BZhD_LR / Экспериментальная часть для ЛР-5

Экспериментальная часть

Описание измерительного стенда

для исследования искусственной освещенности

Стенд для исследования искусственной освещенности выполнен в виде закрытого ящика. Слева в верхней части стенда расположен набор люминесцентных ламп, а справа - набор ламп накаливания.

Освещенность исследуется в точках нижней внутренней поверхности ящика, называемой рабочей поверхностью. Точка А этой поверхности соответствует вертикальной оси симметрии люминесцентных ламп, а точка Б – оси симметрии ламп накаливания.

На передней панели стенда расположены тумблер «Сеть», переключатель «Выбор», позволяющий включать требуемые лампы, люксметр Ю116 с селеновым фотоэлементом, используемый для измерения освещенности, а также модернизированный осциллограф Н313 с подключенным к нему отдельным фотоэлементом, с помощью которого определяется коэффициент пульсаций освещенности.

Стрелочный прибор люксметра имеет две шкалы, градуированные в люксах (лк): 0-100 и 0-30. Выбор пределов измерения и соответствующих им шкал осуществляется кнопками с обозначениями пределов измерения. Фотоэлемент люксметра снабжен насадкой КМ с коэффициентом ослабления светового потока 10, поэтому предел измерения освещенности по верхней шкале прибора составляет 1000 лк, а по нижней шкале – 300лк. Выбор пределов измерения следует производить так, чтобы было обеспечено максимальное отклонение стрелки прибора при отсутствии ее зашкаливания.

Порядок выполнения работы

1. После ознакомления с измерительным стендом тумблером «Сеть», расположенным на передней панели, включите стенд.

2. Поместите фотоэлемент люксметра в точку Б рабочей поверхности стенда. Изменяя положение переключателя «Выбор», снимите зависимость освещенности Е от электрической мощности Р ламп накаливания (ЛН). Данные эксперимента занесите в табл. 1.

Таблица 1

Лампа	ЛН1	ЛН2	ЛН3	ЛН4
Р, Вт	25	40	60	100
Е, лк
Е/Р, лк/Вт
, лм/Вт

Для ориентировочной оценки световой отдачи ламп накаливания предполагаем, что нить лампы является точечным светящимся элементом, равномерно излучающим свет по всем направлениям. В этом случае световая отдача лампы накаливания определяется по формуле

 = Ф / Р = Е*S / Р (1)

где Ф – световой поток лампы, лм; Р- электрическая мощность лампы, Вт; S = 4**h² - площадь поверхности сферы с радиусом h; h = 0,5 м – расстояние от нити накаливания до точки Б рабочей поверхности стенда; Е имеет размерность лк,  - лм/Вт.

Результаты расчетов занесите в табл.1. Постройте график зависимости  = ₁ (Р).

3. Установите переключатель «Выбор» в положение ЛН2, при этом источником света является лампа накаливания мощностью 40 Вт. Снимите зависимость освещенности в точке расположения фотоэлемента от его расстояния r до источника света. Расстояние r является длиной гипотенузы прямоугольного треугольника, одним из катетов которого является высота подвеса источника света h = 50 см, а длина другого катета определяется расстоянием d от точки расположения фотоэлемента до точки Б, отсчитываемым с помощью измерительной линейки стенда.

Поэтому r определяется по формуле

где r, h и d имеют размерность см.

Измерения освещенности следует выполнить для значений d, указанных в табл.2. Результаты эксперимента занесите в табл. 2, постройте график зависимости Е= ₂ (r) и сделайте соответствующие ей выводы.

Таблица 2

d, см	0	15	30	45	60	75
r, см	50	52	58	67	78	90
Е, лк

4. Поместите фотоэлемент люксметра в точку А рабочей поверхности стенда. Снимите зависимость освещенности Е в точке А от типа и количества включенных люминесцентных ламп (ЛЛ), выбираемых с помощью переключателя «Выбор». В положении 2 ЛЛ1 переключателя «Выбор» включены лампы ЛЛ2 (ЛД20) и ЛЛ4 (L18W/765), а в положении 2 ЛЛ2 – 2 лампы ЛЛ1 (ЛБ20). Результаты эксперимента занесите в табл. 3, где Р – электрическая мощность включенных ламп.

Таблица 3

Лампы	ЛЛ1	ЛЛ2	ЛЛ3	ЛЛ4	2ЛЛ1	2ЛЛ2
Типы ламп	ЛБ 20	ЛД20	ЛДЦ20	L18W/765	ЛД20, L18W/765	ЛБ20, ЛБ20
Р, Вт	20	20	20	18	38	40
Е, лк
Е/Р, лк/Вт

На основе анализа отношений Е/Р сравните экономичность люминесцентных ламп различных типов (при прочих равных условиях эксперимента освещенность Е прямо пропорциональна излучаемому лампой световому потоку). Путем сопоставления зафиксированных в таблицах 1 и 3 значений освещенности, обеспечиваемых лампами ЛН2 и 2ЛЛ2 с одинаковой эквивалентной электрической мощностью 40 Вт определите, во сколько раз большее значение освещенности при одинаковой высоте подвеса ламп

h = 0,5 м может быть реализовано, если вместо лампы накаливания ЛН2 использовать две люминесцентные лампы типа ЛБ20.

5. Установите переключатель «Выбор» в положение ЛЛ1, при этом включается люминесцентная лампа ЛБ20. Снимите зависимость освещенности Е в точке расположения фотоэлемента от его расстояния L до точки А рабочей поверхности. Заполните табл.4.

Таблица 4

L, см	0	15	30	45	60	75
Е, лк

По данным эксперимента постройте график зависимости Е=₃ (L) и сделайте вывод о равномерности освещения рабочей поверхности.

6. Исследуйте пульсации освещенности (они обусловлены пульсациями светового потока ламп) с помощью модернизированного осциллографа Н313 и подключенного к нему фотоэлемента.

Коэффициент пульсаций освещенности определяется по формуле

К_п = 100*(Е_макс – Е_мин)/(2*Е_ср) = 100*(А_макс – А_мин)/(2*А_ср) , (2)

где Е_макс , Е_мин, Е_ср, лк – максимальное, минимальное, среднее значения освещенности за период пульсаций; А_макс, А_мин, А_ср , мм – соответствующие им отклонения луча по вертикали от линии отсчета (линии нулевой освещенности).

Коэффициент пульсаций освещенности следует определить как для ламп накаливания ЛН1-ЛН4, так и для люминесцентных ламп ЛЛ1-ЛЛ4.

Порядок проведения экспериментального исследования пульсаций освещенности

0. Перед включением осциллографа ручки «Яркость», «Фокус», «», «↨» установите в положения, при которых метки ручек находятся вверху ; нажатыми должны быть кнопки «10ms» и «x0,2» переключателя «Развертка-время/дел» (при этом устанавливается масштаб развертки по горизонтали – 2mS/дел), кнопки «20» переключателя «Усиление-/mV/дел», «От сети» переключателя «Синхронизация» и «1» переключателя «Делитель».

Остальные кнопки всех переключателей должны быть отжаты.

При отжатой кнопке «≈, ─» переключателя «Делитель» усилитель осциллографа реагирует как на постоянную (-), так и на переменную (~) составляющие выходного сигнала фотоэлемента, прямо пропорционального его освещенности.

0. Включите осциллограф. Для этого нажмите кнопку «Сеть», при этом загорается сигнальная лампа.

1. Установите ручку «►» в крайнее левое положение (оно соответствует нулевому входному сигналу осциллографа и нулевой освещенности фотоэлемента).

На экране должна высвечиваться горизонтальная линия развертки.

0. Ручкой «↨» добейтесь совмещения линии развертки с нижней горизонтальной линией масштабной сетки экрана. Эта линия будет являться линией отсчета и соответствует нулевой освещенности фотоэлемента. Поэтому после выполнения этой операции ручку «↨»трогать не следует.

Если необходимое положение линии развертки оказалось нарушенным, следует вновь выполнить пункты 6.3, 6.4.

0. С помощью переключателя «Выбор» включить требуемую для исследования лампу. При включении ламп ЛН1-ЛН4 фотоэлемент должен находиться в точке Б рабочей поверхности стенда, а при включении ламп ЛЛ1-ЛЛ4 – в точке А.

1. Плавно вращая по часовой стрелке ручку «►» совместите верхний край изображения с верхней горизонтальной линией масштабной сетки экрана. Зарисуйте вид осциллограммы с изображением линии отсчета. Определите и запишите рядом с рисунком значения в мм максимального А_макс и минимального А_мин отклонения луча от линии отсчета (нижней горизонтальной линии масштабной сетки), учитывая, что расстояние между соседними параллельными линиями масштабной сетки составляет 4 мм.

2. Нажмите белую кнопку «≈, ─» переключателя «Делитель», при этом включается режим «-», и на экране наблюдается горизонтальная линия среднего значения (постоянной составляющей) выходного сигнала фотоэлемента. Определите в мм расстояние А_ср от линии среднего значения до линии отсчета. Значение А_ср запишите рядом со значениями А_макс, А_мин., после чего отожмите кнопку «≈, ─» переключателя «Делитель». При этом вновь включается режим «≈».

3. Для исследования пульсаций освещенности при включении другой лампы следует повторить выполнение пунктов 6.5-6.7.

На основе полученных данных и результатов вычислений значений К_п по формуле (2) пункта 6 экспериментальной части заполните табл. 5, где Р – электрическая мощность лампы; К_п – коэффициент пульсаций освещенности.

Таблица 5

Лампа	ЛН1	ЛН2	ЛН3	ЛН4	ЛЛ1	ЛЛ2	ЛЛ3	ЛЛ4
Тип лампы	-	-	-	-	ЛБ20	ЛД20	ЛДЦ20	L18W/765
Р, Вт	25	40	60	100	20	20	20	18
Кп, %

Для ламп накаливания постройте график зависимости К_п = ₄ (Р) и сделайте соответствующие выводы.

Сравните значения К_п для ламп накаливания и люминесцентных ламп различных типов. Выявите люминесцентные лампы с наименьшим и наибольшим значениями коэффициентов пульсаций освещенности К_п.

7. Используя таблицы 1 и 2 теоретической части определить нормативный уровень освещенности, необходимый для выполнения зрительной работы, заданной преподавателем.

5