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

фотометров распределительной поворотной подставкой. Она упро­ щенно изображена на рис. 111. 7. На площадке жестко закрепляется измеряемый светильник. Площадка может поворачиваться вокруг оси и вместе с тем подыматься и опускаться. Площадка укреплена на коромысле, которое может поворачиваться вокруг горизонталь­ ной оси, опираясь на подшипники, поддерживаемые вторым коро­ мыслом. Последнее, в свою очередь, может поворачиваться вокруг вертикальной оси. Таким образом, и измеряемый световой прибор может поворачиваться вокруг горизонтальной, вертикальной и еще наклонной оси, которая может занимать разное положение в отвес-

Рнс. 111. 7. Распределительная поворотная подставка.

ной плоскости. Это позволяет направлять свет на головку или фото­ элемент, находящийся на одном уровне с горизонтальной осью распределительной подставки, с любого направления относительно оси светильника, т. е. можно измерить силу света его во всех направлениях. Расстояние от светильника до испытательной пла­ стинки обыкновенно не меняется во время измерений. Выбирают, например, такие расстояния: для полевых прожекторов — 1000 м; для прожекторов ближнего освещения (заливающего света) — 50— 100 м, для автомобильных фонарей — 30—50 м, для уличных фона­ рей — 10—20 м, для зеркальных колпаков внутреннего освещения —

10—20 м. 1

Если не располагают помещением достаточной длины, то рас­

1 Выбор правильного расстояния излагается в трудах о прожекторах и о све­ тильниках.

311 -

в одном здании, а светоизмерительный прибор — в другом. Посто­ ронний свет в таком случае должен быть исключен помощью занаве­ сей особенно тщательно. В некоторых случаях, например при испы­ тании прожекторов, подобные измерения предпочитают выполнять

вночной темноте.

112.Светоизмерительные приборы к распределительному фото­

метру. Сам по себе распределительный фотометр при зрительных измерениях, как он описан выше, является лишь частью светоизме­ рительной установки. Точнее говоря, распределительный фотометр— это есть лишь поворотный прибор для зеркала, для испытательной пластинки или для самого светильника. Дальнейшей необходимой частью должна явиться светомерная головка и какое-либо светоизме­ рительное устройство. Для более точных работ применяют односто­

место, где при зрительных измерениях ставится светомерная головка, помещается фотоэлемент или ''иной приемник. Его надо хорошо закрыть от постороннего света (как указывалось в конце п. ПО). Нередко фотоэлемент укрепляют па поворотном плече вместо зеркала и поворачивают вокруг светильника.

Способы для расширения пределов измерений на распределитель­ ном фотометре те же, что и на светомерпой скамье.

113. Измерения силы света переносными приборами. И з м е р е ­ н и я в о в н е л а б о р а т о р н о й о б с т а н о в к е . В ряде случаев силу света источника, а также и распределение ее измеряют при помощи переносных светоизмерительных приборов, в частности, люксметров.

а) Измеряемый источник света укрепляется неподвижно. Вокруг него может поворачиваться испытательная пластинка люксметра, расположенная на поворотном плече. Она перпендикулярна к падаю­ щим лучам. Зрительный люксметр непосредственно наводят на нее для измерения ее освещенности (рис. 113. 1). Зная расстояние между источником и пластинкой, нетрудно вычислить силу света. Как видно,

освещения) подвешивается неподвижно. Под ним находится гори­ зонтальная доска, на которой делаются отметки, соответствующие

312

направлениях силу света. На месте отметок помещают испытатель­ ную пластинку переносного прибора и измеряют на ней освещен-

прежние принятые значения. Так как показания люксметра зави­ сят от коэффициента яркости пластинки, а последний меняется от направления падения лучей света и наблюдений, то нужно либо

При определении силы света того или иного светильника не в чер­ ной комнате светотехнической лаборатории, а во внелабораторной обстановке (во внутреннем помещении или на открытом воздухе), где не представляется возможным устранить свет, падающий на испы­ тательную пластинку люксметра, поступают так. Измеряют осве­

“ ж

\ и

VU \ \ jCPJ

•

Рис. 113. 4.

щенность на испытательной пластинке, надлежащим образом распо­ ложенной по отношению к измеряемому источнику света. Пусть эта освещенность Е 2 создается, как сумма освещенностей от измеряемого источника Е0 и посторонних Ех. Теперь заслоняют непрозрачным

•черным щитом А испытательную пластинку от лучей измеряемого источника (рис. 113. 3); освещенность ее Е 1} создаваемую посторон­ ним светом, вновь измеряют. Отсюда имеют

Eq — Е 2 — Elt

что и позволяет вычислить силу света нужного источника I . В неко­ торых случаях можно поступить и так (рис. 113. 4 и 113. 5). Позади

313

источника располагается черный бархат (Л^. Около же испытатель­ ной-пластинки помещают рукав (Л2) из черного бархата’ с окном, обращенным к светильнику (рис. 113. 4). Надо правильно подобрать размеры занавесок и окна, чтобы на испытательную пластинку упали лучи лишь от измеряемого источника света. Можно также вместо рукава поместить ряд занавесок с окнами (А „, А я) между источником света и испытательной пластинкой, как это делается на светомерной скамье.

Вместо испытательной пластинки зрительного люксметра можно

по сравнению с возможными другими. Так, в частности, поступают для изготовления производных эталонов светового потока (испускае­ мого по всем направлениям) при переходе к ним от эталонов освещен­ ности .

Следующие соображения обосновывают возможные способы вычи­ слений, излагаемые в дальнейшем. Пусть источник света (отдельная лампа или светильник) помещен внутри воображаемого полого шара, внутренняя поверхность которого вполне черная, т. е. полностью поглощает падаюший на нее свет. 1) Измерив освещенность на отдельных, в достаточном числе выбранных участках по всей внутренней поверхности шара и 2) умножив ее на площадь каждого из соответственных участков, причем сумма этих отдельных площадей равна всей площади шара и 3) сложив все данные произведения, — получают полный световой поток источника света. Важно отметить, что положение лампы в шаре, а также и относительные размеры источника света и шара не влияют на ход рассуждений о способе вычислений светового потока.

Обыкновенно по такому пути и производится определение све­ тового потока на распределительных фотометрах. В действительности черный шар не применяется. Понятие о нем вводится лишь для упро­ щения рассуждений.

Для того чтобы облегчить и упростить как измерения осве­ щенности, так и разбивку поверхности шара на отдельные участки, надлежит производить эту разбивку в каком-нибудь опре­ деленном порядке. Чтобы выбрать его, следует сначала рассмотреть решение вопроса в общем виде.

314

Разделяют поверхность черного шара(рис. 114. 1) параллельными плоскостями на пояса, перпендикулярные к его оси АВ. Освещен­ ность в каждой точке шара обозначается через Е-г Пусть радиус шара равен I. Тогда весь световой поток F источника света, очевидно, равен:

t°

В

и вычислении (см. далее), среднюю освещенность Ее для каждого пояса в отдельности. (Какими нужно брать пояса — см. далее). Тогда выражение (114. 1) после выполнения первого интегрирования по углу ф принимает такой ви l:

а) Освещенность измеряют обычно на одном и том же расстоя­ нии от источника света, так что центр черного шара как бы совмещают с этим источником; б) кроме того, для облегчения измерений средней поясной освещенности, плоскости, ограничивающие пояса шара, проводятся перпендикулярно к оси симметрии распределения све­ тового потока, если такая ось имеется. Имея в виду сказанное’ выше (а), с известным приближением можно считать, что произведе­ ние Г2-Ее есть сила света (1е) в направлении под углом е, т. е.

/2I -JЕ- .Q = 1Ig .

Поэтому выражение (114. 2) иногда пишут в таком виде:

Я

F = 2я- j" / е • sin e-de. (114. 3) b

'315

Предложено много способов как аналитических, так и графи­ ческих для вычисления выражения (114.2) или (114.3), когда зависимость освещенности Ее от направления, т. е. от угла е неиз­ вестна. Ниже некоторые из них рассматриваются. Предварительно, для примера, разбирается один частный случай, когда эта зависи­ мость известна.

Пусть имеется идеально матовая поверхность, плоская, яркость которой во всех направлениях одинакова. Следовательно, для нее

Ie — /„-cos е,

если / 0 есть сила света в направлении перпендикуляра к поверхности. Окружают мысленно эту поверхность черным шаром, соблюдая условия а) и б). Тогда для вычисления светового потока можно вос­ пользоваться выражением 114. 3, именно:

71

~2

от идеальной матовой поверхности, а только поток (Fe), заключен­ ный в пределах конуса, образующая которого составляет угол ф с перпендикуляром к поверхности (рис. 114. 2). Пользуясь выраже­

к другому неизвестна, то возможно разбить шаровую поверхность на такие отдельные пояса, числом п, для которых освещенность Et измерена и известна. Пусть радиусы, проведенные к верхней и ниж­

Освещенность E£ в пределах интегрирования от угла е£до ei+l считается постоянной.

316

При этом световой поток Fh падающий на отдельный пояс, равен:

На практике часто удобно измерять освещенность (или силу света) через 5° или 10°, начиная с 0°. Измеренная освещенность считается средней для соответственного шарового пояса. Вопрос о том, где

на более близком расстоянии измерялась освещенность. Границей между двумя поясами можно принять окружность, которая является линией раздела для обеих половин телесного угла, заключенного между двумя соседними направлениями измерений. Пусть найдены

Если измерения освещенности производились через 5°, то световой поток источника света равен, согласно выражениям (114. 5) и (114. 9),

•Подобным же образом вычисляется световой поток, если измерения производились через 10° или другое число градусов. Следует еще раз обратить внимание, что на практике иногда вместо произведения P-Ei берут силу света / г под соответственным углом. Множители

317

звание угловых коэффициентов; они представляют собою телесные углы в долях от 2л. Если же их умножить на 2л, то такие угловые коэффициенты выражают телесные углы в стерадианах. Табл. 114.1 и 114. 2 содержат угловые коэффициенты обоих видов.

Таблица 114. 1

Данные для вычисления светового потока и средней сферической силы света по измерениям освещенности (или силы света)

в продольной плоскости через 10° (по способу угловых коэффициентов)1

1 Измерения сил света следует производить в направлениях углов (линейных), данных в таблице.

2 Границы телесных углов для направлений от 90° до 180° находятся путем вычитания из 180° соответственных границ для направлений от 0° до 90°. Так, напри­ мер, границы для направления 130° равны: (180°—45,22°) = 134,78° и (180°— —55.15°)= 124,85° и т. д.

3 Для вычисления светового потока нужно помножать соответственные значения телесных углов в стерадианах на значения сил света под всеми углами через каждые 10° от 0° до 180° включительно. Такое произведение для 90° удваивается, так как в основной части таблицы для этого линейного угла дано значение телесного угла, примыкающего лишь с одной стороны к данному направлению. Внизу таблицы дано удвоенное значение телесного угла, т. е. сумма углов, примыкающих с двух сторон; при пользовании этим удвоенным коэффициентом только что указанное удвоение произведения для 90°, конечно, не производится. Все отдельные произведения складываются.

4 Средняя (сферическая) сила света равна половине суммы всех произведений значений сил света через каждые 10° от 0° до 180° включительно на телесные углы в долях 2я; для 90° берется удвоенное такое произведение [или сила света в направ­ лении 90° множится на удвоенный коэффициент (данный внизу таблицы, см. сноску3)].

318

Таблица 114. 1

Данные для вычисления светового потока и средней сферической силы света

Иногда требуется измерять освещенность от одного и того же источника света попеременно через 5° и 10°. И в этом случае угловые коэффициенты вычисляются при помощи равенств (114. 6) и (114. 8). Пусть, например, измерения до 25° включительно производились через 5°, а начиная с 30° — через 10°. Тогда угловые коэффициенты для значений освещенности до 25° включительно берутся обычные пятиградусные, а для 40° и далее — обычные десятиградусные. Лишь для 30°, т. е. для первого десятиградусного измерения надле­ жит взять особый переходный коэффициент. Он равен

Ёсли с десятиградусных измерений освещенности переходят на пяти­ градусные, то последнее десятиградусное измерение множится также на особый переходный коэффициент, вычисляемый подобно преды­ дущему. Пусть, например, десятиградусные измерения закончились на 60° и дальше велись пятнградусные; тогда переходный коэффициент равен:

В табл. 114.3 и 114.4 даны переходные угловые коэффициенты.

Таблица 114. 3

Данные для вычисления светового потока и средней сферической силы света при переходе измерений от десятиградусного промежутка к пятиградусному1

вые коэффициенты (и телесные углы) лишь для конечного десятиградусного измерения.

для пятиградусных.

Коэффициенты для углов 0°, 40°, 90° берутся из табл. 114. 1 для десятиградусных промежутков. Коэффициенты для углов 30°, 60°, 80° берутся из табл. 114. 4. Коэф­ фициенты для пятиградусных промежутков всегда сохраняют свое значение в данном способе вычислений: для углов 15°, 20°, 25°, 55° и 75° — из табл. 114.2.

Иногда выражения (114. 5) и (114. 6) преобразуют в такой вид:

F = 2 п •£ •[Е5°- ( c o s 0° — cos 10°) + £ i 5° - ( c o s 10° — cos 20°)+ f e X

X (cos 20° — cos 30°) 4---------- 1- £ i7 5 °-(cos 170° — cos 180°)]. (114. 11)

320