Люксметр своими руками
Искренне рады видеть Вас на нашем независимом проекте о фонарях и осветительной технике!
Что Вам даст регистрация на нашем проекте:
- Возможность участия во всевозможных акциях, конкурсах и лотереях постоянно проходящих на форуме
- Возможность пользоваться скидками и бонусами, которые предоставляют различные популярные магазины специально для наших форумчан
- Возможность побывать в роли тестеров новейших разработок фонарей и их комплектующих
- Возможность неограниченного доступа к закрытой технической информации и некоторым интересным разделам форума
- Возможность полного отключения рекламы на форуме
- Возможность настройки форума по своему вкусу и предпочтениям (подробнее тут)
- Возможность использовать полноценный высокоточный "поиск" по форуму (для гостей он закрыт во избежание излишней нагрузки)
и много других приятных привилегий
Зарегистрироваться Вы можете следующими способами: при помощи стандартной формы регистрации или при помощи сервиса единой авторизации OpenID (подробнее тут) .
Надеемся, что Вам у нас понравится!
Простой и всем доступный способ оценки работы драйвера в вашем фонаре.
Цифровой люксметр из фотоэкспонометра. 0,1 - 30 000 лк. Просто, как репа. Сделай сам, своими руками.
Предлагаемый аппаратец даёт возможность не просто сравнивать, типа "ярче - тусклее", а мерить конкретные люксы. Я не стремился к абсолютной точности показаний, да оно и невозможно, но 5 - 10% меня вполне устраивает.
Введение в тему.
Чтобы не наделать ошибок, уточним, что такое люксметр.
Люксметр - это фотометрический прибор, меряющий освещённость только в ВИДИМОЙ ЧЕЛОВЕЧЕСКОМУ ГЛАЗУ ЧАСТИ СПЕКТРА. Не более. Спектральная характеристика таких датчиков должна быть такая же, как у глаза.
Отсюда прямой вывод: в любительских условиях ни в коем случае нельзя использовать в качестве фотоэлемента солнечные батареи от калькуляторов или кремневые фотодиоды. Они вам бля такого напоказывают. Особенно при солнечном свете, освещении от галогенки или лампы накаливания. В солнечных фотоэлементах наоборот стараются, как можно более расширить принимаемый спектр: чем больше излучения поймает элемент, тем больше выдаст электричества. Основная часть тока в кремневом ФЭ вырабатывается в инфракрасном спектре, поэтому при освещении солнцем или лампой накаливания такой "люксметр" будет зашкаливать в 6 - 8 раз по сравнению с люминесцентной или светодиодной лампой в которых нет ИК-излучения.
Графики спектральных характеристик: глаза, солнца, кремневого (Si) и селенового (Se) фотоэлемента.
Из графика видно, что наибольшее совпадение характеристик у глаза и селенового ФЭ. Именно поэтому селеновые ФЭ ставили в советские фотоэкспонометры даже без корригирующих светофильтров.
Фотоэкспонометр "Ленинград-4", СССР, 1968г.
В современных дешёвых люксметрах за 30-100 баксов применяют селеновые ФЭ. В смартфонах и планшетах датчики освещённости делают на кремневых ФЭ и для придания им спектральной характеристики человеческого глаза перед ФЭ ставят так называемые корригирующие светофильтры. Светофильтр - вещь тонкая, откуда мне знать, кто и какое стёклышко туда поставил. Такое вот я [пренебрежительное описание], что не верю в правильность китайских изделий и светофильтров, поэтому мне больше нравятся старые совковые люксметры на селеновых ФЭ, типа Ю - 116.
Люксметр Ю-116. Не китайское фуфло. До сих пор числится в госреестре, как измерительный прибор от 5-ти до 100 000 люкс. Работает без батареек. Здесь просто нечему ломаться. За 15 баксов купил, в оч. хорошем состоянии, с заводскими пломбами и актом последней поверки.
Чтобы узнать, как полноценно работать на форуме,зайдите сюда: FAQ (Часто задаваемые вопросы)
А теперь самопальщина
До того, как я приобрёл Ю-116, успел сделать себе самопал.
Итак.
Идём на блошиный рынок или Avito и покупаем древний фотоэкспонометр серии "Ленинград", которые без батареек работают. (кроме "Ленинград- 6", и "Свердловск" - они на фоторезисторах и с батарейками!) Рублей так за 100-200, лишь бы стрелка двигалась. Можете у предков в старых вещах поискать. Я у себя в барахле нашёл ленинградовский ФЭ, он небольшой, 1 х 3 см. (3 см. кв.) Вот на нём и сварганил люксметр, как приставку к цифровому мультиметру.
Схема проста до неприличия. Фотоэлемент включен в токовом режиме. Питание не требуется. Кстати, в Ю-116 схема ни чуть не сложнее.
Пределы измерения:
х0,1 - от 0,1 до 20 люкс
х1 - от 1 до 200 лк
х10 - от 10 до 2 000 лк
При измерениях используются только три последних разряда.
Верхняя граница каждого предела - 20,0 мв
Запятая используется только на пределе х0,1
Тумблер на три положения. Среднее положение тумблера - предел х0,1.
В скобках указаны приблизительные реальные сопротивления. Подбираются под конкретный ФЭ. Подстроечники предпочтительно серии СП5-2 или похожие.
В конструкции предусмотрен светофильтр типа "шторка", из белого малопрозрачного пластика, закрывающий ФЭ и ослабляющий световой поток в 10 раз на любом пределе. Это позволяет на пределе х10 измерять освещённость до 20 тыс. люкс. Подставлял под зимнее солнышко, намерял 32 тыс. люкс, точно, как в Ю-116. И в полнолуние выдаёт всё как положено - 0,2 лк.
ВНИМАНИЕ !
В данной схеме при превышении ЭДС фотоэлемента более 20,0 мв, ФЭ входит в режим светового насыщения и надо переходить на более высокий предел измерений. Выше 20-ти мв прибор начинает плавно занижать показания вплоть до полной херни. Херня хорошо видна, когда закрываешь перенасыщенный светом ФЭ шторкой или переходишь на более высокий уровень. Я намеренно занизил диапазон до 20-ти мв, чтоб не рисковать точностью показаний и линейностью шкалы. На пределе х10 он вроде и до 30-ти показывает нормально.
Чтобы узнать, как полноценно работать на форуме,зайдите сюда: FAQ (Часто задаваемые вопросы)
Конструктивно люксметр собран в электрической распред-коробке 75х75х25 мм. за 20 руб.
Шторка открыта
Шторка закрыта.
Крепится на подпружиненной оси. Ходит легко, но не болтается.
Чтобы узнать, как полноценно работать на форуме,зайдите сюда: FAQ (Часто задаваемые вопросы)
Самое интересное: калибровка.
Если есть возможность откалибровать самоделку по хорошему люксметру - да ради Бога. Если нет образцового люксметра - мы обойдёмся.
Все люксметры калибруются на специальных эталонных лампах НАКАЛИВАНИЯ с температурой нити накаливания 2856 К*. Ниже описана стандартная методика поверки люксметров применительно к домашним условиям. Наш самопал не исключение. Поехали.
Сначала выставляем все подстроечники, как указано на схеме, примерно в среднее положение.
Берём лампу накаливания 100 ватт, на 220 вольт (не на 240 !!). Не матовую, с прозрачным стеклом.
Для установки лампы находим в комнате такое место, где будет мало светлых и отражающих поверхностей, ни каких полированных столов и т.п. Я делал на диване, на фоне тёмного ковра.
Устанавливаем лампу таким образом, чтобы спираль была повёрнута к прибору не боком, а всей плоскостью, максимальной излучающей поверхностью.
Отмеряем от спирали лампы до точки измерения ровно 1 метр. Если лампа 100вт и напруга в сети 220 в, в этой точке освещённость будет 110 люкс.
Помещаем в эту точку свой аппарат и направляем его на лампу.
Максимально затемняем комнату (лучше всё делать в тёмное время суток), включаем лампу и смотрим, что показывает наш люксметр на пределе х1.
Подстроечным резистором R2, 1,5к выставляем 11,0 мв, что будет соответствовать 110 люкс.
Это не всё.
Далее, небольшой (10х10см) плотной картонкой закрываем лампу (как можно ближе к лампе). Поскольку прямое излучение лампы мы закрыли, люксметр будет показывать отражённый от окружающих предметов свет, например, 18 люкс. Убираем заслонку и выставляем на люксметре 110 + 18 = 128 люкс.
Вот теперь всё, калибровка на пределе х1 закончена. Честно говоря, читать это всё и вникать дольше, чем сделать. Вся операция занимает 10-15 минут.
Остальные пределы выставляются по пределу х1, можно с другим источником света.
Если провести калибровку с хорошим, правильным люксметром, он будет давать ошибку не больше, чем Ю- 116.
Прим.
Если не найдёте лампу 220в, 100вт, можно откалибровать по галогенке 12в, 20вт, цоколь G4. Обязательно фирмы OSRAM и чтоб на упаковке обязательно был указан световой поток 320 lm. Тогда при питании ровно 12в (ток 1,67А) на расстоянии 1 метр освещённость будет 26 люкс. Это можно проделать на пределе х0,1
После того, как купил Ю-116, весьма удивился: разница в показаниях не превышала 5-10%. Последнюю поверку Ю проходил в 96-м году, но как выяснилось аппарат вполне на ходу. Сейчас перевожу освещение в квартире с энерогосберегающих ламп КЛЛ на светодиодные. Очень помогает.
Прим.
Если вместо мультиметра к выходу люксметра подключить простейший осциллограф, можно воочию наблюдать пульсации света в хреновых лампах. Или в хреновых мониторах и планшетах. И приблизительно оценить коэффициент пульсаций. Важно, чтобы при этом уровень света в люксметре не зашкаливал, не превышал установленный предел.
Особенности селенового фотоэлемента.
При длительном хранении он слегка подсаживается, не много, менее 1% в год.
После окончания работ хранить прибор надо с закрытой шторкой и в темноте, в коробке или футляре. Ну, не любят селеновые ФЭ лишней засветки, "устают" от валяния на свету. Потом, правда, восстанавливаются. А ещё они не любят нагрев выше 50*С, могут и загнуться.
К сведению.
Думаю, это может вам пригодиться.
При увеличении расстояния от точечного источника света до освещаемой поверхности в 2 (два) раза, освещённость этой поверхности уменьшится в 4 (четыре) раза, то есть в квадрат расстояния. Например, если лампа 100вт даёт на расстоянии 1 метр освещённость 110 люкс, то на расстоянии 3 метра освещённость будет в 9 (девять) раз меньше - всего 12 люкс.
Не повторите моей ошибки.
Это не ошибка, это конструктивный недочёт. Для фотоэлемента я прорезал отверстие в корпусе и вставил ФЭ изнутри. Но ввиду малых рамеров самого ФЭ, он стал занижать боковую освещённость, приходится направлять его в сторону источника света, тогда нормально. Поверхность ФЭ должна быть вровень с лицевой поверхностью корпуса, а не ниже, не утоплена. Утопленный в корпус ФЭ и отсутствие матовой, рассеивающей полусферы над ним, дает заниженные показания при боковом освещении. Я про эту особенность своего аппарата знаю, но переделывать лень.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ.
Сейчас в Инете много программ, позволяющих измерять освещённость смартфонами, планшетами и пр. Я бы не советовал вам особо доверять этим показаниям. Прикиньте: фирмы выпускают, а люди покупают десятки моделей специализированных люксметров, в которых даже Андроида нет, а стОят как смартфон и даже дороже. К чему бы это? Если уж приспичило пользоваться смартфоном в качестве люксметра, то хотя бы проверьте его по методике описанной выше с лампой накаливания 100вт, а потом с КЛЛ на 26вт. Показания должны быть приблизительно одинаковы, ну не в разы отличаться. Я попробовал для калибровки два смартфона и планшет, потом плюнул, полез в кладовку и достал стоваттную лампочку. По ней и откалибровал.
Чтобы узнать, как полноценно работать на форуме,зайдите сюда: FAQ (Часто задаваемые вопросы)
"В той или иной степени врут все производители LED-светотехники.." ©
Особенно когда это касается такого известного параметра, как световой поток.
В обзоре множество ссылок на другие обзоры и ресурсы.
Рекомендую всем хотя бы бегло ознакомиться с материалами по ссылкам.
Сокращения, встречающиеся по тексту:
СД — светодиод
БП — блок питания
КИ — косинусный излучатель
ЛН — лампа накаливания
СДЛ — светодиодная лампа
ИС — интегрирующая сфера
Измерить световой поток – сложно. Необходимо собрать весь свет, испущенный источником и в равной степени учесть лучи по всем направлениям. То есть, нужен фотоприемник в виде полой сферы с одинаковой светочувствительностью каждого участка её поверхности. Изготовление такой фотометрической сферы и ее последующая калибровка – задача весьма непростая.
Другой подход – по точкам промерить диаграмму направленности источника света и проинтегрировать по всей сфере. Но и это непросто: надо иметь солидных размеров темное помещение с темными стенами. И гониометрическая головка с двумя осями нужна, желательно с автоматическим приводом, чтобы не задолбаться вручную выставлять углы для каждой из нескольких сотен точек.
И так есть задача: выполнить замер освещённости доступным способом.
Из доступных приборов у обычного пользователя есть только люксметр, который измеряет освещённость (ваш КО).
Требуется придумать, как бы замерить световой поток прибором, прямым образом для этого не предназначенным (т.е. люксметром).
1. Люксметр HS1010.
Достаточно качественный приборчик за символическую цену 10 долларов.
Лень повторяться и даже копипастить.
Обзор 1
Обзор 2
Начнём с простого: измерение светового потока СД без оптики.
Способ №1 интересен своей простотой, особенно что касается желания сэкономить 10 долларов на люксметре.
Особенности метода:
— годится для ЛН и СДЛ (источников света, близких по свойствам к косинусному излучателю)
— не годится для фонариков
Для тех, кто верит, что их любимый смартфон способен измерять всё и вся, есть обзор,
в котором показано, почему не надо так поступать.
Не надо пытаться превратить любимую игрушку в измерительную лабораторию!
Если есть желание использовать смартфон, то пожалуйста.
Но результаты будут только для себя.
О том, как можно сравнивать результаты, выполненные разными людьми, будет написано ниже.
Для эксперимента был использован дешёвый 10Вт СД, установленный на радиаторе и запитанный от лабораторного БП (600 мА, 12,5В на СД). Для замеров использовался люксметр HS1010.
Два замера:
1. Расстояние 50см: E1=506 лк
2. Расстояние 50см, радиатор со светодиодом повёрнут примерно на 45 градусов: E2=345 лк
Смотрим документацию на 10Вт СД (красная пометка на рисунке слева):
Всё сходится: световой поток под углом 45 градусов должен составить 0,65 от максимума:
Расчётное значение: 506 * 0,65 = 330 (лк), что недалеко от значения E2=345 лк.
ВЫВОД: 10Вт СД не является косинусным излучателем, способ годится только для сравнения СД с одинаковой диаграммой направленности.
Плавно переходим к способу №3.
Авторы используют уменьшенный аналог интегрирующей сферы (ИС).
ТЕОРИЯ (ссылка)
ФИЗИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ ОПТИКА (см. стр. 147)
3. Заводские (готовые) решения.
Прежде, чем начать пилить глобус по экватору, чтобы смастерить ИС, посмотрим готовые решения.
1. Комплект TES-133
Цена на aliexpress
Оффсайт
Всё супер, кроме цены.
2. Интегрирующая сфера (измерительный комплекс)
Цена [удалено цензурой].
Протяженными в соответствии с ГОСТ Р 54350-2015 называют ИС у которых максимальный линейный размер не менее, чем в 8 раз больше остальных размеров.
Размер окна в фотометрическом шаре не должен превышать 1/3 диаметра шара. Иными словами, площадь окна составляет не более 3 % площади внутренней поверхности шара.
В ГОСТ Р 54350-2015 предъявляются так же следующие требования к фотометрическому шару:
— экран, закрывающий приёмник излучения, должен находиться от него на расстоянии от 1/3 до? радиуса внутренней поверхности фотометрического шара;
— размеры экрана должны быть такими, чтобы размер тени от экрана на стенке шара при включённом ИС был в два раза больше диаметра измерительного окна.
Действительно, в ГОСТ Р 54350-2015 есть требования к предельно допустимым размерам ИС:
— общая площадь ИС не должна превышать 2% площади внутренней поверхности шара;
— отношение максимального габаритного размера ИС к диаметру сферы не должно превышать 1:4;
— для протяжённых ИС указанное выше отношение не должно превышать 1:2.
Изготовить стенд на базе ИС в домашних условиях, имхо, не так уж и просто.
Авторы статьи в журнале ИСУП № 6(78) 2018г пишут следующее про ИС:
"… Сегодня проявился и второй недостаток: новые лампы направленного света при использовании такого метода дают огромную ошибку: 7–10 %. Они не могут равномерно осветить пространство внутри сферы, их излучение направлено в определенную область с максимальной интенсивностью, что приводит к неточности в измерениях потока."
По ряду причин было решено отложить эксперименты с ИС в долгий ящик на потом.
5. Всё придумано до нас.
У меня нет привычки выдавать чужие решения под видом своих: идея с использованием лайтбокса (коробки, обклеенной изнутри белой бумагой) была также найдена в сети.
Для тех, кто не в теме светотехнических измерений, рекомендуется посмотреть это видео.
После просмотра ролика возникли некоторые вопросы:
1) почему вырезы сделаны не по центру?
2) есть ли зависимость показаний люксметра из-за отклонения луча фонарика в сторону?
3) какой коэффициент светопропускания рассеивающей перегородки, установленной внутри лайтбокса?
6. Повторение конструкции. Была найдена коробка с внутренними размерами 20*30*20 см.
Для обклейки внутри подошли листы бумаги формата А4.
На первом шаге экспериментов в коробке было сделано одно отверстие диаметром 50 мм.
Рассеиватель 20*20 см с коэффициентом пропускания 0,75
Для оценки эффективности рассеивателя сделана пара кадров (использована настольная лампа со светодиодами)
Вид через рассеиватель
При освещении фонариком рассеивателя, установленного в лайтбокс по центру, получилось следующее нормированное распределение освещённости на торцевой стенке коробки:
0,3 0,5 0,3
0,5 1,0 0,5
0,3 0,5 0,3
Таким образом получен трёхкратный разброс показаний.
Значит требуется более высокая эффективность рассеивателя.
Новенькая СДЛ была зверски разломана с целью заполучить ещё один матовый рассеиватель.
Два рассеивателя (слева — от только что разломанной СДЛ)
Установка в лайтбокс, закрепляем термоклеем:
Установка рассеивателя 20*20 см (второе отверстие ещё не сделано):
Нормированное распределение освещённости на торцевой стенке лайтбокса:
0,8 0,9 0,8
0,9 1,0 0,9
0,8 0,9 0,8
На этом было решено остановиться.
7. Калибровка.
В качестве образцового источника с достоверно известным световым потоком выбрана 20 Вт лампа накаливания (ЛН) 12 В с углом светового потока 38 градусов (типичное значение для такого типоразмера ЛН).
Я опирался на обзор Алексея Надёжина Тестирование ламп накаливания .
Вот цифры из обзора:
Лампа 40Вт — 330 Лм.
Лампа 60Вт — 550 Лм.
Лампа 75ВТ — 750 Лм.
Лампа 95Вт — 1100 Лм.
Тестирование проводилось при использовании тестового оборудования Viso LightSpion, поэтому нет причин не доверять результатам измерений.
Принимаем, что 20 Вт ЛН выдаёт световой поток 160 лм.
Примечание: при снижении мощности ЛН зависимость не совсем линейная.
ВАЖНОЕ ПРИМЕЧАНИЕ:
была сделана серия замеров и сравнений, в результате чего достоверно определено: люксметр HS1010 обеспечивает заявленную производителем точность 10% при замере освещённости, создаваемой лампами накаливания.
С выбранными ЛН люксметр выдал:
1) Muller Licht — 1706 лк
2) Electrum — 1750 лк
Разброс показаний на удивление мал.
Меньшее значение для ЛН Muller Licht можно объяснить наличием встроенного матового стекла.
Для дальнейших расчётов принимается значение ЛН Electrum 1750 лк.
Расчётный коэффициент К = 160 /1750 = 0,09143 .
ВАЖНО!
Пересчётный коэффициент строго индивидуален для каждого лайтбокса и зависит от совокупности параметров (размеры коробки, коэффициент отражения белых поверхностей внутри, коэффициенты пропускания и рассеивания каждого рассеивателя внутри и т.д.).
Для любого другого лайтбокса этот коэффициент следует определить самостоятельно.
8. Замеры светового потока некоторых устройств.
8.1 Разломанная СДЛ, которая на фото выше (замер без рассеивателя).
Фактическая мощность на СД 9,1 Вт при заявленной мощности 10 Вт.
8.2 Светодиодный фонарик неизвестной породы (надпись на корпусе можно не комментировать).
Потребляемая мощность (до драйвера) 3,7В * 1,65А = 6,1 Вт
По факту: 980 (лк) * 0,09143 = 90 (лм)
А продавец (или производитель, что не суть важно) обещал 480 лм:
8.3 Самодельный фонарик, собранный около двух лет назад на базе СД cree Т6 (возможно, подделка)
Получилось 360 лм.
На этом всё.
Обзор предназначен всем, кто увлекается фонариками, фарами и всякого рода измерениями.
Дополнение 14.02.2020г.
В обсуждении был подсказан ещё один способ калибровки.
Суть метода.
Световые параметры Солнца достоверно известны:
Освещённость, создаваемая Солнцем, без учёта ослабления атмосферным слоем 125000 лк,
с учётом ослабления атмосферным слоем — 100000 лк.
Как превратить прямой солнечный свет в источник известного светового потока?
Элементарно!
Достаточно взять любую непрозрачную пластину и вырезать в нет отверстие известной площади.
Формула из источника в начале обзора:
Ф = E * S,
где
Ф — световой поток (лм),
E — освещённость (лк),
S — площадь (кв.м)
Соответственно:
К1 = 0,09952
К2 = 0,09827
К3 = 0,09941
Принимается среднее арифметическое: K = 0,09907.
Выводы:
1. Ошибка определения коэффициента лайтбокса изначально составила 9% в меньшую сторону из-за выбранного эталона.
2. Теперь можно указать правильное значение светового потока галогенной ЛН 20 Вт: 173,4 лм.
Читайте также: