Temat ćwiczenia:
POMIAR STRUMIENIA ŚWIETLNEGO RÓŻNYCH y
RÓDEA

ŚWIATA
A.
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 z
ródłach światła. Program ćwiczenia obejmuje badanie
strumienia świetlnego oraz obserwacja zjawisk zachodzących podczas pracy różnych
z
ródeł światła.
3. Wiadomości teoretyczne
Podstawowe pojęcia związane z zjawiskiem promieniowania świetlnego wcześniej
wymienionych z
ródeł 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 z
ródłem 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 z
ródła światła. Jednostką strumienia jest lumen oznaczony przez lm, symbol
to Ś.
4. Przeznaczenie stanowiska laboratoryjnego (lumenomierza)
Lumenomierz został przystosowany do badania podstawowych parametrów rożnego
rodzaju z
ródeł 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 z
ródłem
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).
5
4 6
3
7
2 1
W
ażny
1'
m 8 9 10
elem
ente
Gdzie: 1,1' - nóżki
2  skrzynka zaciskowa
m
3  obudowa
4  zamek drzwiczek (śruba)
stan
5  drzwiczki
6 - wyłącznik zasilania
owis
7 - zawiasy
8 - statecznik
ka 9 - zapłonnik
10  transformator elektroniczny
lab
Rys. 1 Budowa zewnętrzna lumenomierza
orat
3
2
5
1 4
6
Gdzie: 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
or Elementem, który pozwala na różnego rodzaju połączenia jest tabliczka zaciskowa.
Odpowiednie połączenie przewodów fazowych, neutralnych oraz pozycje włączników,
przełączników pozwala na zasilanie z
ródeł światła o których mowa w punkcie 4. Widok
główny tabliczki zaciskowej przedstawiono na rysunku poniżej.
L1 L1' L1"
N W-2 W-3
1
0
0
2
1
W-4
0
1
U W-1 N
0
1
Tabliczka zaciskowa
Rys. 3 Tabliczka zaciskowa
d/2
d=150mm
6. Procedura zasilania poszczególnych z
ródeł światła
W ramach ćwiczenia laboratoryjnego możliwe jest wykonanie pomiarów wcześniej
wspomnianych z
ródeł 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.
zworka
L1 L1' L1"
L
N W-2 W-3
1
0
N 0
2
1
W-4
0
1
U W-1 N
0
1
Tabliczka zaciskowa
L N
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.
L1 L1' L1"
L
N W-2 W-3
1
0
N 0
2
1
W-4
0
1
U W-1 N
0
1
Tabliczka zaciskowa
L N
Rys. 5 Zasilanie żarówki halogenowej
Badanie pozostałych z
ródeł 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.
L A W L1
y
ródła napięcia
V
regulowanego
N N
L
y
ródła napięcia
nieregulowanego
N
Rys. 6 Układy zasilania badanych z
ródeł światła, żarówki pomocniczej
7. Metoda wykonywania pomiarów
Na stanowisku laboratoryjnym pomiar strumienia świetlnego wykonuje się poprzez
porównanie natężeń oświetlenia, które wywołane zostały poprzez badane z
ródło oraz
wzorcowego z
ródła światła. Przełączanie dokonuje się wyłącznikami W1, W2.
Do obliczenia strumienia świetlnego badanego z
ródła światła wykorzystuje się poniższy
wzór:
gdzie : - natężenie oświetlenia badanego z
ródła 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 z
ródła światła wyrażona w lx
- natężenie oświetlenia żarówki wzorcowej wyrażona w lx
- strumień świetlny wzorca ( = )
Odczyt natężenia oświetlenia badanego z
ródła 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= Św= Un= I=
Rodzaj
Lp. U I P
�
z
ródła
V A W lx lx lm Lm/W
światła
1
2
3
Tabela 1 Tabela pomiarowa 1
Rodzaj
Lp.
z
ródła
światła
- - -
1
2
3
Tabela 2 Tabela pomiarowa 2
8. Program ćwiczenia
Pomiary strumienia świetlnego należy wykonać dla z
ródeł światła wskazanych przez
prowadzącego.
Następnie dla wybranych z
ródeł 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:
.
.