книги из ГПНТБ / Тиходеев П.М. Световые измерения в светотехнике (фотометрия)

стекловывания в сжиме и в утолщениях стеклянной палочки, где вставлены крючки.

После некоторого времени своего применения образцовая лампа должна быть заново поверена. Представляется затруднительным в точности выяснить время от одной поверки лампы до другой. Если лампа предварительно подверглась испытаниям, указанным в п. 56, то задача облегчается. Это время более легко определяется

лампу, когда ожидается, что сила света (или световой поток) ее убавилась на 0,2%. Для удовлетворительных ламп такая потеря света соответствует, примерно (а эта цифра может быть названа лишь очень приближенно), 10—20 ч общей продолжительности горе­ ния при рабочем напряжении. Если для практических измерений считают возможным идти до 0,5% изменения силы света, то общая продолжительность горения удлиняется до 25—60 ч. Если лампа мало известна по своему поведению в течение длительного срока и если в распоряжении не имеется других ламп такого же светового размера, то поверка ее возобновляется по истечении года, если бы даже за истекшее время-она прогорела в общей сложности и менее указанных выше часов.

ОСТ 8273 предусматривает (п. 15), что порядок и срок поверки образцовых ламп устанавливаются особыми правилами. Эти правила предусматривают повторную поверку после такого времени горения, когда ожидается потеря светового потока или силы света на 0,2%. Если скорость этого изменения не определялась, то продолжитель­ ность пользования назначается ВНИИМ в пределах лишь от 5 до 15 ч, в целях предосторожности. Однако по практическим соображениям ВНИИМ в настоящее время указывает общую продолжительность пользования светоизмерительными лампами между поверками в 50 ч для пустотных ламп и в 30 для газополных. Срок годности удостоверения о поверке — один год, также назначен по соображе­ ниям предосторожности. В действительности же, как показывает опыт, лампы хорошего качества, бережно хранимые и редко употреб­ ляемые для работы, могут сохранять значение воспроизводимых световых единиц десять и более лет. Во ВНИИМ имеются лампы, хорошо сохранившиеся уже за 30 лет.

Если лампа подверглась какому-либо неблагоприятному воздей­ ствию, например, сильному сотрясению, значительному или дли­ тельному перенапряжению, промерзанию (охлаждению ниже 0° С) или перегреву, то осторожность может побудить к преждевременной поверке лампы. От поверки можно воздержаться, если по сравне­ нию с другими одинаковыми лампами, удовлетворительно хранив­ шимися, показания пострадавшей лампы не являются выпадающими. Во всяком случае, такая лампа не должна пользоваться полным

111

с другими удовлетворительно хранившимися лампами, то она должна быть преждевременно поверена. Предел допустимого отклонения зависит от желаемой точности измерений и от количества сравнивае­ мых одинаковых ламп. При обычных измерениях (но не метрологи­ ческих) допустимым пределом можно считать ± 1 —1,5%, для пустот­ ных ламп и ±1,5—2% — для газополных; осторожнее придержи­ ваться более узких пределов.

Наконец, если ток в образцовой лампе изменится на 0,1 % у пустот­ ной и на 0,15% у газополиой по сравнению со значением его при поверке лампы, то она также должна подвергнуться новой поверке.

Для вольфрамовых ламп применяются такие приближенные равенства, показывающие зависимость силы света и светового потока

что, если желают поддерживать неизменной силу света или световой поток с течением горения лампы, то надлежит повышать напряжение по мере уменьшения силы тока согласно зависимости

Иначе сказать, для поддержания постоянной силы света у дли­ тельно горевшей лампы надлежит увеличивать подводимую элек­ трическую мощность (Р) согласно зависимости:

(57. 3)

а не поддерживать мощность неизменной, как можно бы делать для обычного применения лампы. Здесь Р 0 — электрическая мощность, потреблявшаяся лампой во время поверки при рабочем напряжении

том же рабочем напряжении; Р г — мощность, которую должна потреблять лампа для постоянства ее силы света. Изложенная зави­ симость получена на основании следующих простых рассуждений. По мере горения уменьшение силы света в 3,3 раза больше, чем ос­ лабление силы тока (Дt), поэтому последней нужно дать приращение, равное (3,3/6)-At, чтобы восстановить прежнюю силу света [здесь цифра 6 — показатель зависимости силы света и силы тока; см. выражение (57. 1)]. По найденному приращению тока уже легко найти приращение напряжения.

Итак, если после некоторого длительного применения сила тока у светоизмерительной лампы при рабочем напряжении оказы­ вается меньшей (г0 — At0), чем при поверке, то для поддержания прежней силы света надлежит применять лампу при повышенном

112

напряжении. При этом относительное повышение напряжений (ДU0/U 0) должно равняться 0,9о относительного уменьшения силы тока:

Все, что сказано о способах поддержания силы света неизменной, является лишь приблизительно, а не безусловно правильным; числовые данные — также приближенные. Последние зависят, например, от температуры накаливания нити; однако влияние ее — не очень сильное — едва ли целесообразно учитывать в таких при­ ближенных данных. Еще раз надобно подчеркнуть, что описанные способы применимы лишь для ламп: 1) у которых естественное старение происходит из-за распыления (и перекристаллизации) вольфрама без каких-либо особых дополнительных и привходящих явлений и 2) которые были предварительно (перед поверкой) настоль­ ко состарены, что возрастание силы света при рабочем напряжении у них уже прекратилось и она стала убывать. Если неизвестно, выполнено ли второе условие, тб осторожнее поддерживать у ламп постоянную мощность. Разумеется, надежнее вновь поверить лампу.

Может возникнуть вопрос: не было ли бы правильным поддер­ живать постоянную потребляемую мощность и у тех ламп, которые имеют недостаточно устойчивую силу тока (при повторных зажи­ ганиях, а не вследствие естественного старения). Наблюдение над лампами не позволяет дать уверенный ответ. Именно, опыт показы­ вает, что у неустойчивых ламп сила тока и сила света одновременно изменяются не только в одинаковую, но и в противоположную сторону. Конечно, можно ожидать от лампы одинаковой силы света скорее при неизменной потребляемой мощности, чем при меняющейся. И если все же обычно приходится на практике применять лампу при одном и том же напряжении, а не при одной и той же мощности, то по причине, главным образом, упрощения измерений, а не по требованиям существа дела.

В некоторых более редких случаях светоизмерительные лампы применяются при постоянной силе тока. Например, при низковольт­ ных лампах. Следует иметь в виду, что сила света таких ламп повы­ шается с течением времени. На практике продолжительность поль­ зования до новой поверки светоизмерительными лампами, горящими при постоянной силе тока, принимается примерно около 0,6—0,8 от той-, которую имела бы лампа в случае горения при постоянном напряжении (и, именно, том, которое найдено для получения данной силы тока во время поверки). Отсюда следует некоторая невыгодность такого пользования лампами.

Возникает вопрос: сколь длительно можно пользоваться образцо­ выми лампами в случае своевременных поверок. Если повторяемые по мере пользования лампой поверки показывают, что она вполне удовлетворительна, то, разумеется, длительно испытывавшейся и показавшей себя надежной лампой следует пользоваться возможно

дольше. Два предела имеются для ограничения срока службы образ­ цовой лампы. По прошествии примерно 3/4 полного срока службы, это соответствует 700—800 ч горения осветительной лампы со сроком службы в 1000 ч,— нить лампы становится непрочной. Появляется опасность, что нить у лампы может оборваться. Надежность такой ■лампы невелика. С другой стороны, в некоторых случаях приме­ нения образцовых ламп все увеличивающийся по мере горения налет ;на внутренней поверхности колбы становится нежелательным. ■Налет обыкновенно отлагается очень неравномерно. Если лампа применяется в светомерном шаре, то налет понижает точность изме­ рений, особенно если размеры колбы не очень малы по сравнению с размерами шара (глава 14). При употреблении лампы на свето­ мерной скамье (глава 13), в случае меняющихся расстояний между нею и испытательной пластинкой, налет нежелателен как потому, что он увеличивает отражение от задней поверхности колбы, так и потому, что из-за неравномерности налета испытательная пластинка может оказаться неодинаково освещенной по отдельным местам. Кроме того, сила света в этом случае может заметно изменяться с самым малым изменением направления. Общая продолжительность пользования образцовыми лампами; таким образом, не может быть точно установлена и зависит от условий их применения. В качестве первого приближения могут быть намечены такие сроки; 1) потеря силы света (светового потока) на 3—5% по сравнению с данными первой поверки при одном и том же напряжении (если до первой поверки лампа состарена на 10—15%), 2) 200—400 часов применения в дело, если она горит при напряжении на 5—10% ниже* чем осве­ тительная лампа с такой же вольфрамовой нитью.

некоторых измерениях, например — испытание светильников, при­ менение обычных осветительных ламп даже неизбежно. Опыт пока­ зывает, что из осветительных ламп можно отобрать более благонадеж­ ные и более пригодные для измерительных целей. Этот отбор прихо­ дится производить в таком же порядке, как и для образцовых ламп.. Предварительный отжиг необходим. Чем ближе по своей устойчи­ вости и другим свойствам осветительные лампы к образцовым,, тем лучше. Особенное внимание обращается на устойчивость силы; тока при повторных включениях и при сотрясениях и, разумеется,, на устойчивость светового потока (силы света). Эти испытания прежде; всего позволяют отбросить непригодные лампы.

Присутствие на колбе матовых заводских клейм, в особенностибольших размеров, следует считать нежелательным, так как после-

В ы б о р н а п р а в л е н и я п р и и з м е р е н и и с и л ьп

с в е..т а и о с в е щ е н н о с т и от о с в е т и т е л ь н ы х ;

114

лить неточность 2ов только по отношению к данным светоизмеритель­ ным лампам, числом п, то применяют выражение:

где 2а0 — вышеприведенная степень устойчивости, а ос — собствен­ ная квадратичная погрешность данных измерений.

Выражения (57. 5) и (57. 6) учитывают только случайные, а не

применять измерительную лампу длительно, например, беспрерывно в течение рабочего дня. Так бывает при поверке фотоэлементов, при многих зрительных измерениях, о которых речь далее, и при разных промышленных испытаниях. В таких случаях не следует применять образцовые и рабочие светоизмерительные лампы, поверяв­ шиеся во ВНИИМ, так как они слишком скоро утратят свое значение, т. е. точность воспроизводимых ими световых единиц окажется пониженной или даже сомнительной. Применяют же осветительные или иные подходящие лампы, а также и светоизмерительные, но утратившие или не проходившие поверку во ВНИИМ. Эти лампы называют временными измерительными или лампами сравнения. Световые величины их определяются по поверенным во ВНИИМ светоизмерительным лампам.

Обыкновенно длительно горящие измерительные лампы поверяют в начале работы и в более ответственных случаях — еще и в конце. Если лампа горит с умеренным накалом и если при повторных повер­ ках не отмечено заметных изменений показаний, то сроки поверок удлиняются, иногда — значительно, если лампа горит при понижен­ ном напряжении.

Рассматриваемые лампы предварительно отжигаются. Они затем могут применяться при разнообразных температурах, так как можно

Можно применить такой способ отыскания напряжения, при котором лампа окажется наиболее постоянной. Измеряют с повышен­ ной точностью силу тока при разных напряжениях, причем одно и то же напряжение поддерживают в течение 20—30 мин. У некото­ рых, главным образом, еще немного горевших (в смысле общей продолжительности) ламп можно заметить увеличение силы тока по мере горения при одном напряжении и уменьшение при другом. Остается подобрать напряжение, при котором сила тока меняется наиболее медленно.

Надо еще обращать внимание на состояние поверхности длительно горящих ламп, особенно газополных. После чистки сухим полотен­ цем стекло электризуется и уже после осмотра, вскоре произведен-

116

ного, к нему могут пристать пылинки. Около нагретых ламп идет усиленный поток подогреваемого воздуха. Замечено, что даже к отвесной стенке колбы постепенно пристают мелкие пылинки из; воздуха, особенно к горячим частям. При точных измерениях это может быть заметно. Запыление стекла, уменьшающее его коэффи­ циент пропускания по сравнению с совершенно чистым стеклом; на 1—2%, может быть незаметным для глаз. Так как протирание лампы во время работы может быть неудобным, то при многодневном: применении лампы поступают одним из следующих образов: 1) вычи­ щенная лампа накануне работы с ней горит несколько часов (3>

иболее). В последующие дни она не моется, а только обдувается струей воздуха (хотя бы из резиновой груши) через некоторые про­ межутки времени, например — 0,5—1 ч\ 2) лампа чистится накануне работы с ней. Перед работой лампа горит возможно дольше, хотя бы 30 мин. Затем она обдувается струей воздуха через возможно короткие промежутки времени; 3) лампа чистится накануне. Горит перед работой несколько минут. Затем поверяется в начале работы

ив конце, чтобы определить изменение и, если нужно, внести поправки. В нерабочее время лампа закрывается от пыли плотным колпаком, если остается в измерительной установке. Итак, поддер­ жание состояния поверхности ламп при измерениях требует соблю­ дения определенного порядка.

Лампы осветительные и иные не светоизмерительные, как ука­ зывалось, не отличаются постоянством своих световых величин. Это относится, главным образом, к поведению их при повторных зажиганиях, после встряхивания, поворачивания, сотрясения и т. п. Если же лампа зажжена, не выключается и находится в полном покое, то скачкообразные изменения силы света и других световых величин происходят довольно редко, хотя все же иногда бывают. Поэтому такие лампы могут применяться в качестве временных измерительных,

выключение ламп приходится считать влекущим за собою потерю поверки, произведенной в начале горения.

П о п р а в к и к п р а в и л у к в а д р а т о в р а с с т о я ­ н и й д л я с в е т о и з м е р и т е л ь н ы х л а м п . Пользуясь выражением (28. 2), можно точно вычислять освещенность от свето­ измерительных ламп, у которых расположение нити и размеры ее известны. Если же считать, что размерами нити в некоторых случаях можно пренебрегать и считать ее светящейся точкой, расположенной в середине нити, т. е. в середине прямоугольника (в первом прибли­ жении), внутри которого размещена нить, то ошибки в применении к светоизмерительным лампам типов №3, 4 и 5 видны из табл. 57. 1. Поправки, численно равные ошибкам, но взятые с обратным знаком, можно вводить на основании этой же таблицы, т. е. принимать светя­ щуюся нить за точку и в вычисленную по квадратам расстояний освещенность вводить поправку. У ламп, поверяющихся во ВНИИМ, светящаяся нить принимается за точку, но при этом отмечается (в удостоверении о поверке лампы), на каком расстоянии измерялась

117

Таблица 57. 1

Поправки к освещенности, вычисленной от светоизмерительных ламп типов № 3, 4 и 5 по квадратам расстояний для точечного источника.

Поправки — отрицательные

Расстояние от лампы (середины ее инти) до плоскости, для которой

Типы вычисляется освещенность, в метрах ламп

№'

освещенность. Поправки для расстояний около 1,3 м составляют примерно 0,04%, что едва ли имеет значение для практики, особенно если применять затем лампы на приблизительно тех же расстояниях.

Надо отметить, что наличие мало заметных свилей в стекле, неравномерное осаждение распыленного вольфрама, неодинаковая степень чистоты внутренней поверхности колбы, неодинаковая тол­ щина колбы, остатки отражений от колбы и т. д. — могут вносить дополнительные отклонения от вычисленного значения освещенно­ сти.

О х л а ж д е н и е л а м п ы . Светоизмерительные лампы пове­ ряются (во ВНИИМ) и, соответственно, должны применяться в усло­ виях свободного охлаждения окружающим воздухом. Затеняющие за­ навески, перегородки, кожухи и т. п., окружающие лампу, надо уда­ лять от лампы (не менее чем на 5 см), чтобы не было препятствий движе­ нию воздуха снизу вверх вокруг всей лампы. Если по каким-либо соображениям лампа должна применяться в тесном кожухе с затруд­ ненным охлаждением, то ее следует поверять в таких же условиях.

Лампы, поверенные в комнатных условиях, могут затем приме­ няться при пониженной (например, при морозе на открытом месте) температуре воздуха, или, наоборот, при повышенной. Накаленная нить, излучая, вместе с тем получает тепло со всех сторон от окружаю­ щих тел. Энергетическая светность нити светоизмерительных ламп составляет примерно 4,6 • 103 вт/м2у пустотных ламп и 10,5 • 105 вт/м2 у газополных. Что же касается получения тепла от окружающих тел, то сказывается некоторая разница у пустотных ламп по сравне­ нию с газополными. У первых, имеющих более низкую температуру нити, внешним телом, излучающим на нить, является главным образом, колба. Колба пустотных светоизмерительных ламп нагре­ вается выше температуры окружающей среды примерно от 10 до 40 градусов (передняя стенка ламп типа № 5). Если сделать (за отсут­ ствием надлежащих опытных данных) предположение, что стекло колбы излучает как полный; излучатель и что внешняя температура понизилась с +20 до —20° С, то лучистая мощность, получаемая нитью, уменьшится примерно с 7--102 до 4,2-102 вт/м2. Эти числа составляют энергетическую светность полного излучателя при тем-

118

пературе 333 и 293° К. Нить совсем мало охладится, а сопротивление уменьшится, но она все же дополнительно несколько нагреется вследствие того, что получит при заданном напряжении незначитель­ ное приращение электрического тока. Сколько-нибудь точные теоре­ тические подсчеты изменения силы света лампы затруднительны вследствие многочисленности неизбежных допущений. Однако ясно, что речь может идти об изменении (уменьшении) силы света на вели­ чину, лежащую за пределами порога чувствительности даже довольно точных измерений — порядка 0,05%.

У газополных ламп понижение температуры колбы вызовет некоторое понижение температуры газа в колбе, что в некоторой степени может повлиять на увеличение охлаждения нити накала. Но это также вызовет приращение тока. Обоснованное теоретическое рассмотрение вопроса становится еще более затруднительным. Однако из вышеприведенных чисел энергетической светности (с при­ нятием во внимание того, что при более высокой температуре газо­ полных ламп влияние ее на силу света несколько меньше, чем при более низкой) можно считать, что изменение (уменьшение) силы света окажется лишь незначительно больше, чем в случае пустотных ламп.

С л у ч а й н ы е н е д о с т а т к и. Светоизмерительные лампы изготовляются в течение многих лет Московским электроламповым заводом, который тщательно разработал способ их производства. Им проводятся меры по недопущению к выпуску ламп с какимилибо недостатками. Производство светоизмерительных ламп гораздо сложнее, чем обычных осветительных и в большей степени подвер­ жено случайностям. Важно отметить, что изготовление ламп носит единичный характер и некоторая неудовлетворительность отдель­ ных ламп неизбежна. Притом отобрать вполне удовлетворительные лампы не всегда удается, так как тщательное предварительное испы­ тание ламп весьма трудоемко и оправдывается лишь в исключитель­ ных случаях (для главных образцовых ламп ВНИИМ). Поэтому попадание в обращение неудовлетворительных и недостаточно устойчивых ламп нельзя считать исключенным. Изредка бывает, что лампа, являвшаяся удовлетворительной в течение нескольких лет, затем медленно или внезапно становится неудовлетворительной. Страхованием от неблагоприятных случайностей является наличие не одной, а нескольких светоизмерительных ламп одного и того же

119