Как измерить световой поток лампы с помощью люксметра


Разоблачаем мировой заговор или как измерить световой поток светодиодов на коленке

Все вы, наверное, слышали про мировой заговор. Масоны, инопланетяне и евреи Производители электрических лампочек вступили в него сто лет назад, чтобы лампочки не служили вечно, а перегорали каждый месяц и жрали уйму электричества. И только сейчас путы заговора разорваны и лампочковые магнаты раздавлены великой империей Китая, завалившей весь мир вечными и экономичными светодиодными лампами. Но не расслабляйтесь – мировой заговор не сдается. Теперь он явился в виде Великой Светодиодной Ложи Лажи Лжи. Короче, все врут (с).

Шутки шутками, а в той или иной степени врут, наверное, все производители LED-светотехники. Кто-то нагло и откровенно, кто-то так, слегка подвирает – но так или иначе, кажется, нет ни одной фирмы, которая не завышала бы параметров своих изделий. Разными способами – кто-то просто пишет красивые цифры от фонаря, порой запредельные с точки зрения здравого смысла. А кто-то – просто пишет характеристики вполне правдивые, но полученные в условиях, далеких от реальных условий эксплуатации. Например, световой поток, измеренный при температуре 25°С в импульсном режиме. Так или иначе, а 15-20% «припуска на вранье» давать придется.

Освещенность измерить просто, световой поток – сложно и дорого. Необходимо собрать весь свет, испущенный лампой и в равной степени учесть лучи по всем направлениям. То есть, нужен фотоприемник в виде полой сферы с одинаковой светочувствительностью каждого участка ее 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.

Впрочем, есть пара частных случаев, которые часто встречаются на практике и для которых можно ограничиться одним измерением. Об одном из них я и хочу поведать хабрасообществу.

Этот частный случай – плоский косинусный излучатель. Косинусным называется такой излучатель, яркость которого не зависит от угла между нормалью к его поверхности и направлением на наблюдателя. Диаграмма направленности такого излучателя определяется исключительно геометрией – а именно видимой площадью поверхности. И для плоского косинусного излучателя существует простое соотношение между световым потоком и силой света в направлении нормали к плоскости:

.

То есть достаточно измерить люксметром освещенность в метре от источника света и умножить ее на 3,14 – и мы уже имеем величину светового потока (либо, если расстояние не равно метру, его придется учесть по закону обратных квадратов). Разумеется, источник света должен быть много меньше расстояния до люксметра – иначе закон обратных квадратов работать не будет и результат измерения будет завышен.

Какие же источники света можно с достаточной для практики точностью считать плоскими косинусными излучателями? Это практически любые белые осветительные светодиоды без линзы и плоские сборки на их основе. Всевозможные китайские 5730, 2835, 5050, 3030 и прочие, что встречаются обычно в светодиодных лампах с алиэкспресса, а также продаются там же отдельно в катушках за копейки – это оно. А также матрицы. И китайские квадратные на 10 ватт, и Cree CXA и CXB. А вот для любых светодиодов с линзой, а также для светодиодов без люминофора (например, RGB) такой метод не годится — их диаграмма направленности существенно отличается от косинусной. Плоские светильники, встраиваемые в потолок и закрытые молочным стеклом, также неплохо соответствуют этой модели.

Итак, давайте уже что-нибудь измерим. В качестве подопытных кроликов у нас сегодня:

1. Сборка китайская на 90 ватт из 156 светодиодов 5730 (в каждом по два кристалла 13х30 mil) со встроенным драйвером на CYT3000B. По заверениям китайцев, должна давать 9200 лм.


Потребляемая мощность по приборам — 85 Вт, на ней и остаемся.

2. Матрица CXA2530, новая версия, 3000 кельвин, Ra>80. Световой поток при 800 мА и 85°С согласно даташиту — не менее 3440 лм, а при 25°С (такой температуры не бывает, если только не захолодить сам светодиод до температуры ниже нуля — тепловое сопротивление не даст) — не менее 4150 лм.


Заводим на токе 800 мА, потребляемая мощность составила 28,64 Вт.

3. HPR20D-19K20 — древняя, как мамонт (покупалась году в 2010, если не раньше) матрица на 20 ватт фирмы HueyJann, похожая на нынешние 10-ваттные матрицы, отличается от них большим количеством кристаллов под люминофором — их 16 штук вместо девяти (4 штуки последовательно в каждой из четырех параллельно включенных цепочек). Заявлено 1830 лм при токе 1,7 А, реально на глаз не ярче, чем CXA2011 с подводимой мощностью 11 Вт.

Запускаем на паспортном токе 1,7 А, напряжение составило 12,2 В, мощность 20,74 Вт.

Освещенность измеряем люксметром UT382 (Uni-T), на "глазок" которого надеваем бленду из черной бумаги, чтобы не ловил отраженный от стен свет в неподготовленном помещении. Расстояние во всех случаях — метр. Результаты в таблице.

Выходит, что световой поток китайской сборки соответствует заявленному (в пределах погрешности люксметра), у Cree'шной матрицы тоже все в пределах даташита (учитывая, что температура ее неизвестна), а вот у HueyJann'овской матрицы обещанных люменов нет и близко.

Но что-то затерзали меня смутные сомнения: 9000 с хвостиком люмен при 85 ваттах, учитывая КПД драйвера 80% и при том, что светодиоды работают далеко не в облегченном режиме, по полватта на корпус, а пиковый ток вдвое больше среднего (никакого фильтрующего конденсатора у этих плат нет) — это очень даже круто. Вдобавок как-то не видно от этой сборки значительно большей освещенности в комнате по сравнению с люстрой, в которой пять лампочек по 950 лм (энергосберегайки).

Подозрение падает на люксметр — не все из них адекватно измеряют светодиодные источники. Те из них, что сделаны на базе фотодиода BPW21R, имеют очень приблизительное соответствие спектральной чувствительности стандартной кривой видности, и относительная чувствительность к излучению 450 нм (это длина волны, соответствующая синему пику, имеющемуся в спектре почти всех белых светодиодов) превышает относительную чувствительность глаза в этой области в несколько раз. В данном приборе фотоприемник другой, что и являлось одним из критериев при выборе прибора, но все же сходим в охрану труда и возьмем другой люксметр. Это оказался ТКА-Люкс. В его методике поверки содержится проверка спектральной характеристики, то есть она должна соответствовать кривой видности с нормируемой погрешностью. Повторяем измерения с ним. Вот результаты:

Ну что тут сказать? Врут не только производители светодиодных ламп, но и мой люксметр. Причем врет, как и ожидалось, по-разному для разных светодиодов. Для матрицы CXA2530 разница с профессиональным аппаратом минимальная, скорее в пределах погрешности обоих приборов. Но у этой матрицы провал в спектре почти незаметен, если смотреть через компакт-диск (реально он, конечно, есть). А вот остальные подопытные "провалились" прилично. И теперь прекрасно видно, что до заявленных люменов они не дотягивают более чем заметно: китайская 90-ваттная сборка — на 25%, а матрица HPR20D-19K20 — почти вдвое.

Отсюда можно сделать следующие выводы:


  1. Да, описанным образом можно оценить световой поток, испускаемый светодиодами, матрицами и сборками (в пределах описанного частного случая).
  2. С измерением освещенности от светодиодов люксметром надо быть осторожным и убедиться, что он имеет корректную кривую спектральной чувствительности. Ибо врут все (с).
  3. Если измерения показывают, что китайским изделием достигнуты заявленные характеристики, значит, вполне вероятно, что прибор проградуирован в китайских люксах:).

Если вам захочется таким же образом оценить световой поток светодиодной лампочки с полусферическим рассеивателем, нужно снять рассеиватель. Под ним скорее всего будут вполне подходящие светодиоды. Но сам рассеиватель вносит потери 15-20 и более процентов светового потока.

Да, и последнее. Описанная методика ни в коей мере не является ни метрологически строгой, ни точной. Она оценочная и не более того. Именно поэтому я не привел здесь анализа погрешностей.

Что такое люкс? Как измерить световой поток на единицу площади?

Люкс измеряет освещенность. Его символ - «lx».

Практическое применение люкс

Число люкс указывает световой поток, полученный на единицу площади. Например, человеческий глаз работает с большой амплитудой светового потока:

  • Наше ночное видение в полнолуние возможно с 1 лк
  • В очень солнечный летний день наши глаза подвергаются световому потоку 130000 лк
  • Для защиты наших движений требуется минимум 5 лк.
  • Мы легко читаем, записываем или работаем при световом потоке около 150 лк…

Чтобы понять этот процесс, необходимо рассмотреть три концепции: освещение, свет (лм ) и люкс (лк).Первый рассматривается как световой поток, воздействующий на определенную область; Другими словами, сколько света исходит от источника света на поверхности?

Чтобы узнать ответ, мы можем представить себе процесс освещения, в котором источник света излучает определенное количество света; Согласно международной системе измерений, излучаемый световой поток может быть измерен в люменах (лм). Чем выше число лм, тем выше интенсивность освещения от источника.

Число люкс указывает световой поток на единицу площади.

Когда излучаемый свет достигает определенной области, используется термин люкс (лк). Это единица измерения, эквивалентная одному люмен / м², с помощью которой можно рассчитать, насколько освещение влияет на данную область. Однако, чтобы оценить количество света, необходимо учитывать такие аспекты, как размеры помещения, высота светильника и его расстояние до целевой поверхности, а также фотометрические данные ламп и их количество.

Следует отметить, что если источник света находится близко к целевой области, люксов будет больше, а если далеко, то будет меньше.Например, светильник излучает две тысячи люмен на площади одного квадратного метра, таким образом, в этой зоне будет излучаться две тысячи люкс, что представляет собой много света. С другой стороны, если такое же количество света используется на площади 20 квадратных метров, освещенность этого пятна составляет всего 200 люкс, то есть меньше света.

Чтобы достичь светового равновесия, человек сможет использовать средства, методы и программное обеспечение для его расчета. Кроме того, следует учитывать эстетические и функциональные аспекты в зависимости от использования каждой области, подлежащей освещению.Использование люксметров позволяет получить оптимальный уровень освещенности.

.

Как измерить свет | Правильное использование экспонометра

Измерение освещенности стало обычной практикой в ​​самых разных сферах жизни, от проверки того, что ваши сотрудники работают в безопасных условиях, до проверки уровней освещения для фотосъемки или декораций. При измерении света необходимо учитывать несколько моментов; В этой статье представлены основные сведения о том, какой свет и как его измеряют, а также даны инструкции по использованию измерителя освещенности (люксметра).

Не стесняйтесь пропустить этот раздел, поскольку он не является важным для понимания того, как правильно измерять свет, но является полезной вспомогательной информацией.
Попробуем упростить. Свет - это форма электромагнитной энергии, которая распространяется волнами. Эти волны имеют длину и частоту. У людей есть рецепторы, которые могут воспринимать волны определенной длины и преобразовывать их в изображения. Эти длины волн существуют от 400 до 700 нм. Отдельные цвета присутствуют на определенных длинах волн. См. Ниже…

  • Синий 420нм
  • Зеленый 525нм
  • Красный 635 нм

Возможно, вы слышали термины инфракрасный и ультрафиолетовый.Инфракрасный - это когда длина волны длиннее, чем мы видим, и ультрафиолет, когда они короче. Оба они используются в различных технологиях. Когда энергия излучается сразу на всех трех длинах волн, мы получаем то, что мы называем белым светом.

Типы света

Как правило, на вашем рабочем месте используется один из трех типов осветительной арматуры: это источники света на основе тепла, известные как лампы накаливания, люминесцентные лампы и светодиоды. Каждый из них излучает свет по-своему.

  • Лампа накаливания - это излучаемая электромагнитная энергия, которая излучается на всех длинах волн, когда мы видим все длины волн, вещи кажутся белыми. Различные температуры изменяют количество используемых длин волн.
  • Флуоресцентные лампы
  • технически находятся за пределами нашего видимого диапазона, они ультрафиолетовые и ниже 400 нм. Однако взаимодействие с покрытием на внутренней стороне их трубок дает видимый белый свет, который мы можем использовать.
  • Светодиодные лампы
  • немного сложнее и достигают белого света за счет смеси красных, зеленых и синих светодиодов или методов, аналогичных флуоресцентным
  • .

Самый простой способ понять, как измеряется свет, - это изобразить обычную лампочку с нитью накаливания, которая нагревается, производя свет (лампа накаливания, если вы читали предыдущий раздел).Нить накала является источником света и находится в центре сферы, и свет излучается во всех направлениях. Общее количество энергии всего производимого света известно как «световой поток».

Вы, наверное, знакомы с Lumen; это мера силы света, о которой люди обычно слышали. Базовая единица силы света - кандела (одна зажженная свеча дает примерно 1 канделу). Одна кандела на стерадиан (область конической формы, начинающаяся от источника света) называется просветом.

Когда мы измеряем свет, нас интересует, сколько люменов падает на поверхность; это то, что мы знаем как люкс. Один люкс - это один люмен на квадратный метр.

Рабочий пример. У нас есть источник света, общий производимый свет (световой поток) составляет 1000 люмен. Если бы мы могли сфокусировать это на поверхности 1 квадратного метра, у нас было бы освещение 1000 люкс. Однако, если бы тот же свет был распределен на площади 10 квадратных метров, у нас была бы освещенность только 100 люкс.

Примеры уровней освещенности
Очень яркий летний день 100000 люкс
Полный дневной свет 10 000 люкс
Пасмурный летний день 1000 люкс
Очень темный день 100 люкс
Сумерки 10 люкс
Полнолуние

Альтернативное измерение света - фут-свеча, работает так же, как люкс, за исключением того, что 1 фут-свеча составляет 1 люмен на квадратный фут.

Самый простой способ измерить освещенность - купить люксметр / люксметр, эти две фразы часто взаимозаменяемы. Экспонометры содержат датчик, который преобразует световую энергию в электрический заряд, который может дать пользователю показания. Как правило, они достаточно малы, чтобы их можно было брать в руке и легко переносить.

Вы можете просмотреть наш ассортимент люксметров здесь.

Экспонометр прост в использовании. Сняв колпачок с датчика, просто поместите его на поверхность, где выполняется какая-либо задача, например, в центр стола.Важно, чтобы датчик располагался на поверхности, так как именно здесь свет отражается в глаз пользователя и представляет собой истинный уровень получаемого света. Если держать экспонометр над поверхностью, это может привести к неточным показаниям. После этого на дисплее должно отобразиться значение люкс.

(Если вы пропустили его, вы можете прочитать раздел 1 этого руководства)
Есть несколько вещей, о которых вам следует знать при использовании люксметра. В основном это связано с тем, что разные длины волн света не воспринимаются человеческим глазом одинаково.Если бы все длины волн имели одинаковую интенсивность света, показания в люксах были бы такими же, но человек-пользователь может видеть больше света определенного цвета, и свет может казаться ярче.

Чтобы лучше соотнести люксметры с человеческим восприятием света, они настроены на стандартный источник света CIE A. Это регулирует экспонометр так, чтобы свет был распределен по длинам волн домашнего света с вольфрамовой нитью.

Благодаря этим настройкам стандартный люкс или люксметр идеально подходит для использования в помещениях, где используется освещение лампами накаливания.Их также можно использовать для флуоресцентного освещения, но возможны небольшие погрешности в измерениях. Это делает их идеальными инструментами для проверки освещения на большинстве рабочих мест.

Если ваше рабочее место оснащено светодиодным освещением, вам может потребоваться другое решение.

Светодиодный измеритель освещенности

С постоянно растущим успехом светодиодного освещения возникла потребность в специализированных светодиодных измерителях света. Светодиодные лампы излучают белый свет совсем не так, как лампы накаливания. Традиционный люксметр может дать точные показания в 500 люкс, но человеческий глаз не может видеть все 500 люкс, а на самом деле может видеть только 300 люкс.В конечном итоге это приводит к неточностям. Обойти это можно, применив специализированный светодиодный люксметр.

.

Общие сведения о световом потоке (люмен) и освещенности (люкс) _ YUJILEDS

Мы часто видим данные о световом потоке или освещенности на упаковке лампочек или других ламп. Возможно, вы знаете, что эти два параметра используются для описания яркости света. Но каковы конкретные определения светового потока и освещенности? В чем разница между ними?

Что такое световой поток?

Световой поток - это мера общего количества видимого света, излучаемого лампой.Он отличается от лучистого потока. Поток излучения - это измерение всего испускаемого электромагнитного излучения (включая инфракрасное, ультрафиолетовое и видимое), которое представляет собой общее количество света объектива. Световой поток - это количество света, которое воспринимает человеческий глаз. Он отражает чувствительность человеческого глаза путем взвешивания каждой длины волны с помощью функции яркости. Таким образом, это взвешенная сумма всех длин волн мощности в диапазоне видимого света, исключая инфракрасный и ультрафиолетовый.

Что такое функция яркости?

Функция яркости описывает относительную чувствительность человеческих глаз к свету разной длины волны путем субъективной оценки яркости света разных цветов.Его не следует считать абсолютно точным, но он дает хорошее представление о зрительной чувствительности человеческого глаза и является ценным исходным показателем для экспериментальных целей.

Рисунок 1: Фотопическая (черная) и скотопическая (зеленая) функции светимости

Единица светового потока - Люмен

Единицей светового потока в системе СИ является люмен (лм). Люмен определяется по отношению к канделе, которая является единицей силы света, как

1 лм = 1 кд sr

То есть, когда световой угол источника света составляет один телесный угол, а световой поток составляет 1 люмен, его сила света составляет 1 канделу.Когда световой поток источника света также составляет 1 люмен, но световой угол становится 1/2 телесного угла, сила света этого источника света считается равной 2 канделам.

И наоборот, когда сила света точечного источника света, излучающего свет во всех направлениях, равна 1 канделе, поскольку полная сфера имеет телесный угол 4π стерадиан, световой поток этого источника света составляет 4π люмен или 12,56 люмен.

Рисунок 2: Графическое представление 1 стерадиана.

Что такое освещенность?

В фотометрии освещенность - это полный световой поток света, падающий на единицу площади. Другими словами, световой поток представляет собой общее количество света, излучаемого источником, в то время как освещенность относится к общему количеству света, получаемого объектом.

Связь между освещенностью и световым потоком аналогична соотношению между энергетической яркостью и потоком излучения, то есть потоком излучения, принимаемым на единицу площади.Однако освещенность взвешивается в соответствии с чувствительностью человеческих глаз к свету с разными длинами волн, что представляет собой интенсивность света, воспринимаемого человеческими глазами.

Единица освещенности - люкс

Единица освещенности в системе СИ - люкс (лк). Он равен одному люмену на квадратный метр.

1 люкс = 1 лм / м2 = 1 кд · ср / м2.

В фотографии есть и неметрическая единица освещенности - фут-свеча.Фут-свеча означает «свечение источника свечи на поверхности на расстоянии одного фута». Таким образом, одна фут-свеча равна одному люмену на квадратный фут или примерно 10 люксам.

И расстояние, и наклон влияют на освещение

Освещенность - это количество люмен на квадратный метр. Это означает, что когда источник света в 1000 люмен освещает площадь в 1 квадратный метр, освещенность в этой плоскости составляет 1000 лк. Когда источник света в 1000 люмен освещает площадь в 10 квадратных метров, освещенность на плоскости становится равной 100 лк.

Поэтому, покупая лампочки, мы не должны выбирать их только по количеству люмен. Это связано с тем, что, когда в гостиной и туалете устанавливаются лампы с одинаковым световым потоком, из-за разного размера комнат различие в освещенности, которое может восприниматься глазами, может быть значительным.

.Объяснение

световых измерений | LEDwatcher

Что такое люмен? Как измерить свет? Сколько ватт потребляет светодиодная лампа? Это лишь некоторые из тем о свете, затронутых в этой статье. Мы попытались объяснить основы света и то, как измеряются различные аспекты света, на реальных примерах, выделив наиболее важные формулы, используя информационные изображения, графики и таблицы, а также сделали несколько калькуляторов для упрощения вычислений. Надеюсь, вы найдете эту статью полезной, и если у вас есть какие-либо комментарии, предложения или дополнения, не стесняйтесь использовать форму комментариев под статьей.

Вот содержание со ссылками на темы, затронутые в этой статье, для упрощения навигации:

  1. ЛЮМЫ И КАНДЕЛИ (световой поток, сила света)
  2. ОСВЕЩЕНИЕ, ОСВЕЩЕНИЕ, ЛЮКС И НОЖНЫЕ СВЕЧИ
  3. КАК ИЗМЕРИТЬ СВЕТ?
    1. Световые метры
    2. Приложения для экспонометра
  4. ЛЮМОВ И ВОДЫ
    1. Калькулятор световой отдачи
    2. Люмен в ватт калькулятор
    3. Калькулятор ватт в люмен
    4. Люмен диаграмма

ЛЮМЫ И КАНДЕЛИ

Что такое просвет?

Световой поток или сила света измеряет общее количество света, излучаемого источником света за период времени.Проще говоря, световой поток показывает, сколько света излучает лампа во всех направлениях в секунду, световой поток выражается в единицах, называемых люмен, (лм) . Световой поток измеряет только свет, излучаемый человеческим глазом в видимых длинах волн в диапазоне примерно 400-750 нм.

Световой поток - Люмен (лм) - единица измерения светового потока или силы света. Один люмен равен количеству света, излучаемого источником света (излучающим равное количество света во всех направлениях) через телесный угол в один стерадиан с интенсивностью 1 кандела.

Световой поток (в люменах) обычно указывается на упаковке лампочки (или его можно найти в специальных каталогах лампочек) и используется в качестве объективного измерения светоотдачи источника света, чтобы лучше сравнить разные типы лампочек. Однако, поскольку люмен измеряется на определенном расстоянии во всех направлениях от источника света, это не лучшее измерение, чтобы описать, насколько ярким будет свет в определенной области. Для описания этого используется термин «освещенность» и единицы измерения, называемые люкс или фут-свеча.

Сила света (кандела)

Сила света - это сила света или количество видимого света, излучаемого источником света в заданном направлении на единицу телесного угла. Сила света измеряется в канделах (кд) , которая является базовой единицей СИ. По сути, он измеряет количество видимого света, излучаемого под одним определенным углом от источника света, что является полезным измерением при сравнении устройств, излучающих сфокусированный луч света, таких как прожекторы, фонарики и лазерные указки.

Определение канделы - кандела (кд) - единица измерения силы света в СИ. Кандела заменил старую единицу, которая использовалась для выражения силы света - силы свечи. Одна обычная свеча излучает приблизительно 1 канделу силы света, поэтому канделу в прежние времена называли свечой.

Поскольку свеча не была самым точным источником света для измерения силы света, были определены гораздо более строгие правила и определения для измерения силы света, официальное определение канделы:

Кандела - это сила света в заданном направлении источника, излучающего монохроматическое излучение с частотой 540 x 1012 герц и имеющего силу излучения в этом направлении 1/683 ватт на стерадиан.
Из http://physics.nist.gov/cuu/Units/current.html

Пояснение

Напомним, световой поток измеряет, сколько всего видимого света излучается источником света, единицей светового потока является люмен (лм) . Сила света измеряет количество света, излучаемого источником света в одном направлении, единицей силы света является кандела (кд) . В общем, если вам нужна лампочка, которая излучает свет во всех направлениях (например, потолочный светильник в доме) , посмотрите на люмены при сравнении различных лампочек, однако, если вам нужен свет, который может сфокусировать максимальное количество яркости в луч меньшего размера, такой как прожектор или фонарик, смотрите на свечи при сравнении таких огней.Помимо этих двух, освещенность также является важным показателем, измеряющим количество света, падающего на заданную поверхность (измеряется в люксах или фут-свече) , но позже с этим.

Классический пример объяснения люменов и кандел. Представьте, что вы помещаете прозрачную сферу с радиусом 1 метр над свечой. Свеча дает силу света в 1 канделу и равномерно излучает свет во всех направлениях. Если вы прорежете в сфере отверстие размером 1 квадратный метр, из этого отверстия будет выходить 1 люмен света.Это дает в виде уравнения:

1лм = 1кд * ср

где:

  • 1 лм = один люмен;
  • 1 кд = одна кандела;
  • sr = стерадиан (квадратный радиан, один квадратный радиан общей сферы можно рассчитать с помощью уравнения A = r², где r - радиус сферы) .

Так в данном случае:

1лм = 1кд * 1

1 люмен = 1 кандела; источник света с силой света 1 кандела дает световой поток 1 люмен в сфере с площадью поверхности 1 квадратный метр.

Мы также можем рассчитать световой поток всей сферы, используя то же уравнение. Для этого сначала нам нужно знать площадь поверхности сферы, ее можно рассчитать по формуле:

4π r² = 4 * 3,14 * 1 = 12,56sr

Итак, если мы возьмем предыдущее уравнение 1 лм = 1 кд * ср и узнаем, что сила света составляет 1 кд , а площадь поверхности сферы составляет 12,57 м² , мы можем вычислить:

1лм = 1кд * 12,57ср
лм = 12,57 ; источник света с интенсивностью 1 кандела излучает световой поток 12,57 люмен в сфере с радиусом 1 метр (или площадью поверхности 12,57 м²).

Это же уравнение можно преобразовать для вычисления кандел:

1 кд = 1 лм / ср

Давайте посмотрим на новый пример, у нас есть лампочка, излучающая 700 люмен света равномерно во всех направлениях, с такой же прозрачной сферой с радиусом 1 м над лампочкой.

Теперь, если мы возьмем преобразованную формулу 1 кд = 1 лм / ср и узнаем, что световой поток равен 700 лм , а площадь поверхности сферы равна 12,57 м² , мы можем вычислить силу света лампы:

1лм / ср = 1кд
700лм / 12,57см / 12,57см ≈ 56 кд

Но если мы хотим вычислить интенсивность света в определенном направлении, скажем, пройдя через один стерадиан , как в первом примере, мы можем использовать ту же формулу:

700лм / 1ср ≈ 700 кд; это подтверждает первое правило: 1 люмен = 1 кандела, когда свет проходит через сферу в 1 стерадиан.

Чтобы еще лучше проиллюстрировать разницу между световым потоком (люмен) и силой света (канделы) , представьте себе лампочку, которая производит 1 канделу или 12,57 люмен, если вы закроете одну сторону лампы, она все равно будет производить такая же сила света в 1 кандела, но вдвое меньше светового потока - 6,28лм. Это связано с тем, что свечки измеряют мощность света, насколько яркий свет будет в определенном направлении, поэтому в этом случае покрытие половины лампы не повлияет на интенсивность света (если она измеряется на непокрытой части лампы. ) .Но поскольку люмены измеряют общее количество видимого света от источника, покрытие половины лампы уменьшит общее количество видимого света вдвое.

Вот почему вам следует сравнивать кандели при покупке точечного света или фонарика с концентрированным световым лучом и люмен (или люкс) при покупке внутреннего освещения, такого как потолочные светильники или наружное освещение.

Эти предыдущие вычисления и формулы в основном относились к источнику света, который является изотропным или, другими словами, излучает свет равномерно во всех направлениях.Теперь давайте посмотрим, как рассчитать канделы и люмены в лампочках под определенными углами.

Люмен, кандел, углы обзора

В том же уравнении 1cd = 1lm / sr sr указывает угол обзора (также называемый углом при вершине) , через который излучается свет при вычислении силы света и светового потока. В предыдущих примерах мы рассчитывали люмены и свечи, предполагая, что свет излучается равномерно во всех направлениях (или в одном примере через телесный угол в один стерадиан, где 1 люмен равен 1 канделе) , но обычно мы покупаем осветительные приборы, которые освещают свет в под определенным углом прожекторы освещают под более узким углом, чтобы обеспечить более сфокусированный луч, в то время как прожекторы освещают под более широким углом, чтобы покрыть большую площадь поверхности.

Рассматривая то же уравнение 1кд = 1 лм / ср , мы можем заключить, что, увеличивая силу света (кандел) , мы должны уменьшить угол обзора (стерадианы) , чтобы получить тот же световой поток (люмен) ) .

И наоборот, если мы уменьшим силу света (кандел) , мы должны увеличить угол обзора (стерадианы) , чтобы получить тот же световой поток (люмен) .Таким образом, мы можем сказать, что сила света обратно пропорциональна углу обзора, что означает, что, увеличивая одно значение с той же скоростью, другое будет уменьшаться.

В то же время при расчете светового потока, если мы увеличиваем либо силу света, либо угол обзора, световой поток будет увеличиваться, и наоборот, если мы уменьшим либо силу света, либо угол обзора, световой поток также уменьшится. .

Итак, как мы можем определить этот угол при вершине светового луча?
В основном, угол при вершине - это угол между осью источника света, который дает наибольшую силу света, и осью, где сила света уменьшается до 50%.Формула для вычисления телесного угла (Ω) в стерадианах (sr) :

Ом = 2π (1 − cos (α / 2))

где α - угол при вершине, измеренный в градусах.

Так, например, если вы хотите вычислить телесный угол (Ω) в стерадианах (sr) , чтобы вычислить люмены или канделы светового пути, допустим, для светового луча с углом при вершине 40 ° , используя приведенное выше уравнение, получаем:

Ом = 2π (1 − cos (40/2))
Ом ≈ 2 * 3,14 * (1-0,94)
Ом ≈ 6,28 * 0,06
Ом ≈ 0,38sr

Теперь, если мы хотим рассчитать световой поток источника света с интенсивностью 1 кандела и углом обзора 40 ° , мы можем вставить ранее рассчитанный телесный угол Ом ≈ 0,38sr в основное уравнение. :

1 лм = 1 кд * ср
лм = 1 * 0,38
лм ≈ 0,38

Полное уравнение для расчета светового потока (люмен) источника света, если нам известна сила света (кандел) и угол при вершине (стерадианы) :

Φ = I2π (1 − cos (α / 2))

люмен = канделы * 2π * (1-cos (угол при вершине / 2))

  • Φ - световой поток (лм)
  • I - сила света (кд)
  • π - постоянная (≈3,14)
  • α - угол при вершине (°)

Для расчета силы света (кандел) , если известны световой поток (люмен) и угол при вершине (стерадианы) , используйте это уравнение:

I = Φ / (2π * (1 − cos½ * α))

кандел = люмен / (2π * (1-cos½ * угол при вершине))

Теперь давайте проверим это уравнение на более практическом примере.Допустим, у нас есть лампа, которая дает силу света 3cd при угле при вершине 40 ° , и мы хотим рассчитать люмен для этой лампы. Мы можем использовать предыдущее уравнение:

Φ = I2π (1 − cos (α / 2))
лм = 3cd * 2 * π * (1-cos (40 ° / 2))
лм = 18,84 * 0,06
лм ≈ 1, 13 (осветительный прибор с силой света 3 кд при угле при вершине 40 ° будет производить световой поток около 1,13 люмен)

Если мы увеличим угол обзора с 40 ° до 70 ° и оставим силу света на уровне 3 кд , общий световой поток должен увеличиться:

лм = 3cd * 2 * π * (1-cos (70 ° / 2))
лм ≈ 3,39

Итак, это правда, если мы увеличиваем угол наклона лампы, сохраняя при этом силу света той же самой, световой поток также увеличится.

Мы также можем проверить это наоборот, оставив угол при вершине 70 ° , но уменьшив интенсивность света наполовину, с 3 кд до 1,5 кд . Теперь лампа должна давать меньше люмен:

лм = 1,5 кд * 2 * π * (1-cos (70 ° / 2))
лм ≈ 1,69

Так оно и есть, 3,39 лм> 1,69 лм.

Сводка люменов и кандел

Итак, световой поток измеряет общее количество видимого света, излучаемого во всех направлениях, единицей светового потока является люмен (лм) .Сила света измеряет количество видимого света, излучаемого источником света в заданном направлении под телесным углом, единицей силы света является кандела (кд) . Уравнение для расчета люменов, когда известны канделы и телесный угол источника света: 1 лм = 1 кд * ср .

Канделы в основном используются для описания яркости осветительных приборов, которые производят сфокусированный луч света под более узким углом в одном направлении, например, лазерная указка, фонарик и прожектор.Люмены используются для сравнения лампочек или осветительных приборов, которые освещают под широким углом и должны производить свет одинаково во всех направлениях, например потолочные светильники и некоторые типы пищевых светильников. Как правило, чем шире угол луча света, тем ниже интенсивность света, а чем уже угол луча, тем выше интенсивность света.

ОСВЕЩЕНИЕ, ОСВЕЩЕНИЕ, ЛЮКС, НОЖНАЯ СВЕЧА

Освещенность

Освещенность - это количество света или светового потока, падающего на поверхность.Освещенность измеряется в люксах (люмен на квадратный метр) или фут-канделах (люмен на квадратный фут) с использованием американских и британских метрик. Освещенность не зависит от типа поверхности, на которую она освещает, и зависит только от количества света, падающего на эту поверхность, поэтому она будет одинаковой при освещении на стене, земле, полу, дереве или любом другом объекте. Освещенность (в отличие от люменов и других показателей освещения) можно легко измерить с помощью простого устройства, называемого люксметром, или даже с помощью смартфона, на котором установлено специальное приложение.

Люкс

Определение люкса - люкс (лк) - это единица измерения освещенности, люкс измеряет световой поток на единицу площади или количество света, падающего на заданную поверхность. По сути, люкс определяет, насколько яркой будет освещенная поверхность. Один люкс равен одному люмену на квадратный метр площади поверхности:

1лк = 1лм / м²

или

1 люкс = 1 кд * ср / м²

, потому что 1 лм = 1 кд * ср

В приведенных выше формулах м² представляет собой целевую площадь поверхности, на которую падает свет.

Ножная свеча

В британских и американских системах измерения вместо люкс используется термин фут-свеча (fc) . Фут-свеча также измеряет количество света, падающего на поверхность, но вместо люмен на квадратный метр, используемых для измерения люкс, люмен на квадратный фут используются для измерения фут-свеча. Одна фут-свеча составляет прибл. 10,764 люкс. Фут-свечи рассчитываются по формуле:

1fc = 1 лм / фут²

Пояснение

Освещенность можно легко рассчитать, если известны световой поток (люмен), , выходная мощность источника света, и площадь освещаемой поверхности.Например, сконцентрированный луч света со световым потоком 400 люмен будет освещать большую площадь площадью 1 квадратный метр с освещенностью 400 люкс:

лк = 400 лм / 1 м²
лк = 400

Однако, если мы увеличим площадь поверхности, на которую падает свет, в два раза с 1 квадратного метра до 2 квадратных метра и оставим световой поток на уровне 400 люмен , освещенность на этой площади уменьшится в два раза :

лк = 400 лм / 2 м²
лк = 200

Это означает, что чем дальше расстояние от освещаемой поверхности или больше угол освещения, тем ниже будет освещенность света, падающего на поверхность.

Освещенность полезна при выборе подходящих лампочек или осветительных приборов для определенных областей, таких как спальня, гостиная, офис, магазин, театры, сцены и тому подобное. Люкс также является важным показателем при выборе освещения для выращивания растений в помещении.

Яркость

Яркость - это сила света, которая отражается или излучается от объекта на единицу площади в определенном направлении. Яркость зависит от того, сколько света попадает на объект и от отражения света от этой поверхности.Единица измерения яркости - кандела на квадратный метр - кд / м² .

По сути, яркость используется для расчета того, сколько световой мощности будет излучаться от данной поверхности под определенным углом обзора и обнаруживаться человеческим глазом, или, другими словами, насколько яркой будет данная поверхность для человеческого глаза. Яркость - это фактически единственная световая форма, которую мы можем видеть. Яркость используется, например, при оформлении дорожных знаков и дорожного освещения.

КАК ИЗМЕРИТЬ СВЕТ?

Измерение люменов

Многие думают, что люмены для лампочки или осветительного прибора можно легко измерить с помощью дешевого люксметра или даже мобильного приложения, но на самом деле для этого требуется специальное устройство, называемое интегрирующей сферой , подключенное к спектрометру и компьютеру, где установлено специальное программное обеспечение. должен быть установлен, который может отображать несколько показателей, таких как световой поток или люмен, световая отдача, распределение светового спектра, цветовая температура и другие характеристики освещения.На самом деле люменметр - это не маленькое портативное устройство, которое вы можете приобрести за пару долларов, а больше похоже на лабораторию для измерения люменов и других показателей лампочек.

Вот видео от Diode Dynamics, демонстрирующее интегрирующую сферу, используемую для измерения люменов.

Световые метры

Существуют также другие типы измерителей для измерения различных световых метрик:

  • люксметр для измерения освещенности (люкс или фут-свечи) ;
  • измеритель силы света для измерения силы света кандел ;
  • измеритель яркости для измерения яркости.

Люксметры - самые распространенные из них, которые используются для измерения освещенности или количества света, падающего на поверхность. Люксметр используется для измерения количества света при фото- и видеосъемке в отдельных домах и многих общественных местах, таких как офисы, магазины, библиотеки, музеи и другие места, чтобы определить, имеет ли место достаточный уровень яркости в целях безопасности. условия работы для сотрудников (в офисах) или просто в целях дизайна (в художественных галереях), а также для определения видимости на открытых площадках, например, при выборе подходящего уличного освещения.

Люксметр

часто называют просто люксметром из-за его популярности по сравнению с другими устройствами для измерения освещенности. На рынке доступен широкий спектр экспонометров в зависимости от их цены, функциональности и точности, от пары долларов до нескольких сотен долларов за более продвинутые счетчики. Есть даже множество приложений для измерения освещенности (бесплатные и платные) , доступных на устройствах iOS и Android, которые могут измерять освещенность, и некоторые из этих приложений на самом деле вполне подходят для основных задач измерения освещенности.

Приложения для экспонометра

Вот несколько самых популярных приложений для экспонометров для устройств iOS или Android, которые вы можете протестировать самостоятельно.

Приложения для экспонометра iOS:

    Карманный светильник
  1. (от Nuwaste studios) ;
  2. myLightMeter Free (Дэвид Квилс).

Приложения для экспонометра Android:

  1. LightMeter Free (Дэвид Квилс) ;
  2. люксметр (Borce Trajkovski) ;
  3. измеритель освещенности beeCam (по FM.Bee Corp.).

ЛЮМЫ И ВОДНОСТЬ

Измерение, которое описывает соотношение между люменами и ваттами, составляет световой отдачи . Световая отдача - это соотношение между световым потоком и электрической мощностью источника света, она измеряет, насколько эффективен источник света при преобразовании электрической энергии в видимый свет. Единица световой отдачи - лм / Вт (люмен на ватт) .

Калькулятор световой отдачи

Световую отдачу можно легко рассчитать по формуле:

Световая отдача (лм / Вт) = световой поток (лм) / мощность (Вт)

Так, например, световая отдача лампы 10 Вт , производящей 600 люменов , будет 60 лм / Вт :

600 лм / 10 Вт = 60 лм / Вт


Калькулятор для перевода

люмен в ватт

Мы также можем преобразовать это уравнение для расчета мощности лампочки, если мы знаем световой поток (люмен) и световую отдачу этой лампы.Возьмем тот же пример, если мы знаем, что лампочка дает 600 люмен с эффективностью 60 лм / Вт , используя уравнение:

Вт = люмен / люмен на ватт-час

600 лм / 60 лм / Вт = 10 Вт

мы можем вычислить, что лампочка потребляет 10 ватт электроэнергии, чтобы произвести 600 люмен света.


Калькулятор преобразования

Вт в люмены

Аналогичным образом мы можем рассчитать световой поток (люмен) лампочки, если мы знаем мощность ватт и световую отдачу лампы , преобразовав ту же формулу:

люмен = мощность * люмен на ватт-час

10 Вт * 60 лм / Вт = 600 лм


Люмен Сравнение

Количество люмен в ватте зависит от типа лампы, используемой в осветительном приборе.В среднем старые вольфрамовые лампы накаливания производят 15 люмен на ватт, а эффективные светодиодные лампы - около 75 люмен на ватт.

Среднее преобразование люмен в ватт для светодиодных, CFL, галогенных ламп и ламп накаливания:

  • LED КПД лампы накаливания ≈ 75 люмен на ватт (лм / Вт) ;
  • CFL КПД лампы накаливания ≈ 65 люмен на ватт (лм / Вт) ;
  • Галогенная лампа Эффективность лампы ≈ 20 люмен на ватт (лм / Вт) ;
  • Лампа накаливания Эффективность лампы накаливания ≈ 15 люмен на ватт (лм / Вт) .

Люмен диаграмма

Здесь мы составили сравнительную таблицу светового потока для светодиодных, CFL, галогенных ламп и ламп накаливания (с использованием среднего значения люмен на ватт для каждого типа лампы) .

.

Смотрите также