Методы и средства измерения освещенности

Измерение цветовых характеристик источников оптического излучения

Общая концепция построения приборов

Приборы ООО «НТП «ТКА» для определения цветовых характеристик источников (спектроколориметры) основаны на измерении спектрального состава оптического излучения с последующей математической обработкой результатов.

Координаты цвета источников определяются значениями трех интегралов, взятых в пределах видимого спектра:

где Феλ(λ) — спектральная плотность потока излучения; x‾(λ),y‾(λ),z‾(λ) — удельные координаты цветности.

Координаты цветности рассчитываются:

Фотоприемное устройство спектроколориметра показано на рис. 16.

Излучение исследуемого источника, пройдя отделение для формирования пространственной характеристики (1), попадает в диспергирующее устройство. Устройство представляет собой полихроматор (2) с регистрацией разложенного излучения фотодиодной линейкой (3). Рабочий спектральный диапазон обусловлен характером поставленных задач.

При определении коррелированной цветовой температуры спектральная плотность энергетической светимости Меλ (Вт·м3) абсолютно черного тела (АЧТ) определяется в соответствии с законом Планка по формуле:

Координаты цвета АЧТ при данной температуре Т рассчитываются по формулам (17). Затем применяется переход от системы цветовых координат х, у МКО 1931 г. в более равноконтрастную систему u’, v’ МКО 1976 г. по следующим формулам:

Такой же пересчет цветности производится для исследуемого источника излучения. Затем определяется массив координат цветности АЧТ и соответствующий массив температур.

Минимальное расстояние в пространстве u, v между точкой цветности исследуемого источника (u0’, v0’) и точками цветности массива линии АЧТ (ui’, vi’) (рис. 17) определяется по формуле:

Рис. 17. Линия АЧТ в системе цветовых координат u’,v’ jj

Разработанный спектроколориметр «ТКА-ВД» предназначен для определения спектрального состава источника оптического излучения с последующим вычислением цветовых координат в выбранной системе координат (рис. 18). Оптическая схема прибора представляет собой полихроматор на дифракционной решетке с регистрацией разложенного излучения фотодиодной линейкой. Рабочий спектральный диапазон прибора (380–760) нм. Диапазон линейности сигналов достигает шести порядков. В зависимости от конфигурации входного устройства прибор работает как в режиме яркомера, так и в режиме измерения освещенности. Спектральное разрешение прибора не превышает 3 нм.

Рис. 18. Внешний вид спектроколориметра «ТКА-ВД»

Коэффициент пульсации и нормы освещенности: основные документы

Главный документ, в котором прописаны все требования в отношении коэффициентов пульсаций и норм освещенности — Свод правил СП (выпущен под номером 52.13330.2011).

Он был выпущен в 2011 году и представляет собой СНИП 23-05-95, где прописаны ключевые требования законов страны в отношении международных нормативов, энергетической эффективности и техники безопасности.

В Своде правиле есть наиболее важные требования к коэффициенту пульсации и освещенности в различных типах помещений — жилых, промышленного типа и общественных.

Контроль освещенности и уровень пульсаций искусственного освещения необходим не только для формального прохождения аттестации рабочего места или же плановой проверки со стороны санэпидстанции.

Это важно для здоровья человека, ведь отклонение от действующих показателей может привести к нарушениям самочувствия всех сотрудников, которые находятся в помещении. Как следствие, снизится работоспособность, уменьшится рентабельность компании и упадет прибыль

Как следствие, снизится работоспособность, уменьшится рентабельность компании и упадет прибыль.

Не меньшее действие оказывает и свет в жилых помещениях. Та же пульсация не видна глазу, но может постепенно воздействовать на здоровье людей.

Вот почему так важен ответственный подход к выбору компьютерной техники и осветительных устройств.

Соблюдение норм — шанс избежать негативных последствий, защитить своих сотрудников и себя лично. Также использование трековых светильников позволит регулировать уровень освещенности в отдельных зонах помещений.

Где применяется люксметр

Греческое слово «люкс» означает свет, поэтому прибор, измеряющий освещенность, называется люксметром. Данное измерительное устройство используется как во внутреннем пространстве помещений, так и на открытом воздухе. Для чего же нужен этот прибор и зачем вообще производить замеры освещенности?

Учеными давно доказано, что действие слабого или наоборот чересчур сильного света, негативно влияет на головной мозг, вызывая негативную реакцию и других органов

Недостаточное освещение в помещениях приводит к снижению работоспособности, появляется сонливость, внимание рассеивается. Слишком яркое освещение возбуждающе действует на нервную систему

На производстве, да и в быту такое состояние организма нередко становится причиной бытового травматизма и несчастных случаев.

В связи с этим, среди многих мероприятий по охране труда важную роль играет проверка освещенности рабочих мест. Существует специальный ГОСТ Р 55710-2013, определяющий нормативы для разных типов производственных и других помещений в люксах (лк). Например, показатель освещенности для офисов составляет в среднем 200-300 лк.

Люксметры широко используются и в других областях. С их помощью измеряется, контролируется и поддерживается необходимый уровень освещенности для растений, которые выращиваются в тепличных условиях. Дело в том что степень яркости света оказывает непосредственное влияние на фотосинтез, посредством которого осуществляется выработка растениями питательных веществ из углерода воздуха. На правильный рост и развитие культур оказывают влияние освещенность и температурный режим. Для большинства растений наиболее оптимальными условиями считается умеренное освещение.

Как снизить пульсацию освещения?

В последние годы все большее значение отдается контролю пульсации, исходящей от источников освещений.

При завышении этих параметров принимаются все меры для их нормализации (снижения).

Реализуется это одним из следующих методов:

1. Использованием осветительных устройств, работающих от переменного тока (частота должна быть больше 400 Гц).
2. Монтажом в светильник компенсирующего устройства ПРА, а также подключением ламп со сдвигами. Для первой лампы характерен отстающий ток, а для второй — опережающий.
3. Установка простых светильников на разные фазы (потребуется трехфазная сеть).
4. Применение светильников с ЭПРА.

Выбор одного из вариантов, с помощью которого можно добиться оптимального параметра коэффициента пульсаций, зависит от условий реализации для каждого из конкретных случаев.

Есть помещения, где светильники подключены лишь к одной из фаз, что делает монтаж к различным фазам весьма сложной задачей.

Удобнее всего — купить специальные светильники с ЭПРА. Их преимущество — соответствие всем санитарным нормам. При этом можно отдельно смонтировать ЭПРА в уже готовые устройства.

Коэффициент пульсации освещенности: сущность и нормы

Не секрет, что все осветительные приборы излучают неравномерный световой поток, имеющий различное число колебаний. Этот эффект скрыт от глаз, но его действие на здоровье человека весьма существенно.

При этом опасность света как раз и заключается в том, что его нельзя распознать, но результатом действия может стать расстройство сна, слабость, депрессия, сбои в работе сердца, дискомфорт и так далее.

Коэффициент пульсации освещения — параметр, который отражает силу изменения светового потока, направляемого на единицу поверхности в определенный временной промежуток.

Расчет коэффициента производится по простой формуле — максимальный параметр освещенности в определенный промежуток времени «минус» минимальный показатель за тот же промежуток времени.

Полученное число необходимо поделить на средний параметр освещенности и умножить на 100%.

Стоит учесть, что существующими санитарными правилами установлен верхний лимит на параметр коэффициента пульсации.

В месте организации рабочего места он не должен быть выше 20%. При этом чем ответственней вид деятельности у работника, тем ниже должен быть этот параметр.

Так, для офисных помещений и административных зданий, где подразумевается напряженный зрительный труд, коэффициент пульсации не должен быть больше 5%.

При этом в учет берется световой поток с пульсаций до 300 Гц, ведь более высокий параметр частоты просто не воспринимается организмом человека и не может оказывать на него какое-либо влияние.

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.

Нормы

Согласно действующим редакциям СНиП и СанПин Российской Федерации, для помещений различного профильного назначения предусмотрены индивидуальные параметры освещения. На размер допустимых показателей также влияют площадь и другие характеристики помещения.

Нормы для торговых помещений

Для различных типов торговых помещений в законодательстве РФ предусмотрены следующие уровни освещения:

• для супермаркетов — от 400 до 700 люкс;
• для продовольственных магазинов с самообслуживанием — не ниже 400 люкс;
• для продовольственных магазинов без самообслуживания — не ниже 300 люкс;
• для автосалонов, магазинов мебели, спортивных товаров, детских игрушек, канцелярии, посудных лавок — не ниже 300 люкс (данная норма также распространяется на демонстрационные залы и примерочные кабинки);
• для помещений касс — от 3000 до 5000 люкс.

Нормы для школы

С учетом широкого направления деятельности учебного заведения для основных школьных помещений нормативами предусмотрены следующие показатели уровня освещения:

• для учебных кабинетов — от 200 до 750 люкс;
• для зоны, в которой расположена классная доска — от 300 до 500 люкс;
• для библиотеки — от 500 до 1500 люкс;
• для спортивного зала — от 100 до 300 люкс.

Уровень освещения учебных кабинетов напрямую зависит от возраста обучающихся детей.

Нормы для детских садов

В отдельных регионах Российской Федерации показатели могут несколько отличаться. В законодательстве федерального уровня закреплены следующие требования к параметрам освещения в дошкольных заведениях:

• для коридоров и приемных — не ниже 200 люкс;
• для раздевальных комнат — не ниже 300 люкс;
• для игровых помещений, групп и музыкальных комнат — не ниже 400 люкс;
• для спальных комнат — не ниже 100 люкс;
• для медицинских кабинетов и изоляторов — не ниже 200 люкс.

Допустимые значения коэффициента пульсации: не более 10 % для групп, игровых комнат и музыкальных залов. Для всех других помещений — не более 15 %.

Нормы для жилых помещений

Для различных комнат частного домовладения в нормативах СНиП предусмотрены следующие параметры освещения:

• чердачное и подвальное помещение — не ниже 20 люкс;
• коридор и помещения санузла — не ниже 50 люкс;
• гардероб — не ниже 75 люкс;
• бассейн или баня — не ниже 100 люкс;
• кухня, гостиная и спальня — не ниже 150 люкс;
• детская комната — не ниже 200 люкс;
• рабочий кабинет, бильярдная, библиотека — не ниже 300 люкс.

Нормы для медицинских учреждений

Для комфортного и безопасного функционирования медицинских учреждений в соответствующих статьях СНиП рекомендованы следующие значения:

• для лестничных площадок, коридоров и зон ожидания — от 150 до 250 люкс;
• Для санитарно-гигиенических помещений — от 100 до 200 люкс;
• для врачебных кабинетов — не ниже 300 люкс (зона рабочего стола и осмотра пациента — от 500 до 1000 люкс);
• для операционной — от 500 до 1000 люкс (зона операционного стола – от 20000 до 40000 люкс);
• для лабораторий — не ниже 500 люкс (зона рабочего стола — от 500 до 1000 люкс);
• для процедурных кабинетов — не ниже 500 люкс;
• для палат — от 100 до 250 люкс.

Нормы для автомойки

Автомобильные мойки, согласно классификатору СНиП, относятся к четвертому классу зрительной работы. В помещениях подобного профиля уровень освещения с учетом регулярного возникновения конденсата на поверхности светоизлучающих устройств должен быть не ниже 150 люкс.

Как правильно измерять освещенность в разных помещениях

Вне зависимости от типа помещения, произведение замеров должно выполняться только специальными приборами. Оценить характеристику можно и без люксметра (фотоаппаратом или телефоном), но качественные замеры возможны лишь с применением специального оборудования. Перед непосредственным началом замера, требуется заменить все вышедшие из строя осветительные приборы и лампы, чтобы их параметр соответствовал заводскому стандарту. Это характерно для замеров в производственных помещениях и на рабочих местах при соблюдении условий ООТ.

Наиболее часто измерения производят люксметром, помогающим оценить качество света и общие условия труда и быта, либо в дальнейшем создать такие параметры. Процесс замера заключается в следующем:

• Прибор помещается в горизонтальное положение, направляется в точку измерения (устанавливается на стол в непосредственно близости от измеряемого источника света);
• К источнику света, если это возможно, направляется фотографический датчик;
• В случае, если индикатор прибора показывает. Что измерение возможно, то его тумблер переключается в соответствующий режим;
• Зафиксированный на дисплее результат анализируется путём сравнения с нормативными показателями.

Важно! Прибор фиксирует количество света и его лучей, которые попадают на его светочувствительный элемент и, соответственно, на рабочий стол или другую поверхность. Если нужно узнать данные от какого-то обособленного осветительного прибора, то все остальные источники должны быть выключенными

Вам это будет интересно Чему равен 1 ампер в киловаттах

Правильный замер

Люксметры

Люксметр — портативный прибор для измерения освещённости, один из видов фотометров. Стандартный люксметр состоит из фотоэлемента, преобразующего свет в энергию электрического тока, и измеряющего этот ток электронного микроамперметра со шкалой в люксах. Конструктивно современные люксметры состоят из единого блока, где фотоэлемент интегрирован в корпус прибора. На данной странице представлено описание наиболее популярных на российском рынке измерителей световых параметров – люксметров, яркометров, блескомеров, пульсметров.

Люксметры часто применяются при аттестации рабочих мест, а также при санитарном и техническом надзоре в жилых и производственных помещениях. Так контроль освещенности рабочих мест входит в число плановых мероприятий по охране труда на рабочих местах. ГОСТ Р 55710-2013 устанавливает нормы освещённости в люксах для помещений различного назначения. Так, например, в офисе нормативная освещенность должна быть от 200 до 300 лк. В сфере НК люксметры используют для измерения УФ освещённости при работе с люминесцентными материалами и общей освещенности рабочих мест влияющей на контраст дефекта с фоном и его видимость дефектоскопистом. Согласно РД 03-606-03 освещенность контролируемых визуальным методом поверхностей должна быть не менее 500 Лк.

Профессиональные люксметры часто сочетают в себе несколько функций, как например измерения освещённости в видимой, энергетической и ультрафиолетовой областях спектра. Существуют модели, созданные специально для измерения светового потока светодиодов, произвольно расположенных и пульсирующих источников света. Люксметры, используемые в сфере государственного регулирования, подлежат поверке. Поверка люксметров осуществляется по параметрам освещённости с использованием образцовых фотометров. Поверка регламентирована ГОСТ 8.023-2012. Государственный поверочная схема для средств измерений световых величин непрерывного и импульсного излучения. Отношение к данной теме также имеют: ГОСТ 8.195-2013, ГОСТ 8.552-2013, СП 52.13330.2016, СанПиН 2.2.4.3359-16, СанПиН 2.2.1/2.1.1.2585-10, ГОСТ 54940-2016. Межповерочный интервал люксметров, как правило, 1 год.

Люксметр / Пульсметр / Яркомер ТКА-ПКМ (09)

Люксметр / Пульсметр / Яркомер «ТКА-ПКМ» (09) — это многофункциональный прибор (фотометр) предназначенный для одновременного измерения освещённости в видимой области спектра от 380 до 760 нм, (осветительные приборы) коэффициента пульсации и яркости протяжённых самосветящихся объектов (экранов, мониторов, кинескопов). Таким образом ТКА-ПКМ (09) совмещает в себе функции яркомера, люксметра и пульсметра и позволяет службам охраны труда и обеспечения техники безопасности осуществлять комплексный контроль всех параметров освещения в жилых и производственных и учебных помещениях.

Согласно СанПиН 2.2.4.3359-16 коэффициент пульсации на рабочих местах промышленных предприятий не должен превышать 10-25%. Показания коэффициента пульсации выдаются на дисплей каждую секунду в процентах. В процессе работы на первом экране отображаются параметры освещённости и коэффициента пульсации, на втором яркость (переключение кнопкой «Режим»). Методы измерения коэффициента пульсации регламентированы в ГОСТ 33393-2015. Измерение яркости экранов и мониторов, необходимо для контроля уровня светового ощущения глаз человека. Недостаточная или избыточная яркость способна вызывать быструю утомляемость и ухудшение зрения. Методы измерения яркости мониторов и других рабочих экранов приведены в ГОСТ Р 50923-96.

Применяемое компанией «Радэк» оборудование

Специалисты компании «Радэк» при проведении замеров освещенности на рабочих местах и в жилых помещениях используют следующее оборудование:

Testo 545 –  чрезвычайно точный немецкий люксметр, работает с чувствительностью поимки потока света в диапазоне от 0 до +100000 люкс практически без погрешности. Используется адаптивный алгоритм чувствительности. Прибор сделан под измерение уровня искусственной освещенности в помещениях общественного пользования на любых рабочих местах. Он собирает замеры силы света с дальнейшим выстраиванием светового профиля и прописыванием рекомендаций по равномерности освещения. Производитель — Германия.

ТКА-ПКМ 09 – отечественный весьма чувствительный прибор, замеряет яркость, освещенность, коэффициент пульсации света. Им можно проверять любые рабочие места на соответствие любым, связанным со светом, нормативам. Диапазон измерений освещенности от 10 до 200000 люкс, диапазон яркости от 10 до 200000 кд/кв.м. Аппарат сертифицирован по основным российским нормативам: ГОСТ 24940, СНиП 23-05-95 2003, ГОСТ 26824-86. Производитель — Россия.

Unfors XI Xi Light —многофункциональный измерительный гаджет. Замеряет как свечение от старых «объемных» дисплеев, так и от современных панелей на тонкопленочных матрицах. Используется для проверки яркости любых рабочих поверхностей, снимает данные с негатоскопов и специализированных терминалов. Производитель — Швеция.

Для чего нужен

Научно подтверждено, что на эффективность умственной работы влияет освещённость окружающего пространства, а также цветовая температура. Недостаток света приводит к замедлению рабочих процессов в мозге человека. Страдает работоспособность, становится сложнее сконцентрироваться на задаче, возникает чувство сонливости.

В обратном случае – переизбыток света способствует излишнему возбуждению нервной системы, что в конечно итоге тоже отрицательно влияет на продуктивность труда. Крайние значения могут привести к печальным последствиям на производстве, поэтому все нормы освещённости жёстко регламентированы ГОСТами и проверяются инспекторами по охране труда.

Другие сферы применения:

• контроль освещённости учебных классов, библиотек, музеев;
• настройка экспозиции при фотографировании;
• измерение яркости световой рекламы;
• в строительстве при монтаже световых систем;
• для измерения пульсации мониторов.

Определение пульсации освещения

Коэффициент пульсаций освещенности отражает частоту колебаний светового потока при падении на одну единицу площади в течение одной единицы времени. Источником пульсаций светового потока является процесс питания осветительных приборов импульсным или переменным током.

Единицами измерения частоты пульсации освещения принято считать герцы. Для замера коэффициента пульсации излучающих источников используются пульсметры и люксметры.

Человеческий глаз способен фиксировать пульсации светового потока, находящиеся в частотном диапазоне от 35 до 60 герц. Их высокая интенсивность провоцирует возникновение раздражительности, нарушения сна и иные отклонения. Более высокочастотные пульсации зрительно не воспринимаются, но приводят к тяжёлым последствиям, включая серьезные отклонения психики и онкологию.

Согласно СНиП, ГОСТ и другим действующим нормативным актам Российской Федерации, допустимый уровень пульсации освещения должен находиться в частотном диапазоне от 5 до 20 герц. Для каждого из принятых классов зрительной работы установлен свой пиковый порог коэффициента пульсации.

Назначение и принцип действия люксметра

Главное назначение прибора – произведение замеров уровня освещенности в требуемой точке пространства.

Там, где используется люксметр, можно без труда производить корректировку этого показателя, который зависит от:

• количества источников света, включая искусственные и естественные;
• светового давления каждого из источников;
• расстояния между точкой измерения и источником света;
• отражающей способности находящихся поблизости поверхностей.

Прибор активно применяться в следующих случаях:

• Для контроля санитарных норм освещения жилых помещений.
• Для измерения уровня освещения рабочих мест, что позволяет поддерживать комфортные условия труда и гигиены работников.
• Для контроля освещенности помещений на производственных участках, в школах, библиотеках, медицинских заведениях, музеях и др.
• Для подбора яркости ламп в оранжереях, тепличных хозяйствах, где выполняется разведение и содержание растений.
• Для определения съемочной экспозиции при фотографировании.
• Для настройки яркости сигнальных огней, световой рекламы.
• В составе пульсметр-яркомеров – для измерения степени пульсации изображения мониторов и освещенности в целом, вызванной мерцанием светодиодов, люминесцентных и энергосберегающих ламп.
• Для проверки соответствия фактической освещенности расчетному уровню при монтаже осветительных систем.

При работе прибора световой поток определенного спектра преобразовывается в электрический ток с соответствующими интенсивности первого характеристиками.

Результаты выводятся на экран устройства.

С учетом того, как работает люксметр, имеет смысл использовать модели, позволяющие выбирать рабочий режим под конкретный световой спектр.

Принцип работы устройства:

• Электроны фотоэлемента, изготовленного из полупроводника, активизируются под действием света. Чем ярче световой поток, тем активнее высвобождаются электроны.

• Пропускная способность фотоэлемента изменяется, что регистрирует электроника прибора, которая, после обработки процессором, отображается на экране.

• Измеритель освещенности в работе выдает результаты, корректность которых зависит от правильности ориентирования датчика относительно светового потока.

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.

Похожие записи:

Закон ома для «чайников»: понятие, формула, объяснение Калькулятор перевода квт в лошадиные силы (л.с.) Лучшие ультрафиолетовые лампы Какие бывают ряды номиналов резисторов? Типоразмеры компонентов для монтажа на поверхностьstandard sizes of packages smd-components Education & technology blog