Temat ćwiczenia:

POMIAR STRUMIENIA ŚWIETLNEGO RÓŻNYCH ŹRÓDEŁ

ŚWIATŁA.

1. Wstęp

Każdy z ćwiczących przed przystąpieniem do wykonywania jakichkolwiek prac na

stanowisku laboratoryjnym powinien zapoznać się z instrukcją w celu poprawnego

wykonania założonego ćwiczenia. Instrukcja ma na celu przedstawienie sposobu

wykonywania pomiarów a także poprawnego wykonania połączeń w zakresie układu

zasilania stanowiska laboratoryjnego.

2. Cel i zakres ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się przez studenta z podstawowymi zjawiskami

zachodzącymi w różnego rodzaju źródłach światła. Program ćwiczenia obejmuje badanie

strumienia świetlnego oraz obserwacja zjawisk zachodzących podczas pracy różnych

źródeł światła.

3. Wiadomości teoretyczne

Podstawowe pojęcia związane z zjawiskiem promieniowania świetlnego wcześniej

wymienionych źródeł światła:

1) Promieniowanie świetlne- następuje poprzez wzbudzony atom i cząsteczki. Na

podstawie sposobu wzbudzenia atomów i cząsteczek rozróżniamy 3 podstawowe

sposoby uzyskiwania promieniowania świetlnego:

Inkadescencja - inna nazwa to temperaturowy sposób uzyskiwania

promieniowania świetlnego, który polega na emisji promieniowania

świetlnego kosztem wytwarzania energii cieplnej. Promieniowanie świetlne

widziane jest dopiero po osiągnięciu przez ciało wysokiej temperatury.

Najbardziej znanym źródłem światła wykorzystując wspomniane zjawisko jest

żarówka, w której promiennikiem jest skrętka wolframowa.

Luminescencja

–

która

polega

na

emisji

promieniowania

elektromagnetycznego, którego energia powstaje kosztem innego czynnika

wzbudzającego. Ze względu na sposób wywoływania luminescencji

rozróżniamy: luminescencja katodowa, fotoluminescencja ( wzbudzanie

promieniowania świetlnego widzialnego poprzez widzialne lub ultrafioletowe

promieniowanie elektromagnetyczne), elektroluminescencja( wyładowanie

elektryczne w parach lub gazach metali , rentgenoluminescencja.

Rekombinacja promienista - która polega tzw. przeskoku elektronu z

wyższego poziomu energetycznego na niższy i oddawaniu energii w postaci

promieniowania. W diodach LED opisane zjawisko następuje pod wpływem

przepływu prądu diodzie p-n.

2) Strumień świetlny- wielkość określająca całkowitą moc światła emitowanego z

danego źródła światła. Jednostką strumienia jest lumen oznaczony przez lm, symbol

to Φ.

4. Przeznaczenie stanowiska laboratoryjnego (lumenomierza)

Lumenomierz został przystosowany do badania podstawowych parametrów rożnego

rodzaju źródeł światła są to między innymi:

Wysokoprężne lampy sodowe

Wysokoprężne lampy metalohalogenkowe

Wysokoprężne lampy rtęciowe

Żarówki z gwintem E-27 E-25

Świetlówki kompaktowe

Żarówki halogenowe 230V

Żarówki halogenowe 12 V

Żarówki halogenowe GU-10 230V

Żarówki LED

Główny pomiarem jakim wykonuje się na stanowisku laboratoryjnym jest pomiar

strumienia świetlnego. Pomiar ten wykonywany jest metodą obiektywno-porównawczą czyli

przez pomiar i porównanie natężenia oświetlenia żarówki wzorcowej z badanym źródłem

światła.

5. Budowa lumenomierza

Lumenomierz zamieszczony na rys. 1 składa się z następujących elementów są to między

innymi:

„kula” pomiarowa, która została usytuowana na stanowisku laboratoryjnym na

stalowych nóżkach w celu stabilności. Materiałem z którego została wykonana „kula”

jest głęboko-tłoczna blacha. Ze względu na trudność procesu produkcji „kula” została

wykonana jako wielościan rozprężony po zespawaniu, którego średnica to d=1000mm

tabliczka zaciskowa znajdująca się przy przedniej lewej nodze urządzenia, która

została przytwierdzona za pomocą spawu. Do skrzynki zaciskowej przyłączane są dwie

pary przewodów zasilających, zasilających żarówkę pomocniczą oraz żarówkę badaną

transformator o przekładni 220/110 V zastosowanie transformatora jest konieczne ze

względu na parametry znamionowe żarówki pomocniczej. Wymieniony transformator

znajduje się w wcześniej wspomnianej skrzynce zaciskowej

panel na, którym zainstalowano układy zapłonowe ( statecznik, zapłonnik,

transformator elektroniczny).

W

ażny

m

elem

ente

m

stan

owis

ka

lab

orat

1

1'

2

3

4

5

6

7

Gdzie: 1,1' -

nóżki

2

– skrzynka zaciskowa

3

– obudowa

4

– zamek drzwiczek (śruba)

5

– drzwiczki

6 -

wyłącznik zasilania

7 - zawiasy

8 - statecznik

9 -

zapłonnik

10

– transformator elektroniczny

8

9

10

Rys. 1 Budowa zewnętrzna lumenomierza

or

Elementem, który pozwala na różnego rodzaju połączenia jest tabliczka zaciskowa.

Odpowiednie połączenie przewodów fazowych, neutralnych oraz pozycje włączników,

przełączników pozwala na zasilanie źródeł światła o których mowa w punkcie 4. Widok

główny tabliczki zaciskowej przedstawiono na rysunku poniżej.

d

/2

d

=

1

5

0

m

m

Gdzie:

1

2

3

4

5

6

1 -

żarówka pomocnicza

2 -

żarówka badana

3

– mechanizm regulujący położenie żarówki badanej

4-

mechanizm regulujący położenie przesłony fotometrycznej

5 -

przesłona fotometryczna

6

– ogniowo fotometryczne

Rys. 2 Przekrój lumenomierza

W-1

W-2

W-3

U

N

N’

L1

L1'

L1"

Tabliczka zaciskowa

1
0
2

0
1

0
1

W-4

0
1

Rys. 3 Tabliczka zaciskowa

6. Procedura zasilania poszczególnych źródeł światła

W ramach ćwiczenia laboratoryjnego możliwe jest wykonanie pomiarów wcześniej

wspomnianych źródeł światła. Aby badać wysokoprężne lampy wyładowcze należy wykonać
następujące czynności:

Zasilić żarówkę pomocniczą, której zaciski oznaczono przez U- przewód fazowy; N-

przewód neutralny. Załączenie/wyłączenie żarówki pomocniczej odbywa się przez

włącznik W1 pozycja 0- wyłącz 1- włącz.

Zasilenie obwodu lamp wyładowczych poprzez zaciski oznaczone przez L1- przewód

fazowy; N’- przewód neutralny następnie należy zewrzeć zaciski L1’ oraz L1”

poprzez zworę znajdującą się na stanowisku.

Pierwszym krokiem przed załączeniem jest ustawienie wyłącznika W4 w pozycji 0.

Kolejne etapy to ustawienie wyłącznik W2 pozycja 1- załącz (0- wyłącz) konieczne

jest ustawienie również przełącznika W3 na pozycję 2- która odpowiada za przepływ

napięcia do badanej lampy zabronione jest ustawienie przełącznika w pozycji 1

podczas badania wspomnianych lamp.

Opisany sposób postępowania został zamieszczony na rysunku poniżej.

W-1

W-2

W-3

U

N

N’

L1

L1'

L1"

Tabliczka zaciskowa

1
0
2

0
1

0
1

L

N

N

L

zworka

W-4

0
1

Rys. 4 Zasilanie wysokoprężnych lamp wyładowczych

W celu przeprowadzenia badań żarówki halogenowej 12 V należy powtórzyć procedurę

związaną z żarówka pomocniczą a następnie wykonać następujące czynności:

Zasilenie obwodu żarówki halogenowej poprzez zaciski L1”- przewód fazowy, N’-

przewód neutralny.

Ustawić wyłącznik W2 W4 w pozycji 1, przełącznik W3 w pozycji 1.

Badanie pozostałych źródeł światła dostępnych na stanowisku laboratoryjnym

przeprowadza się analogicznie jak dla żarówki halogenowej z wyjątkiem pozycji przełącznika

W3, który tak jak w przypadku badania lamp wyładowczych ustawiamy na pozycji 2 oraz

wyłącznika W4, który należy ustawić na pozycję 0.

W-1

W-2

W-3

U

N

N’

L1

L1'

L1"

Tabliczka zaciskowa

1
0
2

0
1

0
1

L

N

N

L

W-4

0
1

Rys. 5 Zasilanie żarówki halogenowej

L

N

L1

N’

A

W

V

L

N

Źródła napięcia

regulowanego

Źródła napięcia

nieregulowanego

Rys. 6 Układy zasilania badanych źródeł światła, żarówki pomocniczej

7. Metoda wykonywania pomiarów

Na stanowisku laboratoryjnym pomiar strumienia świetlnego wykonuje się poprzez

porównanie natężeń oświetlenia, które wywołane zostały poprzez badane źródło oraz

wzorcowego źródła światła. Przełączanie dokonuje się wyłącznikami W1, W2.

Do obliczenia strumienia świetlnego badanego źródła światła wykorzystuje się poniższy

wzór:

gdzie :

- natężenie oświetlenia badanego źródła światła wyrażona w lx

- natężenie oświetlenia żarówki pomocniczej wyrażona w lx

c – stała lumenomierza

Stała lumenomierza c nie jest dana należy ją obliczyć stosując poniższy wzór:

gdzie :

- natężenie oświetlenia badanego źródła światła wyrażona w lx

- natężenie oświetlenia żarówki wzorcowej wyrażona w lx

- strumień świetlny wzorca ( =

)

Odczyt natężenia oświetlenia badanego źródła światła dokonujemy podczas wyłączonej

żarówce pomocniczej. Analogicznie postępujemy podczas odczytu drugiej wielkości.

Otrzymane wyniki należy zestawić w postaci tabelarycznej z danymi znamionowymi

wzorca użytego do wyznaczenia stałej przyrządu.

Dane wzorca roboczego P= Φw= Un= I=

Lp.

U

I

P

η

Rodzaj

źródła

światła

V

A

W

lx

lx

lm

Lm/W

1

2

3

Tabela 1 Tabela pomiarowa 1

Lp.

Rodzaj

źródła

światła

-

-

-

1

2

3

Tabela 2 Tabela pomiarowa 2

8. Program ćwiczenia

Pomiary strumienia świetlnego należy wykonać dla źródeł światła wskazanych przez

prowadzącego.

Następnie dla wybranych źródeł wykonać pomiary strumienia świetlnego w zależności od

spadku napięcia zasilania

zaczynając od napięcia znamionowego co 10 V w dół.

Dla lamp wyładowczych należy wykreślić charakterystykę strumienia świetlnego w

funkcji czasu

pomiary należy dokonywać co 30 s aż do osiągnięcia znamionowego

strumienia świetlnego.

Dla danych z tabeli nr 2 należy wykreślić poniższe charakterystyki:

.

.