Конструкция светомерной установки

При наличии не белой окраски:

Отсюда получаем:

(*)

Относительная же погрешность измерений составит:

Выражение может служить не только для определения возможной ошибки при измерениях, но в некоторых случаях и для поправки к измерениям.

Если Тцв лампы, с помощью которой проверялась белизна окраски шара известна (Тс1), то на основании ее измененного напряжения, которому соответствует новая Тцв (Тс2), приближенно можно судить об изменении введения ряда допущений. Именно, делается предположение, что относительные значения спектральных коэффициентов отражения для каждой длины волны пропорциональны (к) отношениям спектральных лучистых мощностей для той же длины волны при соответствующих цветовых температурах, т.е.

Это выражение дает возможность воспользоваться формулой (*), т.к. в нее можно подставить относительные значения коэффициентов отражения вместо абсолютных; коэффициент к сокращается, температура Тс2 определяется приближенно. Разумеется, если сравниваемые источники имеют одинаковое распределение лучистой мощности по спектру, то не белая окраска не оказывает влияния. Можно опытным путем найти поправки, к измерениям электроизмерительных ламп накаливания в шаре не вполне белом. На светомерной скамье определяют отношение сил света электроизмерительной лампы накаливания при различных напряжениях. Одновременно определяется Тцв, т.е. находятся соотношения:

Здесь С - сферический переводной множитель, т.е. С = Ф/I; предполагается, что он не меняется с изменением температуры тела накала. Значки у (М) означают соответствующие напряжения или температуры. Затем ищется отношение световых потоков этой же лампы в шаре при тех же напряжениях, что и на скамье. Находят следовательно:

Поправочный множитель (m) к измерениям в шаре равен:

Значки Т1 и Т2 означают цветовую температуру сравниваемых в шаре ламп (например измеряемая и светоизмерительной).

б) Если отступление в окраске от белизны большое, то для уменьшения ошибок можно применять при последующих измерениях в шаре цветной поглотитель на пути лучей от окна в светомерную головку, который выравнивал бы цвета полей сравнения при обычном, а не при измененном напряжении у образцовой лампы. Подбор цветного поглотителя производится на опыте путем проб. Если окраска шара красноватая или желтоватая, то нужен голубоватый поглотитель, а если голубоватая или зеленоватая - то желтоватый. Удобно иметь жидкие поглотители, т.к. их легче всего подобрать. Голубой может быть составлен или из очень сильно разбавленных растворов, или только из очень слабого водного раствора серно-медной соли. Обыкновенно окраска имеет желтоватый оттенок. Для устранения его некоторые авторы советуют подбавлять в белую краску небольшое количество синей. Подсиненную краску следует применять лишь для последних слоев. Данный способ не является достаточно благонадежным.

Можно применить такой прием подбора поглотителя: исследуются относительные спектральные коэффициенты отражения окраски шара. для этого как уже говорилось, с помощью спектрофотометра сравнивают спектры света двух одинаковых ламп с одной и той же цветовой температурой. Из них одна находится вне шара, а другая в шаре и свет для измерений берется из его окна. Затем подбирают такой поглотитель, чтобы свет из окна шара, пройдя пройдя поглотитель, становился бы одинаковым по спектру со спектром одной лампы (без шара), что можно установить или спектрофотометром, или сравнением цветов в светомерной головке.

10. Условия эксплуатации и хранения светомерного шара

Внутренняя поверхность шара, предварительно после изготовления зачищается, шпаклюется, и красится несколько раз.

В качестве краски используют цинковые белила, а чаще сернобариевую соль. Покраска осуществляется периодически.

Шары большого диаметра изготавливаются из полушариев, которые при длительных перерывах между измерениями, разъединяются и подвешиваются на цапфы, открытой стороной вниз и закрываются плотной тканью.

Перед началом измерений, полушария соединяются и засвечиваются (ИС) в течении восьми, десяти часов, желательно источником такого спектрального состава, который планируется использовать для измерения.

11. Методика измерения светового потока в шаре

В лабораторной практике интегрирующим устройством для измерения светового потока является светомерный шар (шаровой фотометр), представляющий собой полый шар, внутренняя поверхность которого покрыта матовой краской с высоким коэффициентом отражения. Помещенный внутрь шара источник света будет создавать освещенность отдельных участков стенки шара в соответствии с характером своего светораспределения. Каждый освещенный элемент поверхности шара часть светового потока отражает на внутреннюю поверхность сферы. При этом на стенках шара кроме освещенности, создаваемой непосредственно источником света, наблюдается и освещенность от многократных отражений. Из теории известно, что освещенность, получаемая на стенках шара при многократных отражениях, одинакова для любого участка сферической поверхности, пропорциональна световому потоку источника света:

где Ф - световой поток источника света, помещенных в шаре; R - радиус шара; ? - коэффициент отражения внутенних стенок шара.

Полная освещенность на любом участке поверхности будет равна

где Е0 - освещенность, создаваемая непосредственно источником света; Е1 - освещенность, создаваемая за счет многократных отражений светового потока от стенок шара.

Ввиду того, что только второй член этой суммы пропорционален световому потоку источника света, помещенного в шар, первый член при измерениях исключается. Это осуществляется расположением непрозрачного экрана, преграждающего доступ света от прямых лучей на участок, где производятся измерения освещенности от многократных отражений светового потока стенками шара.

Для измерений через небольшое отверстие в плоскости сферы располагают приемную пластинку фотометра, фотоэлемент и пластинку из молочного стекла. Для определения численного значения светового потока источника в люменах необходимо произвести два измерения освещенности. Установив внутри шара эталонный источник, световой поток которого известен, производится первое измерение.

Измеряемая при этом освещенность

.

Освещенность, измеряемая при установке в шар исследуемого источника, может быть аналогично выражена как

.

На основании полученных при измерениях значений освещенности Еэт и Ех определяется световой поток исследуемого источника:

,

где отношение Фэт к Еэт есть градуировачный коэффициент (к), который находится как минимум для трех светоизмерительных ламп:

.

Рис.6. Электрическая схема измерения светового потока в светомерном шаре.

12. Оценка погрешности измерения светового потока в светомерном шаре

При световых измерениях задается интервал границы, в котором погрешность измерения находится с заданной вероятностью.

Полностью исключить систематические погрешности не представляется возможным. Систематические погрешности, которые остаются после внесения поправок, называются элементарными составляющими. Для оценки границ систематической погрешности после введения поправок требуется их суммировать, в результате чего элементарные систематические погрешности предполагается рассматривать как случайные. При этом считается, что распределение каждой исходной погрешности внутри заданных границ равновероятно. Тогда границу неисключенной систематической погрешности результата измерения ? (без учета знака и для n >4) вычисляют по формуле

(*)

где К - коэффициент, зависящий от принятой вероятности p;

? - граница неисключенной систематической погрешности результата i-го аргумента.

Конкретные числовые значения коэффициента К для различных вероятностей p приведены в табл. 3

Таблица 3

В соответствии с формулой (*) и данными табл.6 границы неисключенной систематической погрешности результата измерений светового потока при доверительной вероятности p = 0,95 будут определяться соотношением

(16)

где ??1, ??2, ??3, ??4 - погрешности метода;

??6, …, ??11 - погрешности средств измерений.

Погрешности метода измерений светового потока в некоторой степени могут быть учтены путем введения поправочных множителей, но и они определяются с некоторыми погрешностями, которые называются неисключенными элементарными погрешностями.

Составляющие неисключенных элементарных погрешностей, влияющих на результат измерений, приведены в специальной литературе. Мы ограничимся рассмотрением только четырех основных видов погрешностей метода при проведение измерений светового потока.

Погрешности метода, обусловленные:

- селективностью окраски фотометрического шара ?1 ;

- отличием относительной спектральной чувствительности приемника излучения S(?) от относительной спектральной световой эффективности V (?) служит ?2;

- селективностью применяемого нейтрального светофильтра ?3;

- влиянием неактивных элементов ?4.

Влияние селективности окраски шара в соответствии с ГОСТ 17616-82 определяется функцией

.

Окраска шара изменяет спектральный состав излучения, падающего на приемник излучения после многократных отражений. Следовательно, относительное спектральное распределение энергии излучения светоизмерительной лампы, попадающее через фотометрическое отверстие на приемник излучения, можно представить в виде функции

Функция А(?) определяется путем расчета по формуле

.

Погрешность, обусловленная селективностью окраски шара ?1, определяется по формуле

Максимальная значение этой погрешности может изменяться от 1 до 5% при практическом изменении цветовой температуры в пределах 100-500 К. эти погрешности при измерениях также учитываются путем введения поправочного множителя С1, определяемого по формулой

Вычисления погрешности, вызываемой отличием S(?) от V (?), в соответствии с ГОСТ 17616-82 производится по формуле

где ?(?)из и ?(?)из - относительное спектральное распределение энергии излучения измеряемой и светоизмерительной ламп соответственно.

Рассчитанная по формуле систематическая погрешность составляет 1,3 - 1,5 %. Она может быть исключении путем введения в формулу поправочного множителя С2, определяемого соотношением

Относительная систематическая погрешность, вызванная селективностью применяемых светофильтров типа НС, определяется формулой

где ?(?) - спектральный коэффициент пропускания светофильтра.

Погрешность, вызванная селективностью ?(?) светофильтра в процессе измерений, учитывается путем введения поправочного множителя С3, определяемого соотношением

Расчеты показывают, что составляющая неисключенной систематической погрешности за счет использования нейтральных светофильтров может достигать 0,11%.

Систематическая погрешность ?4, обусловленная влиянием неактивных элементов (приспособлений для крепления лампы) и разницей в поглощении излучения измеряемой и светоизмерительной лампами, определяется по формуле

Экспериментально определенное значение этой погрешности достигает 7 %. В процессе измерений погрешность исключается путем введения поправочного множителя С4:

С учетом рассчитанных нами неисключенных элементарных погрешностей метода при доверительной вероятности p = 0,95 границы систематической погрешности будут определяться соотношением

Заключение

В данном курсовом проекте мы осуществили проектирование установки для измерений светового потока люминесцентной лампы ЛД-80, на основе типовых конструкций отдельных элементов с учетом типа применяемого источника света и характеристик приемника излучения.

Установка включает в себя следующую аппаратуру:

-фотометрический шар;

- приемник излучения;

- нейтральный светофильтр;

- светоизмерительную и контрольную лампу;

- электроизмерительные приборы.

Достоинства данной установки в том, что она полностью соответствует требованиям ГОСТа и в полной мере годится для измерения светового потока лампы ЛД-80, она имеет малые габариты, что облегчает ее транспортировку.

Недостатки же данной установки в том, что она спроектирована только для узкого спектра люминесцентных ламп.

Пути дальнейшего усовершенствования заключаются в возможности установки электропривода для раскрытия светомерного шара.

Список использованной литературы

1. Гуторов М.М. Сборник задач по основам светотехники: Учеб. Пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1988. 128 с.

2. Охонская Е.В., Федоренко А.С, Расчет и конструирование люминесцентных ламп: Учеб. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1997. 184 с.

3. Рыков В.И., Хритина С.Ф. Фотометрия: Учеб. пособие / Мордов. ун-т Саранск, 1985. 76 с.

4. Рыков В.И. , Четвергов Д.И. Методы и средства измерения световых параметров источников света: Учеб. пособие / Мордов. ун-т Саранск, 1988. 96 с.

5. Методические указания к выполнению курсового проекта по фотометрии / Сост.: В.И, Рыков, С.Ф. Хритина. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2001. 36 с.

6. ГОСТ 17616-82 Лампы электрические. Методы измерения электрических и световых параметров. М.: Изд-во стандартов, 1982. 41 с.

Приложение

Таблица 2

Страницы: 1, 2, 3