Ćwiczenie odbywa się w sali 303

ŹRÓDŁA ŚWIATŁA

Wiadomości teoretyczne

Technika świetlna jest dziedziną obejmującą oparte na teorii naukowej sposoby wytwarzania, formowania, rozsyłu, mierzenia i stosowania światła, w celu uwidocznienia przedmiotów i ich otoczenia. Jest dziedziną stosunkowo szeroką, o złożonych podstawach wiedzy i rozległym zastosowaniu. Ma charakter interdyscyplinarny.

Teoria tej dziedziny opiera się na wiedzy zaczerpniętej z fizyki, chemii i elektryki, w zakresie przede wszystkim zagadnień promieniowania, wysokiej próżni, materiałoznawstwa, luminofonów, miernictwa elektrycznego z uwzględnieniem odbiorników fotoelektrycznych. Teoria tej dziedziny opiera się również na wiedzy zaczerpniętej z fizjologii narządu wzrokowego, z psychologii oraz architektury i plastyki. Tworzona jest w istotnym stopniu na podstawie wyników specjalnie pomyślanych i wykonanych eksperymentów. Podstawą takich eksperymentów jest wykorzystanie człowieka w charakterze miernika rejestrującego doświadczenia wynikające z kontaktu ze środowiskiem, w szczególności z promieniowaniem widzialnym.

Podstawowe działy techniki świetlnej są dość zróżnicowane i w praktyce ulegają dalszemu podziałowi. Można do nich zaliczyć: źródła światła, oprawy oświetleniowe, fotometrię, kolorymetrię i technikę oświetlania.

W problematyce żródeł światła, ściślej biorąc elektrycznych źródeł światła, dominują zagadnienia konstrukcyjno-technologiczne. Dotyczą one wytwarzania żarówek i różnych odmian lamp wyładowczych (świetlówek, rtęciówek, sodówek) oraz sprzętu pomocniczego umożliwiającego zapłon i świecenie źródeł wyładowczych. Występują również zagadnienia eksploatacyjne dotyczące źródeł światła i prawidłowych warunków ich działania.

W problematyce opraw oświetleniowych dominują odmienne zagadnienia konstrukcyjno-technologiczne. Dotyczą one formowania rozsyłu światła wysyłanego przez źródła oraz praktycznego przyłączania źródeł do sieci zasilającej. Dotyczą również zagadnień temperaturowych, mechanicznych i estetycznych. Występują również zagadnienia eksploatacyjne dotyczące cech opraw i ich pożądanego zastosowania.

W zakres fotometrii wchodzą pomiary światła, na podstawie których określa się wartości podstawowych wielkości i wielu wskaźników charakteryzujących źródła światła, oprawy oświetleniowe oraz efekty związane z zastosowaniem światła w celu uwidocznienia obiektów i ich otoczenia.

W zakres kolorymetrii wchodzą pomiary i obliczenia barwy światła. Prowadzone są one w celu charakteryzowania niektórych cech źródeł światła i efektów związanych z ich zastosowaniem.

W zakres techniki oświetlania wchodzą sposoby stosowania światła w celu uwidocznienia obiektów i otoczenia, czyli inaczej w celu oświetlenia.

Technika świetlna należy do dość specyficznych dziedzin. Istotna odrębność dziedziny wynika z faktu, że naczelnym kryterium jest sposób reagowania człowieka na światło. Wynika stąd stosowanie specyficznego układu wielkości i jednostek związanych z dziedziną, a zatem odrębny język techniki świetlnej. Wspomniane wielkości są nazywane wielkościami fotometrycznymi. Określenie tych wielkości jest oparte na zmiennej czułości reagowania człowieka na bodźce świetlne docierające do oczu[20].

Światło i promieniowanie

Pod pojęciem światło rozumie się promieniowanie elektromagnetyczne, które wywołuje w oku ludzkim wrażenie jasności, czyli jest widzialne. Chodzi tu przy tym o bardzo małą część znanego nam spektrum, a mianowicie o promieniowanie o długości fal pomiędzy (380-780) nm (rys. 1.1).

Temperatura barwowa światła jest definiowana przez porównanie z tzw. "ciałem czarnym" i zilustrowana na krzywej Plancka. Jeżeli podnosi się temperatura "ciała czarnego", to w spektrum wzrasta udział promieniowania niebieskiego, a zmniejsza się promieniowanie czerwone. Światło żarówki o białym ciepłym świetle ma np. temperaturę równą 2700 K, a świetlówka dająca światło porównywalnie do dziennego temperaturę 6000 K, (rys. 1.2).

Barwa światła. Temperatura barwowa opisuje barwę światła i wyróżnia trzy grupy:

biała ciepła < 3300 K * biała naturalna 3300 5000 K * białe światło dzienne > 5000 K

Pojęcia i jednostki techniki świetlnej

Określenie i współzależność jednostek

Jednostki wielkości fotometrycznych należą do układu SI, wynikają z umownie przyjętej (podstawowej) definicji kandeli (jednostki światłości) i zależności definicyjnych wiążących wzajemnie poszczególne wielkości fotometryczne.

Tabela 1.1 Podstawowe wielkości stosowane w technice świetlnej: PN-64/E-01005 [12]

Wielkość

Oznaczenie

Określenie

Nazwa i oznaczenie jednostki

Ilość światła

Energia wypromieniowana w czasie t oceniona wg wrażenia wzrokowego

lumenogodzina

lm*h

Strumień świetlny

Moc promieniowania oceniona wg wrażenia wzrokowego

lumen, lm

1lm=1cd*sr

Światłość

Stosunek strumienia świetlnego wysyłającego przez źródło światła w nieskończenie małym stożku obejmującym dany kierunek kąta bryłowego tego stożka

kandela, cd

Natężenie oświetlenia

Stosunek strumienia świetlnego padającego na elementarne pole powierzchni otaczające dany punkt do tego pola

luks, lx

1lx=1lm/m2

Luminacja

Stosunek światłości elementarnego pola powierzchni w danym kierunku do pola rzutu tej powierzchni na płaszczyznę prostopadłą do danego kierunku (czyli do tzw. powierzchni pozornej)

kandela na metr kwadratowy, cd/m2 (nit,nt); kandela na centymetr kwadratowy, cd/cm2 (stilb,sb)

Współczynnik odbicia

Stosunek strumienia świetlnego odbitego do strumienia świetlnego padającego na to ciało

 

Współczynnik przepuszczania

Stosunek strumienia świetlnego pochłoniętego przez dane ciało do strumienia świetlnego padającego na to ciało

 

Współczynnik pochłaniania

Stosunek strumienia świetlnego pochłoniętego przez dane ciało do strumienia świetlnego padającego na to ciało

Temperatura barwowa

Tc

Temperatura ciała czarnego, przy której barwa źródła światła i ciała czarnego są takie same

kelwin, K

Wskaźnik oddawania barw

Ra

Miara stopnia zgodności wrażenia barwy przedmiotów oświetlonych danym źródłem światła z wrażeniem barwy tych samych przedmiotów oświetlonych odniesionym źródłem światła w tych samych warunkach

 

Skuteczność świetlna źródła światła

Stosunek wypromieniowanego strumienia świetlnego do doprowadzonej mocy elektrycznej

lumen na wat, lm/W

Trwałość źródła światła

T

Czas pracy źródła światła, w ciągu którego jego strumień świetlny nie zmniejszy się poniżej wartości dopuszczalnej

godzina, h

Sprawność świetlna

Stosunek strumienia świetlnego wypromieniowanego przez oprawę oświetleniową do strumienia świetlnego źródła światła w oprawie

 

Współczynnik zapasu

k=Ep/Ezn

Stosunek początkowego natężenia oświetlenia Ep do wymaganego natężenia oświetlenia Ezn

 

Kandela (cd) jest to światłość w danym kierunku źródła światła, które wysyła promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 540x1012 Hz (w przybliżeniu o długości fali =555mm) i dla którego w danym natężenie promieniowania (gęstość kątowa mocy promieniowania) wynosi 1/683 wata na steradian (1979r.).

Lumen - jednostka strumienia (lm) jest to strumień wysyłany w obrębie kąta wynoszącego 1 srd przez źródło o stałej światłości wynoszącej 1 cd (1 lm = cd * srd).

Lumen - określenie energetyczne - jest to strumień świetlny źródła światła, które wysyła promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 540x1012 Hz i dla którego moc promieniowania wynosi 1/683 wata.

Jednostkami wielokrotnymi są:

*dekalumen (1 dklm = 10 lm); *kilolumen (1 klm = 1000 lm).

Luks (1 lx) jest to natężenie oświetlenia wytworzone przez strumień świetlny 1 lumena równomiernie rozłożony na powierzchni o polu 1 m2.

Nit - jednostka luminacji (nt) jest to luminacja 1 m2 powierzchni świecącej w kierunku normalnym ze światłością wynoszącą 1 cd. Przy powierzchni odbijającej w sposób rozproszony o współczynniku odbicia luminacja i równa się dla danej powierzchni 1 nt, gdy (w luksach), a więc np. gdy= 0,8 i E = 4 lx, wówczas L = 1 nt. Jednostką wielokrotną luminacji jest stilb (sb) 1 sb = 1 cd/cm2 = 104 nt [14]

Miernictwo techniki świetlnej

Produkcja sprzętu oświetleniowego (źródeł światła i opraw oświetleniowych), a także technika oświetlania wymagają dokonywania pomiarów wielkości świetlnych. Pomiary te wykonuje się za pomocą fotometrów subiektywnych (fotometria subiektywna, wzrokowa), bądź przez pomiar wielkości elektrycznych zależnych funkcjonalnie od porównywanych wielkości świetlnych (fotometria obiektywna, fizyczna). Fotometria obiektywna znajduje obecnie bardzo szerokie zastosowanie ze względu na swą prostotę, łatwość zautomatyzowania przebiegu pomiaru, niezależność wyników od właściwości oka obserwatora i szybkość dokonywania pomiarów.

Odbiorniki promieniowania świetlnego stosowane w fotometrii:

Selenowe ogniwo fotometryczne

Zastosowanie w fotometrii ogniw fotoelektrycznych uprościło niezmiernie wyznaczenie krzywych światłości. Przy pomiarach ogniwem fotometrycznym należy zwracać uwagę na stałość temperatury ogniwa, która - nawet przy stałej temperaturze otoczenia w pracowni - może zmieniać się na skutek napromieniowania, zwłaszcza długotrwałą częścią widma (podczerwienią).

Przy pomiarze natężenia oświetlenia w pomieszczeniu zamkniętym, gdzie część strumienia odbitego od ścian może padać na ogniwo pod bardzo dużym kątem, powoduje to znaczny stosunkowo uchyb systematyczny pomiaru. W celu wyeliminowania wpływu skośnego padania światła na ogniwo stosowane są różne konstrukcje pomocnicze zwiększające w tym przypadku natężenie oświetlenia na powierzchni ogniwa, m. in. urządzenie do korygowania ogniwa.

Stosunek średnicy D do wysokości h należy dobrać dla danego materiału rozpraszającego krążka 1 eksperymentalnie.

2.2 Ława fotometryczna

Podstawowym urządzeniem każdej pracowni fotometrycznej, służącym do zmiany odległości r fotometru od źródeł światła jest ława fotometryczna.

Do pomiarów światłości źródeł światła w różnych kierunkach służą na ławie fotometrycznej specjalne urządzenia, pozwalające na obrócenie badanego źródła światła o określony kąt dookoła osi pionowej lub poziomej, prostopadłej do osi optycznej ławy. Odległość żarówki od fotometru lub ogniwa umieszczonego na ławie powinna być większa niż pięciokrotny największy wymiar żarnika. Spełnienie tego warunku przy żarówkach o bańce przeźroczystej nie nastręcza trudności, toteż zwykle jest on spełniony. Natomiast przy żarówkach o bańce wewnątrz matowanej lub ze szkła mlecznego oraz lampach wyładowczych o jarzniku rurowym, niekiedy znacznej długości, należy zawsze sprawdzić, czy odległość od fotometru jest większa niż pięciokrotny najdłuższy wymiar bańki rurki jarznika. Lampy fluorescencyjne mają na ogół długość tak znaczną, że nie mogą być fotometrowane na zwykłej ławie.

Obracanie źródła światła za pomocą urządzenia obrotowego wprowadza dodatkowy uchyb pomiaru ze względu na zmianę rozkładu temperatur przy różnym położeniu źródła światła. Odnosi się to zwłaszcza do lamp wyładowczych, których wartości świetlne zależą w znacznym stopniu od rozkładu temperatury. Dlatego też ten sposób wyznaczania krzywych światłości nie jest wskazany przy dokładniejszych pomiarach fotometrycznych.

2.3 Lumenomierz

Lumenomierz w kształcie kuli, sześcianu, wielościanu lub innej bryły zmkniętej światłoszczelnie, pomalowanej wewnątrz białą, odbijającą niewybiórczo, matową farbą, o określonym składzie służy do pomiaru strumienia świetlnego.

Natężenie oświetlenia na okienku pomiarowym w lumenomierzu kulistym

(2-1)

przy czym: R - promień kuli lumenomierza, - współczynnik odbicia ściany wewnętrznej lumenomierza, - strumień świetlny źródła wzorcowego. Pomiaru strumienia badanego dokonuje się porównując ze strumieniem wzorcowym, mierząc dla obu źródeł światła natężenie oświetlenia Eb i Ew na okienku pomiarowym oraz obliczając strumień badany wg zależności:

(2-2)

Przy pomiarze subiektywnym natężenia oświetlenia Eb i Ew wyznaczamy na podstawie pomiaru światłości I szyby mlecznej zamykającej okienko pomiarowe (Ib = kEb, Iw = kEw).

Przy pomiarze obiektywnym natężenia oświetlenia Eb i Ew wyznacza się na podstawie pomiaru prądu fotoelektrycznego i ogniwa lub komórki fotoelektrycznej umieszczonej w okienku pomiarowym (ifb = kEb, ifw = kEw).

W celu wyeliminowania uchybu pomiaru spowodowanego różnym pochłanianiem strumienia odbitego od ścian lumenomierza przez źródło strumienia , stosuje się dwukrotny pomiar natężenia oświetlenia na okienku pomiarowym Epb i Epw pochodzącego od żarówki pomocniczej Zp przy umieszczonym wewnątrz lumenomierza źródle światła badanym lub wzorcowym.

Szukany strumień wyraża się wzorem:

(2-3)

Za pomocą lumenomierza można ponadto wyznaczyć sprawność opraw oświetleniowych oraz współczynniki przepuszczania, odbicia oraz pochłaniania materiałów przy kierunkowym i rozproszonym padaniu światła na próbkę.

Eb - natężenie oświetlenia próbki badanej, Ew - natężenie oświetlenia próbki wzorcowej, Epb - natężenie oświetlenia pochodzące od żarówki pomocniczej Zp przy umieszczonym wewnątrz źródle światła badanym, Epw - natężenie oświetlenia pochodzące od żarówki pomocniczej Zp przy umieszczonym wewnątrz źródle światła wzorcowym.

2.4 Nitomierz

Jaskrawościomierz obiektywny lub subiektywny służy do pomiaru luminacji powierzchni świecących oraz luminacji powierzchni odbijających w sposób kierunkowy lub kierunkowo-rozproszony. Luminację L oświetlonej powierzchni odbijającej w sposób rozproszony (zgodnie z prawem Lamberta: "Ciało promieniuje zgodnie z prawem Lamberta, gdy jego luminacja we wszystkich kierunkach jest stała, tj. jego krzywa światłości określona jest równaniem ") można wyznaczyć:

Wykonawszy oba te pomiary natężenia oświetlenia można wyznaczyć współczynnik odbicia badanej powierzchni wg wzoru:

(2-6)

2.5 Luksomierz

Luksomierz jest fotometrem służącym do pomiaru natężenia oświetlenia. Natężenie oświetlenia E jest jedną z najważniejszych wielkości stosowanych w technice świetlnej, którą można zmierzyć za pomocą luksomierzy subiektywnych lub obiektywnych. Druga metoda jest obecnie stosowana powszechnie ze względu na swoją prostotę. Miernik prądu fotoelektrycznego jest zwykle skalowany w luksach. Dobry luksomierz obiektywny powinien mieć filtr korekcyjny, dopasowujący czułość względną ogniwa fotoelektrycznego do czułości oka, urządzenie korygujące wpływ skośnego padania światła na światłoczułą powierzchnię i ogniwo połączone z miernikiem za pomocą dostatecznie długiego przewodu, aby obserwator odczytujący wskazania nie zasłaniał ogniwa.

Pomiary rozkładu natężenia pozwalają na obliczenie na danym obszarze:

(2-9)

Eśr - średnie natężenie oświetlenia; n - liczba kwadratów, na które podzielono daną płaszczyznę; Ek - wartość natężenia oświetlenia w k-tym punkcie płaszczyzny; - równomierność oświetlenia; Emin - najmniejsza wartość natężenia oświetlenia danej płaszczyzny (w jednym z przyjętych punktów); Emax - największa wartość natężenia oświetlenia danej płaszczyzny (w jednym z przyjętych punktów).

2.6 Spektrograf

Spektrofotometria (fotometria widmowa) obejmuje pomiary gęstości widmowej wielkości świetlnych. Pomiarów tych dokonuje się za pomocą spektrografów, np. metodą fotograficzną, przez pomiar porównawczy zaczerwienienia kliszy albo, co w technice świetlnej stosuje się częściej, przez pomiar prądu fotometrycznego ogniwa lub komórki fotoelektrycznej oświetlonej pasmem długości fal wybranym z widma za pomocą monochromatora.

Spektrograf jest przyrządem rozszczepiającym wiązkę promieniowania elektromagnetycznego na promieniowanie monochromatyczne i rejestrującym otrzymane widmo na płycie fotograficznej.

2.7 Nowoczesne metody projektowania oświetlenia

Tok postępowania przy projektowaniu oświetlenia w zasadzie nie uległ zmianie. Pojawiły się jednak programy komputerowe do obliczeń, dzięki czemu można szybciej i dokładniej wykonać pewne przeliczenia wariantowo, co przy stosowaniu dotychczasowych metod nie zawsze było możliwe i opłacalne.

Proces projektowania można podzielić na następujące etapy:

Najważniejsze z punktu widzenia projektowania jest ustalenie średniego natężenia oświetlenia na płaszczyźnie roboczej i dobór rodzaju oświetlenia. Przy doborze źródeł światła bardzo ważne jest określenie, obok wymaganego poziomu natężenia oświetlenia, właściwego wskaźnika oddawania barw oraz barwy światła (temperatury barwowej). Typ opraw można dobrać w oparciu o wymiary pomieszczenia, rodzaj źródła światła, wymagany stopień ograniczenia olśnienia i rodzaj wnętrza lub oświetlanej przestrzeni.

Program CalcuLuX firmy Philips Lighting Poland S.A.

Licencjodawca Philips Lighting Poland S.A. przekazał program bezpłatnie i udzielił Licencjobiorcy tj. Politechnice Opolskiej nieprzenoszalne i niewyłączne prawo do użytkowania programu CalcuLuX. Program ten zawiera stałą bazę danych opraw oświetleniowych produkcji firmy Philips. Obsługa tego programu jest prosta, gdyż jest dostępny w wersji spolszczonej. Wystarcza ogólna znajomość obsługi komputera.

Program umożliwia dokładne wyznaczenie rozkładu natężenia oświetlenia na płaszczyźnie roboczej, z uwzględnieniem wpływów rozsyłów strumienia świetlnego oraz rozmieszczenia opraw.

Elektryczne źródła światła

Lampy elektryczne można podzielić według sposobu wytwarzania światła i innych istotnych ich cech pracy (np. sposobów zaświecania) lub wg ich zastosowania.

Żarówki

Żarówka wytwarza światło wskutek rozżarzenia się skrętki wolframowej pod wpływem przepływającego przez nią prądu elektrycznego. Skuteczność świetlna żarówki jest niewielka. Miarą skuteczności świetlnej żarówek jest wartość strumienia świetlnego w lm, przypadająca na jednostkę mocy 1 W, zużywaną przez żarówkę. Skuteczność świetlna żarówki jest różna dla różnych typów żarówek i zawiera się w zakresie (7-10) lm/W, przy czym wzrasta ona wraz z mocą żarówki. Tylko specjalne żarówki projekcyjne mają większą skuteczność świetlną, dochodzącą do 30 lm/W.

Małe wymiary włókna (żarnika) w żarówce są powodem dużej luminacji (500-1500) sb. Jest to bardzo wskazane w aparatach projekcyjnych, gdzie potrzeba jak największego skupienia światła w jednym punkcie, stanowi natomiast wadę przy oświetlaniu pomieszczeń, w których lepsze jest światło rozproszone.

Temperatura otoczenia nie ma istotnego wpływu na pracę żarówek, jeśli nie przekracza . W temperaturach wyższych może pogarszać się czystość gazu (lub wysokość próżni), a bańki mogą ulec odkształceniom. Natomiast praca żarówek zależy w dużym stopniu od napięcia sieci.

Okres trwałości żarówki jest zależny od wartości napięcia zasilającego. Maleje, gdy napięcie wzrasta ponad wartość napięcia znamionowego, wzrasta, gdy wartość napięcia spada.

Zmianom napięcia towarzyszy zmiana strumienia świetlnego żarówek. Przy obniżce napięcia strumień świetlny szybko maleje, przy wzroście się zwiększa.

Wszystkie rodzaje żarówek promieniują prawie jednakowe światło żółtawe o odmiennym widmie niż widmo światła dziennego. Uzyskanie w żarówkach widma światła zbliżonego do widma światła dziennego jest dość trudne i połączone z dużą stratą strumienia świetlnego.

Świetlówki

Powszechnie stosowanym źródłem światła o zupełnie odmiennej zasadzie działania niż żarówka jest lampa fluorescencyjna - świetlówka.

Świetlówka wytwarza strumień świetlny pośrednio. Najpierw pod wpływem napięcia doprowadzonego do skrętek powstaje w parach argonu i rtęci zawartych w rurze wyładowanie, które powoduje powstawanie promieniowania, głównie nadfioletowego, prawie niewidzialnego.

Bilans mocy świetlówek jest znacznie korzystniejszy niż żarówki. Przeszło 20% mocy doprowadzonej do samej rury świetlówki przetwarza się na światło. Procesowi wytwarzania światła towarzyszy wydzielanie się niewielkiej ilości ciepła, bo około 0,016 lm/W, gdy w żarówkach około 0,082 lm/W. Przy obliczaniu zapotrzebowania mocy na świetlówki powinno się brać pod uwagę moc całego urządzenia wraz z dławikiem, a nie samą tylko świetlówkę.

Świetlówki produkuje się w różnych barwach i odcieniach światła zależnie od składu chemicznego luminoforu pokrywającego wewnętrzne ścianki świetlówki:

Rtęciówki - wysokoprężne lampy rtęciowe

Strumień świetlny w rtęciówkach powstaje w jarzniku w parze rtęci. Jarznik jest to rurka wyładowcza ze szkła kwarcowego z wtopionymi elektrodami głównymi zapłonowymi zawierająca rtęć. Ciśnienie pary rtęci w jarzniku w stanie ustalonym wynosi (1-10) atmosfer.

Zapłon rtęciówek następuje bez środków pomocniczych. W chwili załączenia rtęciówka nie świeci i pobiera prąd większy niż znamionowy przez okres kilku minut. Po upływie tego czasu następuje zapłon rtęciówki.

Rtęciówki mają skorygowane widmo światła; ich bańki są pokryte od wewnątrz luminoforem świecącym pod wpływem nadfioletowego promieniowania jarznika.

Rtęciówki pobierają w chwili załączenia prąd większy niż w stanie ustalonym. Wymaga to stosowania do zabezpieczenia obwodów zawierających rtęciówki bezpieczników z wkładkami zwłocznymi, szczególnie gdy wartość prądu znamionowego wkładki bezpiecznikowej jest bardzo bliska wartości prądu ustalonego rtęciówek w danym obwodzie.

Wahania napięcia mają duży wpływ na skuteczność świetlną rtęciówek. Najniższa wartość napięcia, przy której rtęciówka powinna pracować skutecznie wynosi 198 V. Temperatura nie wpływa na skuteczność świetlną rtęciówek. Rtęciówki wykazują dość dużą zmienność strumienia świetlnego w funkcji czasu świecenia.

Parametry stosowane przy projektowaniu natężenia oświetlenia

Współczynniki odbicia

=0,7

powierzchnie białe lub o bardzo jasnych barwach

- sufit malowany na biało

- ściany malowane na biało

- okna zawieszone białymi firankami

=0,5

powierzchnie o jasnych barwach

- sufit betonowy czysty lub jasny drewniany

- sufit malowany na biało w pomieszczeniach wilgotnych

- ściany malowane na biało

- okna bez firanek

=0,3

powierzchnie o barwach średniej jasności

- sufit betonowy w pomieszczeniach brudnych lub drewnianych

- ściany betonowe

- okna bez firanek

=0,1

powierzchnie o ciemnych barwach

- sufity i ściany betonowe i drewniane w pomieszczeniach z dużą ilością pyłu ciemnego

- całkowicie oszklone ściany bez firanek

- ściany z cegły czerwonej nie otynkowanej

- podłoga dowolnej barwy

Zalecane w kraju wartości współczynnika zapasu k (PN-84 E-02033)

Stopień osadzania brudu

Dostęp do opraw

łatwy

łatwy

silne osadzanie się brudu

1,5

2

średnie osadzanie się brudu

1,4

1,7

słabe osadzanie się brudu

1,3

1,4

Równomierność oświetlenia

Na płaszczyźnie roboczej równomierność oświetlenia powinna wynosić:

Najmniejsza liczba punktów pomiarowych w zależności od wskaźnika pomieszczenia

Wskaźnik pomieszczenia

Liczba punktów pomiarowych

w < 1

4

1 w < 2

9

2 w < 3

16

w3

25

P, Q - długość i szerokość pomieszczenia; Hm - wysokość zawieszenia opraw nad powierzchnią roboczą

Sprawdzenie natężenia za pomocą luksomierza

Przed rozpoczęciem pomiarów należy odbiornik fotoelektryczny naświetlać mierzonym natężeniem oświetlenia do czasu ustabilizowania wskazań (co najmniej 5 min). Podczas odczytów osoba wykonująca pomiary nie powinna zaciemniać odbiornika fotoelektrycznego.

Pomiary należy wykonywać na płaszczyźnie roboczej, przy małych obiektach pracy - bezpośrednio na tych obiektach, a przy dużych obiektach - w równomiernie rozmieszczonych punktach, w warunkach jak najbardziej zbliżonych do występujących podczas normalnej pracy. Ze zmierzonych wartości należy policzyć średnią arytmetyczną.

W pomieszczeniach z oświetleniem ogólnym całą powierzchnię wnętrza należy podzielić na kwadraty o boku około 1 m i mierzyć natężenie oświetlenia w środku każdego kwadratu, na wysokości płaszczyzny roboczej.

Program ćwiczeń

Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych wielkości i zależności występujących w technice oświetleniowej oraz zapoznanie się z budową, zasadą działania oraz właściwościami i układami połączeń badanych źródeł światła.

Program ćwiczenia obejmuje:

  1. pomiar wielkości elektrycznych dla żarówki, świetlówki, lampy sodowej oraz lampy żarowo-rtęciowej i wyznaczenie dla nich charakterystyk;
  2. badanie natężenia oświetlenia przy zmianie napięcia różnych źródeł światła za pomocą luksomierza oraz wyznaczenie dla nich charakterystyk;
  3. zaprojektowanie oświetlenia wewnętrznego, zewnętrznego lub ulicznego przy wykorzystaniu programu CalcuLuX.

Żarówki

Ćwiczenie umożliwia bezpośrednie dokonanie pomiarów: prądu, mocy i natężenia światła przy regulacji napięcia. Po połączeniu układu wg schematu rys. 3.1 załączyć zasilanie.

Ponieważ żarówka stanowi typową rezystancję R nieliniową, więc w celu wyznaczenia charakterystyk należy wykonać co najmniej 10 pomiarów. Pomiary wykonujemy dla zimnej (nie pracującej) żarówki najpierw zwiększając wartość napięcia zasilającego od zera do około 1,2 Un, a następnie zmniejszając to napięcie od 1,2 Un do zera (przy regulacji napięcia 0-260 V). Napięcie regulujemy za pomocą autotransformatora AT. Wyniki pomiarów wpisujemy do tabeli 3.1. Wartość rezystancji R wyliczamy z prawa Ohma.

Tabela 3.1

Ilość pomiarów

Dane znamionowe żarówki [W]

P [W]

U [V]

I [A]

R[]

Uwagi

1

×

×

10

           

1

×

×

10

           

Na podstawie zapisanych wyników należy sporządzić we wspólnym układzie współrzędnych wykresy zależności: I,R,P = f(U).

Stanowisko przystosowane jest do pomiaru natężenia oświetlenia za pomocą luksomierza w rurze pomiarowej w odległości wskazanej przez prowadzącego ćwiczenie, dla żarówek do ogólnych celów oświetleniowych: żarówka głównego szeregu, żarówka kryptonowa, żarówka reflektorowa, żarówka halogenowa i świetlówka kompaktowa.

Badanie świetlówki

Ćwiczenie to obejmuje wykonanie bezpośrednich pomiarów rozkładu napięć na poszczególne elementy układu oraz pomiar prądu w poszczególnych gałęziach obwodu świetlówki zarówno podczas zapłonu, jak i podczas normalnej pracy. Należy połączyć układ wg schematu rys. 3.2. Wyniki pomiarów należy zanotować w tabeli 3.2.

Tabela 3.2

Faza pracy świetlówki

Lp.

I [A]

I1 [A]

=IL=ID

I2 [A]

=IC

U [V]

U1 [V]

=UD

U2 [V]

=UL

P [W]

Nagrzewanie się elektrod (zapłon)

1

2

3

średnia

             

Praca normalna

1

2

3

średnia

             

P - moc czynna pobierana przez cały układ, tzn. lampę, dławik i zapłonnik w warunkach znamionowych V = UC

U - napięcie zasilania układu

UC - napięcie na kondensatorze

V1 = UD - napięcie na dławiku.

V2 = UL - napięcie na świetlówce

I = A - prąd pobierany przez układ

A1 = ID = IL - prąd na dławiku i na lampie

A2 = IC - prąd na kondensatorze.

Uwaga: Pomiary przy nagrzewaniu się elektrod (zapłon) wykonujemy dla zamkniętego wyłącznika W, a następnie podczas pracy normalnej po otwarciu wyłącznika W. Cykl pomiarowy należy powtórzyć trzykrotnie, odczekując za każdym razem aż świetlówka całkowicie ostygnie. Napięcie U powinno wynosić 220 V. Podczas wykonywania pomiarów cewkę prądową watomierza można zewrzeć.

Należy wyznaczyć również minimalną wartość napięcia U', przy której zapalona świetlówka gaśnie.

Pomiar mocy świetlówki. Moc pobieraną przez świetlówkę z sieci mierzymy w układzie połączeń jak na rysunku 3.2. Pomiar powtarzamy dla układu bez kondensatora C. Następnie przełączając cewkę prądową watomierza na pomiar prądu I1, a cewkę napięciową na napięcie U2, mierzymy moc P' pobieraną przez samą rurę wyładowczą świetlówki, a przełączając cewkę na napięcie U1 - moc P'' pobieraną przez dławik. Wyniki notujemy w tabeli 3.3.

Tabela 3.3

Moc pobierana z sieci z kondensatorem C

Moc pobierana z sieci bez kondensatora C

Moc pobierana przez rurę wyładowczą

Moc pobierana przez dławik

U[V]

I[A]

P[W]

U[V]

I[A]

P[W]

U2[V]

I1[A]

P'[W]

U1[V]

I1[A]

P''[W]

1

2

3

×

×

                             

Na podstawie zapisanych wyników należy sporządzić we wspólnym układzie współrzędnych wykresy zależności: I, P = f(U); I1, P' = f(U2); I1, P'' = f(U1).

Badanie lampy żarowo-rtęciowej

Ćwiczenie to umożliwia dokonanie bezpośrednich pomiarów prądu w poszczególnych gałęziach i mocy w zależności od czasu. Lampę żarowo-rtęciową łączymy do źródła napięcia zasilającego poprzez autotransformator AT według schematu rys. 3.3.

Nastawiamy napięcie U = 220 V, obserwujemy przebieg zapalania się lampy żarowo-rtęciowej, wskazania mierników zapisujemy w tabeli 3.4 co 30 s. Po upływie kilku minut, gdy wskazania się ustalą, należy wyłączyć lampę żarowo-rtęciową wyłącznikiem i natychmiast załączyć ją ponownie, po czym zanotować czas powtórnego zaświecenia się lampy żarowo-rtęciowej. Zmierzyć czas od załączenia napięcia do powtórnego zaświecenia tej lampy.

Tabela 3.4

Lp.

t [s]

U [V]

I [A]

I1 [A]

I2 [A]

P [W]

Uwagi

1

2

×

×

 

220

         

Na podstawie zapisanych wyników należy sporządzić we wspólnym układzie współrzędnych wykresy zależności: P, I, I1, I2 = f(t).

Badanie lampy sodowej

Ćwiczenie to umożliwia dokonanie bezpośrednich pomiarów prądu i mocy w zależności czasu. Lampę sodową łączymy do źródła napięcia zasilającego poprzez autotransformator AT według schematu rys. 3.4.

Nastawiamy napięcie U = 220 V, obserwujemy przebieg zapalania się lampy, notujemy co 30 s wskazania mierników w tabeli 3.5. Po upływie kilku minut, gdy wskazania się ustalą, należy wyłączyć lampę sodową wyłącznikiem i natychmiast załączyć ją ponownie. Zmierzyć czas od załączenia do powtórnego zaświecenia się lampy sodowej. Współczynnik mocy wyliczamy ze wzoru lub mierzymy miernikiem do pomiaru połączonym równolegle z watomierzem.

Tabela 3.5

Lp.

t [s]

U [V]

I [A]

P [W]

Uwagi

1

2

×

×

 

220

       

Wzór na obliczenie

Na podstawie zapisanych wyników należy sporządzić we wspólnym układzie współrzędnych wykresy zależności: P, I, = f(t).

Literatura

  1. Źródła światła: katalog OSRAM 98/99
  2. Sieci elektryczne skrypt cz. 3 Janusz Horak Politechnika Częstochowska 1990r.
  3. Poradnik montera elektryka: praca zbiorowa Wydawnictwo Naukowo Techniczne W-wa 1990r.
  4. Elektrotechnika: podstawy i instalacje elektryczne: skrypt Miedziński Bogdan Politechnika Wrocławska Wrocław 1994r.
  5. Zarządzenie Ministra Gospodarki Materiałowej i Paliwowej w sprawie szczegółowych zasad eksploatacji urządzeń oświetlenia elektrycznego 1987r.
  6. Urządzenia elektroenergetyczne: Henryk Markiewicz, Konstanty Wołkowiński WNT W-wz 1985r.
  7. PN-84/E-02033 Oświetlenie wnętrz światłem elektrycznym
  8. PN-84/E-02035 Oświetlenie elektryczne obiektów elektrycznych
  9. Encyklopedia powszechna PWN W-wa 1979r.
  10. Instalacje elektroenergetyczne - zagadnienia wybrane Konstanty Wołkowiński WNT W-wa 1972r.
  11. Miernictwo przemysłowe: Edmund Romer PWT W-wa 1970r.
  12. Poradnik dla elektryków: praca zbiorowa PWSZ W-wa 1965r.
  13. PN-64/E-01005 Technika świetlna: podstawowe pojęcia, wielkości i jednostki
  14. Technika świetlna Poradnik: praca zbiorowa PWT W-wa 1960r.
  15. Energia: miesięcznik 9/97
  16. Elektroinstalator: praktyczny miesięcznik dla fachowców
  17. Źródła światła: katalog TUNGSRAM: Budapest
  18. Wytyczne projektowania i montażu oświetlenia przy zastosowaniu źródeł światła - Elektromontaż Kraków 1995r.
  19. Źródła światła: katalog Philips Lighting S.A.
  20. Podstawy techniki świetlnej: Jerzy Bąk, Wiesława Pabjańczyk - Politechnika Łódzka Łódź 1994r.
  21. Projektowanie instalacji elektroenergetycznych: Aleksander Straszewski WNT W-wa 1968r.
  22. Mały ilustrowany leksykon techniczny: WNT W-wa 1982r.