3.2. Количественные светотехнические показатели

Световой поток Fхарактеризует мощность светового излучения. Единица измерения – люмен (лм). Измерение основано на зрительном восприятии.

Сила света I– световой потокdF, распространяющийся внутри телесного углаdΩ:I = dF/ dΩ. Единица измерения – кандела (кд).

Яркость L– отношение силы светаdI, излучаемого в рассматриваемом направлении, к площади освещенной поверхностиdS:

L = dI /(dS cos α),

где α – угол между нормалью к элементу поверхности dSи направлением, для которого рассчитывается яркость. Единица измерения – кандела на квадратный метр (кд/м²).

Освещенность E – отношение светового потокаdF, падающего на элемент поверхности, к площади этого элементаdS: E = dF /dS. Единица измерения – люкс (лк).

3.3. Качественные светотехнические величины

Фон – поверхность, непосредственно прилегающая к объекту различения. Фон характеризуется коэффициентом отражения ρ и считается светлым при ρ > 0,4; средним при 0,2 ≤ ρ ≤ 0,4 и темным, если ρ < 0,2.

Контрастобъекта различения с фоном

К = (L₀ – L_ф)/ L_ф,

где L₀иL_ф – соответственно яркости объекта и фона.

Контраст считается большим при K > 0,5, средним при 0,2 ≤ К ≤ 0,5, малым при К < 0,2. Если яркость фона больше яркости объекта (темный объект на светлом фоне), контраст называют прямым. Если яркость фона меньше яркости объекта, контраст называют обратным.

Видимость

V = K / K_пор,

где К– контраст между объектом и фоном;К_пор – пороговый контраст, т. е. такой контраст, при котором объект едва различим на фоне.

Коэффициент пульсации К_п– оценка относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока источника света при питании его переменным током:

K_п = (E_max – E_min)·100/2 E_cp,

где E_max, E_min, E_cp– соответственно максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период ее колебаний.

Показатель ослепленностиP = (V₁/V₂ – 1)·1000, гдеV_1, V₂соответственно видимость при экранировании и при наличии блеских источников в поле зрения.

Показатель дискомфорта М –критерий оценки дискомфортной блескости, вызывающей неприятные ощущения при неравномерном распределении яркостей в поле зрения, выражающийся формулой

где L_C– яркость блеского источника, кд/м²;ω– угловой размер блеского источника, ср;φ_θ– индекс позиции блеского источника относительно линии зрения;L_ад– яркость адаптации, кд/м².

3.4. Требования, предъявляемые к рабочему освещению

1. Освещенность на рабочем месте должна быть не менее нормированной.

2. Яркости объекта и фона не должны отличатся более чем в 3 – 5 раз.

3. Не должно быть резких теней на рабочем месте.

4. Необходимо обеспечить постоянство освещенности на рабочем месте во времени.

5. В поле зрения должна отсутствовать прямая и отраженная блескость.

6. Световой поток должен иметь рациональное направление.

7. Спектральный состав света должен быть как можно ближе к естественному.

8. Осветительная установка должна быть электро-, пожаробезопасна и простота в эксплуатации.

3.5. Электрические источники искусственного света

Существуют два основных вида электрических источников света – лампы накаливания и газоразрядные лампы. Газоразрядные лампы делятся на лампы низкого давления (люминесцентные) и лампы высокого давления.

В лампах накаливаниясвет испускает металлическая проволочка (нить), раскаленная добела проходящим по ней током. Типичная лампа накаливания (общего назначения) состоит из следующих частей (рис. 3.1): нити накала в виде спирали из вольфрамовой проволочки, стеклянного баллона и цоколя, который является объединяющей и силовой деталью лампы и имеет контакты для подключения нити накала к электропитанию. Лампы накаливания имеют низкую стоимость, удобны в эксплуатации, в них отсутствует пульсация светового потока, но имеют и ряд недостатков: малую светоотдачу (7-20 лм/Вт); преобладание в спектре желтых и красных излучений; малый срок службы (до 2000 ч); большой нагрев (до 140^оС), делающий их пожароопасными.

Рис. 3.1 Лампа накаливания: 1 – нить накала; 2 – цоколь; 3 – колба

Наиболее употребительные типы цоколей ламп накаливания: Е – резьбовой, Bs – штифтовой одноконтактный, Bd штифтовой двухконтактный. Обозначение ламп накаливания: Г – газополная моноспиральная (аргоновая); Б – биспиральная с аргоновым наполнением; БК – биспиральная с криптоновым наполнением; МТ – матированная; 125-135, 220-230, 230-240 – диапазон напряжений в вольтах; 25-500 – номинальная мощность в ваттах; 1 - 12 – отличительная особенность от базовой модели.

Галогенные лампы накаливания по структуре и принципу действия сравнимы с лампами накаливания. Но они содержат в газе-наполнителе незначительные добавки галогенов (бром, хлор, фтор, йод) или их соединения. Галогенные лампы накаливания отличаются особой компактностью, существенно более белым светом, улучшенной цветопередачей, двойным сроком службы. Галогенные лампы накаливания выпускаются мощностью до 20 кВт.

В газоразрядных лампах электроэнергия преобразуется в свет при прохождении электрического тока через газ или пары металла. Цвет светового излучения зависит от рода газа, его давления и от вида люминофора, нанесенного на внутренние стенки стеклянного баллона лампы. Газоразрядные лампы наполняются инертными газами (неоном, аргоном, криптоном или ксеноном), а также парами ртути или натрия.

Примером газоразрядных ламп высокого давления являются ртутные лампы, состоящие из следующих частей (рис. 3.2): кварцевой трубки дугового разряда, наполненной аргоном и парами ртути; наружной стеклянной колбы (с внутренним люминофорным покрытием), окружающей трубку дугового разряда, закрывающей ее от воздействия потоков окружающего воздуха и предотвращающей окисление; цоколя, на котором держится вся лампа и имеются электрические контакты для подвода напряжения питания.

Рис. 3.2. Дуговая ртутная лампа

Ртутные лампы отличаются высокой светоотдачей, большим сроком службы и компактностью, благодаря чему онихорошо подходят для регулирования светового потока. Их недостатки – высокая стоимость лампы и вспомогательного оборудования, синевато-зеленый оттенок свечения и медленный повторный пуск. Цветность ртутной лампы исправляется применением внутреннего люминофорного покрытия.

Люминесцентные лампы. Люминесцентные лампы состоят из следующих основных деталей (рис. 3.3): стеклянного баллона 5, двух цоколей 4 (с выводными контактами) на обоих концах баллона и двух подогревных катодов 2 (электронных эмиттеров) из вольфрамовой нити или стальной трубки. Баллон наполнен парами ртути и инертным газом (аргоном); на внутренние стенки баллона нанесено люминофорное покрытие 1, преобразующее ультрафиолетовое излучение газового разряда в видимый свет. Конструкция лампы, представленная на рис. 3.3, типична для самых распространенных 40-ваттных ламп.

Рис. 3.3. Люминесцентная лампа

Лампа действует следующим образом. Электрод на одном из концов лампы испускает электроны, которые с большой скоростью летят вдоль лампы, пока не произойдет столкновение со встретившимся атомом ртути. При этом они выбивают электроны атома на более высокую орбиту. Когда выбитый электрон возвращается на прежнюю орбиту, атом испускает ультрафиолетовое излучение. Последнее, проходя через люминофор, преобразуется в видимый свет.

Газоразрядные лампы имеют ряд преимуществ перед лампами накаливания. Световая отдача их достигает 135 лм/Вт, срок службы – до 10000 часов, температура поверхности при работе 30 – 60 ºС, имеется возможность получения света в любой части спектра. Недостатки газоразрядных ламп: сложность включения в сеть, связанная с необходимостью применения специальных пусковых устройств; длительный период разгорания; зависимость светоотдачи от температуры окружающего воздуха; наличие радиопомех; значительная пульсация светового потока, что ведет к появлению стробоскопического эффекта.

Уменьшение пульсации осуществляется: включением в разные фазы сети переменного тока трех ламп в светильнике; применением двухламповых светильников с искусственным сдвигом фаз; питанием током повышенной частоты.

В обозначениях маркировки люминесцентных ламп применяют следующие буквы: Л – люминесцентная, Д – дневного, Б – белого, ХБ – холодно-белого, ТБ – тепло-белого цвета, Ц – улучшенной светопередачи, А – амальгамные.

Если «закрутить» трубку люминесцентной лампы в спираль, то получают КЛЛ – компактную люминесцентную лампу (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Компактная люминесцентная лампа

По своим параметрам КЛЛ приближаются к линейным люминесцентным лампам (световая отдача до 75 лм/Вт). Они, прежде всего, предназначены для замены ламп накаливания в самых разнообразных применениях. КЛЛ имеют большой срок службы. Лампы со встроенным в цоколь пускорегулирующим аппаратом (ПРА) служат около восьми тысяч часов и предназначены для прямой замены ламп накаливания. Срок службы ламп с внешним ПРА, используемых с нестандартным цоколем G-серии, достигает 25 тысяч часов.