать рекомендации п. 3.1.7 . Эти лампы относят к источникам света с улучшенной цветопередачей и при их использовании нормы освещенности могут быть уменьшены на одну ступень.

Измерение освещенности фотоаппаратом

Конструкция цифрового фотоаппарата близка к конструкции яркомера, предназначенного для измерения яркости освещенных поверхностей. Таких как фасады домов и дорожные покрытия. Косвенно таким яркомером можно измерить освещенность. При этом погрешность измерения будет зависеть от точности определения коэффициента отражения поверхности. Если использовать белый лист белого ватмана, например формата А4, или качественную бумагу для принтеров, то коэффициент отражения с небольшой погрешностью можно принять 0,8…0,85. Не стоит использовать фотобумаги, особенно глянцевые.

Используют фотоаппарат в качестве яркомера с последующим расчетом освещенности в следующей последовательности:

На плоскость, на которой необходимо измерить освещенность кладут лист белой бумаги. В центре листа необходимо нарисовать небольшой кружек или крестик, или положить небольшой предмет, что бы фотоаппарат мог наводиться на резкость. На Рис. 2 на листе бумаги лежит фотометрическая головка люксметра - по ней фотоаппарат и наведется на резкость. Лист белой бумаги положен на то место, где на Рис. 1 лежала фотометрическая головка;

Сфотографировать лист белой бумаги в автоматическом режиме при отключенной вспышке. Фотографировать необходимо так, что бы на бумагу не попадала тень, создаваемая фотографирующим и лист белой бумаги должен занять весь кадр;

Рис. 2 Подготовка к измерениям

Рис. 3 Сфотографированный лист бумаги

Для вычисления освещенности необходимо посмотреть параметры экспозиции при съемке: выдержку t, диафрагму F и чувствительность ISO. Для этого необходимо загрузить фотографию в компьютер и посмотреть ее свойства (нажав на ярлык фотографии правой кнопкой мыши), либо, что значительно проще, после наведения фотоаппарата на резкость посмотреть на его дисплее значения экспозиции. Величину измеренной освещенности вычисляют по приближенной формуле:

Е=125.F 2 .t/ISO, лк

В этой формуле под выдержкой t подразумевается не время экспозиции, а знаменатель выдержки. То есть если выдержка составила 1/100 секунды, то в формулу подставляем t=100. Коэффициент 125 подходит для большинства современных цифровых фотоаппаратов, но для некоторых моделей фотоаппаратов может быть другим. Далее будет показано, как можно выполнить калибровку фотоаппарата и соответственно скорректировать этот коэффициент.

В таблице на Рис. 4 рассчитаны величины освещенности для некоторых величин диафрагмы и чувствительности матрицы фотоаппарата ISO.

Рис. 4 Таблица для измерения освещенности

Погрешность измерения определяется: шагом переключения выдержек фотоаппарата (диапазон изменения реальной освещенности примерно на 20% при таких измерениях отображается как одно значение), отклонением коэффициента отражения бумаги от предполагаемого, отсутствием корректирующих светофильтров, которые всегда присутствуют в люксметрах. Корректирующие светофильтры необходимы для приведения спектра света к характеристике его восприятия глазом человека.

Сравнение измерений освещенности, выполненных люксметром ARGUS-01 и фотоаппаратом Canon digital IXUS 75, показало расхождение результатов измерений в пределах ± 15-20%. Измерения были произведены при искусственном освещении в диапазоне 50 - 500 лк и естественном освещении в пределах 200 - 50000 лк.

Калибровка фотоаппарата в качестве люксметра

В интернете можно встретить большое количество различных рекомендаций по измерению освещенности фотоаппаратом. При этом интерпретации результатов измерения разных авторов значительно различаются. Поэтому необходимо иметь простой и доступный способ калибровки фотоаппарата. Для этого понадобится источник света с хорошо повторяющимися характеристиками. Пожалуй, самым доступным источником света с заранее известными характеристиками является обычная лампа накаливания. Световой поток ламп и номинальное напряжение указывают на их упаковке. Ни в коем случае для калибровки нельзя использовать светильник. В светильнике за счет плафона сила света может возрасти в два и более раз. Лампу следует ввернуть в обычный патрон.

Кривая силы света (КСС) ламп накаливания имеет максимум в направлении, противоположном цоколю. Для лампы со световым потоком Ф=1000 люмен (лм) сила света I в этом направлении равна 100 кандел (кд). Для ламп с другими значениями светового потока Ф сила света I в направлении, противоположном цоколю рассчитывается по формуле:

I=100.Ф/1000=Ф/10

Освещенность Е на рабочей плоскости определяется соотношением:

Е=I.cosα/r 2 ,

здесь r - расстояние в метрах от спирали лампы до рабочей плоскости, на которой необходимо создать калиброванный уровень освещенности; α -угол между направлением силы света и нормалью к рабочей плоскости. Для нашего случая угол α близок к нулю, и соответственно можно принять cosα=1.

Тогда освещенность рабочей плоскости вычислим по формуле:

Е=Ф/(10 .r 2), лк

Например, для лампы накаливания мощностью 95 Вт, имеющей световой поток 1250 лм при расстоянии от спирали лампы до рабочей плоскости 0,65 м освещенность Е=1250/10.0,65 2 =1250/4,225=296 лк.

Схема осветительной установки для выполнения измерений показана Рис. 5. Лампа подвешена в центре комнаты к потолку (проще всего подвес закрепить к люстре, если она имеется в комнате).

Рис. 5 Калибровка фотоаппарата

Что бы ни допустить возникновения больших погрешностей необходимо выполнить следующие условия:

Лампа накаливания должна быть новой. После 500 - 700 часов работы ее световой поток может упасть на 15 и даже 20%.

Расстояние r от спирали лампы до рабочей плоскости должно быть как минимум в 5 раз меньше, чем расстояние от лампы до стен и потолка. Иначе свет, отраженный от потолка и стен, попадая на рабочую плоскость, увеличит ее освещенность. Если расстояние r превышает расстояние до стен и потолка только в 2 - 3 раза, то погрешность может составлять десятки процентов. Данную погрешность можно значительно снизить, используя защитный экран из материала с низким коэффициентом отражения. Черная бумага имеет коэффициент отражения ρ около 0,05. Черный бархат имеет ρ, близкий к 0,01. В следующей главе будет рассказано, как измерить коэффициент отражения. Кроме того защитный экран защитит фотоаппарат от прямого излучения лампы.

Если напряжение в сети существенно отличается от номинального напряжения лампы, то необходимо ввести поправку. Величину номинального напряжения ламп накаливания наносят на ее колбу рядом с маркировкой номинальной мощности (эти обозначения так же присутствуют на упаковке лампы). При превышении напряжения в сети на 5% над номинальным напряжением лампы, ее световой поток увеличивается уже на 17,5%, (изменение напряжения на 1% изменяет световой поток на 3,5%). Соответственно световой поток уменьшается, если номинальное напряжение сети ниже номинального напряжения лампы. То есть если номинальное напряжение лампы 220 В, а измеренное напряжение в сети составляет 230 В (превышение напряжения на 4,5%), то для лампы накаливания мощностью 95 Вт, и номинальным световым потоком 1250 лм фактический световой поток увеличится на 4,5.3,5=15.75% и приблизительно равен 1250.1,16=1450 лм. При расстоянии от спирали лампы до рабочей плоскости 0,65 м (как в предыдущем примере) освещенность в этом случае будет равна Е=1450/10.0,65 2 =1250/4,225=343 лк.

Введение поправок описано в п. 7.1.7 . Целесообразно использовать лампу с номинальным напряжением, близким к напряжению в сети (как правило, лампы накаливания выпускают на 220, 230 и 235 В).

Измерение коэффициента отражения поверхности

При помощи фотоаппарата так же можно измерить коэффициент отражения, например, обоев. Коэффициент отражения входит в расчетные формулы при расчете освещенности и представляет собой отношение отраженного от исследуемой поверхности светового потока Ф отр к падающему на поверхность потоку Ф пад. Отсутствие информации о коэффициенте отражения поверхностей зачастую приводит к большим ошибкам в светотехнических расчетах. Для этого можно сфотографировать (обязательно при выключенной вспышке) фрагмент исследуемых обоев и лист белой бумаги. Бумага и обои во время фотосъемки должны находиться на одном и том же месте. Условия освещения фотографируемых поверхностей должны быть одинаковыми. Для повышения точности можно выполнить несколько измерений и результаты усреднить. Диафрагма и чувствительность ISO в обоих случаях должны быть неизменными. Вычислить коэффициент отражения исследуемой поверхности ρ иссл. можно по формуле:

ρ иссл. = 0,82. t 1 / t 2

Здесь число 0,82 - коэффициент отражения эталонной поверхности (листа ватмана),

t 1 - знаменатель выдержки при фотографировании исследуемого образца, t 2 - знаменатель выдержки при фотографировании листа белой бумаги.

Если фотоаппарат позволяет определять выдержку после его наведения на исследуемую плоскость по экрану дисплея фотоаппарата, то саму фотосъемку производить не обязательно.

На Рис. 6 показана фотография обоев на стене, выполненная при искусственном освещении. Далее на место сфотографированных обоев был помещен лист ватмана и так же сфотографирован. Положение фотоаппарата в обоих случаях зафиксировано в одном месте.

Рис. 6 Фрагмент обоев

При измерении коэффициента отражения показанных на Рис. 6 обоев диафрагма фотоаппарата имела значение 2,8. Чувствительность матрицы фотоаппарата ISO = 80. При фотографировании обоев выдержка составила величину t 1 = 1/10 секунды. При замещении обоев белой бумагой выдержка равна t 2 = 1/13 секунд.

Коэффициент отражения белой бумаги ρ бумага можно принять равным 0,82. Тогда искомый коэффициент отражения обоев ρ обои определим как: ρ обои = 0,82.10/13=0,63. После усреднения серии измерений при естественном и искусственном освещении коэффициент отражения данного образца обоев снижен до 0,55.

На Рис. 7 показана таблица с рассчитанными коэффициентами отражения. Здесь значения выдержек при калибровке (на желтом фоне) соответствуют выдержке t 2 при наведении фотоаппарата на лист белой бумаги, а в режиме измерения t 1 - наведение фотоаппарата на исследуемый образец.

Рис. 7 Таблица для измерения коэффициентов отражения

При измерении коэффициента отражения тканей следует учитывать светопропускную способность ткани. Для минимизации влияния отражения света от поверхности, на которой лежит ткань, желательно в качестве этой поверхности использовать лист черной бумаги.

Погрешность измерения довольно велика и в первую очередь определяется шагом переключения выдержки фотоаппарата. А так же различием отражательных свойств исследуемых образцов и ватмана.

При измерении отражающих свойств поверхностей в светотехнических лабораториях используют специальные фотометрические шары, позволяющие выполнить измерения с высокой точностью. Для измерений в домашних условиях описанные в статье методы вполне приемлемы.

Примерные коэффициенты отражения поверхностей различных цветов показаны на Рис.8. Измерения выполнены при солнечном свете.

Рис.8 Коэффициенты отражения различных поверхностей

№1 - 0,05; №2 - 0,08 ; №3 - 0,1; №4 - 0,13; №5 - 0,21; №6 - 0,35; №7 -0,55 ; №8 - 0,55; №9 - 0,55.

Синие и зеленые цвета в зависимости от их насыщенности (светлые тона, темные тона) могут иметь коэффициент отражения от 0,15 до 0,6. Красные цвета имеют коэффициент отражения от 0,1 до 0,3.

Следует обратить внимание, что фотографии одних и тех же поверхностей, снятых при естественном и искусственном освещении могут иметь различный вид. Например, поверхность №8 на Рис. 8, это те же обои, что и на Рис. 6. Но, показанные на Рис. 6 обои сняты при искусственном освещении, а на Рис. 8 - при естественном.