6-965 Poznań tel. (-61) 6652688 fax (-61) 6652389 STUDIA NIESTACJONARNE II STOPNIA wersja z dnia 2.11.212 KIERUNEK ELEKTROTECHNIKA SEM 3. Laboratorium TECHNIKI ŚWIETLNEJ TEMAT: WYZNACZANIE BRYŁY FOTOMETRYCZNEJ LAMP I OPRAW OŚWIETLENIOWYCH Opracowanie wykonano na podstawie: 1. Laboratorium z techniki świetlnej (praca zbiorowa pod redakcją Władysława Golika). Skrypt nr 1792. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 1994., 2. W. śagan: Podstawy techniki świetlnej. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 25. 3. J. Bąk, W. Pabjańczyk: Podstawy techniki świetlnej. Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 1996. 4. Wł. Dybczyński: Miernictwo promieniowania optycznego. Wyd. Politechniki Białostockiej, Białystok 1996. 1.Bryła fotometryczna Podstawowy sposobem prezentacji własności fotometrycznych opraw oświetleniowych, źródeł światła, materiałów jest bryła fotometryczna, będąca powierzchnią zamknięta, utworzoną przez końce wektorów o wspólnym początku w środku świetlnym, których długość i kierunek przestrzenny odpowiada wartości światłości w tym kierunku. Z punktu widzenia symetrii bryły rozróŝnia się: bryły obrotowo symetryczne bryły nieobrotowo symetryczne Przykładowe bryły fotometryczne przedstawiono na rysunku 1. Rys 1. Bryła nieobrotowo symetryczna [2] Bryła obrotowo symetryczna [2] 2. Wykres światłości - krzywa światłości Wykres światłości jest krzywą określającą zaleŝność światłości w danym kierunku od kąta tego kierunku w stosunku do osi optycznej dla określonej płaszczyzny przekroju bryły fotometrycznej. Dla obrotowo symetrycznych źródeł światła i opraw oświetleniowych krzywa światłości w dowolnej płaszczyźnie przechodzącej przez oś symetrii bryły fotometrycznej w pełni obrazuje kształt całej bryły fotometrycznej. Najczęściej krzywe światłości przedstawia się w układzie współrzędnych biegunowych. 1
6-965 Poznań tel. (-61) 6652688 fax (-61) 6652389 Przykładową krzywą światłości i odpowiadająca jej bryła fotometryczna przedstawiono na rysunku 2. Rys 2. Krzywa światłości świetlówki liniowej wraz z bryłą fotometryczną[2] 3. Środek świetlny Środek świetlny jest charakterystycznym punktem oprawy oświetleniowej (źródła światła), toŝsamym ze środkiem geometrycznym źródła światła lub ze środkiem symetrii płaszczyzny otworu wyjściowego oprawy oświetleniowej. Rys 3. Wyznaczanie środka świetlnego przykładowych źródeł światła i opraw oświetleniowych [2] 4.Geometryczny system prezentacji własności fotometrycznych Geometryczny system prezentacji własności fotometrycznych źródeł światła i opraw oświetleniowych bazują na: osi optycznej, osi wzdłuŝnej i osi poprzecznej. Oś optyczna jest prostą przechodzącą przez środek świetlny oprawy lub źródła światła, której kierunek jest zgodny z kierunkiem światłości maksymalnej lub/i kierunkiem osi symetrii układu geometrycznego oprawy. Czasami jest to kierunek normalny do płaszczyzny otworu wyjściowego oprawy. Przyjęcie jakiegoś kierunku jako osi wzdłuŝnej wynika z wymiarów geometrycznych opraw oświetleniowych i źródeł światła. Oś wzdłuŝna najczęściej jest zgodna z wydłuŝonym kierunkiem zastosowanego źródła światła. 2
6-965 Poznań tel. (-61) 6652688 fax (-61) 6652389 Rys. 4. Sposób wyznaczania osi optycznej, wzdłuŝnej i poprzecznej [2] Oś wzdłuŝna Oś poprzeczna Rys. 5. Rozmieszczenie osi wzdłuŝnej i poprzecznej w oprawie oświetleniowej Najczęstszym systemem fotometrowania i prezentacji danych fotometrycznych jest układ C-γ 3
6-965 Poznań tel. (-61) 6652688 fax (-61) 6652389 Rys. 6. Układ C-γ przedstawiania pomiarów fotometrycznych [2] Układ C-γ tworzy pęk półpłaszczyzn o wspólnej prostej, będącej osią optyczną skierowaną prostopadle w dół. Kąt C jest kątem dwuściennym między płaszczyzną uznana za wyjściową, a bieŝącą płaszczyzną zawierającą dany kierunek. Kąt γ wyznacza kąt płaski między prostą zawierającą bieŝący kierunek, a osią optyczną. 5. Pomiar bryły fotometrycznej Bryłę fotometryczną zwykle wyznacza się na fotometrze ramiennym w układzie przedstawionym na rysunku 7. lx Rys. 7. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania bryły fotometrycznej Przy załoŝeniu: zachowania granicznej odległości fotometrowania stałej długości ramienia fotometru r = 1,29 m liniowości układu pomiarowego luksomierza Światłość mierzonego źródła światła I Cγ wyznaczyć moŝna na podstawie pomiaru natęŝenia oświetlenia E Cγ w określonych płaszczyznach C oraz kątach γ. Następnie stosując prawo odwrotności kwadratu odległości moŝna obliczyć światłość na podstawie zaleŝności (1): I = E Cγ Cγ JeŜeli wyznaczone krzywe światłości wyznaczone zostały dla celów katalogowych to rzeczywistą wartość światłości przeliczyć naleŝy, na odniesieniowy (1 lm) strumień świetlny źródła światła, według zaleŝności (2): r 2 [cd] (1) I γ C 1 1 = I Cγ ( Φ ) źr (2) 4
6. Obliczanie strumienia świetlnego na podstawie bryły fotometrycznej 6-965 Poznań tel. (-61) 6652688 fax (-61) 6652389 Znajomość rozsyłu przestrzennego światłości I Cγ pozwala na wyznaczenie strumienia świetlnego Φ źródła światła lub oprawy oświetleniowej. Φ 2π π = I Cγ sin γ dγ dc [lm] (3) Przy 1 stopniowym zmianie kąta C przyrost C wynosi 1/36 i strumień świetlny moŝna wyznaczyć na podstawie zaleŝności (4): Φ 2 2 π π π = Iśr C j γi 36 j= i= ( cos γ cos γ( γ + γ) ) [lm] (4) i i Dla brył obrotowo-symetrycznych całoprzestrzenny strumień świetlny moŝna wyznaczyć na podstawie zaleŝności (6): π i= Φ = 2π Iśr γi Gdzie: I śr γi średnia wartość światłości w przedziale kątów (γ i + γ). ( cos γ cos( γ + γ) ) [lm] (5) i i 7. Zakres pomiarów Połączyć układ pomiarowy według schematu z rysunku 7 oraz wskazówek prowadzącego ćwiczenie. Dla wskazanych przez prowadzącego ćwiczenie źródeł światła i opraw oświetleniowych ustalić środek świetlny. Wykonać pomiar natęŝenia oświetlenia dla określonych płaszczyzn C i kątów γ. Na podstawie zaleŝności (1) obliczyć wartości światłości I Cγ. Obliczyć wartość całoprzestrzennego strumienia świetlnego. Wyniki fotometrowania przeliczyć na odniesieniowy strumień 1 lm. Dla źródeł światła wyznaczyć skuteczność świetlną (η = Φźr/P [lm/w]), a dla opraw oświetleniowych ich sprawność (η = Φopr/Φźr). Wykreślić krzywe światłości w układzie współrzędnych kierunkowych. 5
6-965 Poznań tel. (-61) 6652688 fax (-61) 6652389 8. Tabele pomiarów bryły fotometrycznej Wyznaczanie bryły fotometrycznej Nazwa badanego źródła/oprawy:... Dane źródła światła: Moc:...[W] Napięcie znamionowe:...[v] Napięcie pomiarowe:...[v] E Cγ [ lx] γ [1 ] C C 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 E = Śr E 9 + C E C, 2 E Śr [ dz] Ι śrγ [cd] Ι śrγ/1 [cd/1lm] 6
6-965 Poznań tel. (-61) 6652688 fax (-61) 6652389 1. Wyznaczanie strumienia świetlnego na podstawie krzywej światłości γ i [1 ] I + I Ι śrγ śrγi śrγi+ 1 I [cd] śr γi = 2 + cos γ i cos( γi 1 ) + 2π Iśrγi cos γi cos( γi 1 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 Φ o =..lm 7
6-965 Poznań tel. (-61) 6652688 fax (-61) 6652389 11. Układ współrzędnych biegunowych do wykreślenia krzywej światłości I γ = f(γ) 22 23 24 21 2 19,9,8,7,6,5 18 1 17 16 15 14 13 12 25,4,3 11 26,2,1 1 27 9 28 8 29 7 3 6 31 5 32 33 34 35 1 2 3 4 γ 8