Как определить световой поток светильника: Как рассчитать количество светильников в офисном помещении — блог о коммерческой недвижимости AMO.ru

Светотехнические параметры и понятия. Часть 1. Справочная информация

Профессиональные светотехники и специалисты, работающие в области освещения, постоянно употребляют разные термины и определения, которые мало о чем говорят простому обывателю, но нужны для правильного описания цветового фона.

Чтобы было проще понимать, о чем идет речь, и что обозначают эти слова, мы подготовили список, объясняющий основные светотехнические термины и характеристики. Его не нужно учить наизусть, можно просто заходить на нужную страницу и освежать в памяти забытый параметр. Говорить «на одном языке» всегда проще.

1 — Видимое и оптическое излучение

Весь окружающий нас мир образуется видимым и оптическим излучением, сосредоточенным в полосе электромагнитных волн от 380 до 760 нм. К ней с одной стороны добавляется ультрафиолетовое излучение (УФ), а с другой инфракрасное (ИК).

УФ-лучи оказывают биологическое воздействия и применяются для уничтожения бактерий. Дозировано они используются для лечебного и оздоровительного эффектов.

ИК-лучи используются для нагрева и сушки в установках, так как в основном производят тепловое воздействие.

2 — Световой поток (Ф)

Световой поток характеризует мощность видимого излучения по воздействию на человеческое зрение. Измеряется в люменах (лм). Величина не зависит от направления. Световой поток — это самая важная характеристика источников света.

Например, лампа накаливания Е27 75 Вт имеет световой поток 935 лм, галогенная G9 на 75 Вт — 1100 лм, люминесцентная Т5 на 35 Вт — 3300 лм, металлогалогенная G12 на 70 Вт (теплая) — 5300 лм, светодиодная Е27 9,5 Вт (теплая) — 800 лм.

3 — Люмен

Люмен (лм) — это световой поток от источника света (лампы) при окружающей температуре 25°, измеренной при эталонных условиях.

4 — Освещенность (Е)

Освещенность — это отношение светового потока, подающего на элемент поверхности, к площади этого элемента. Е=Ф/А, где, А -площадь. Единица освещенности — люкс (лк).

Чаще всего нормируется горизонтальная освещенность (на горизонтальной плоскости).

Средние диапазоны освещенности: на улице при искусственном освещении от 0 до 20 лк, в помещении от 20 до 5000 лк, 0,2 лк в полнолуние в природных условиях, 5000 -10000 лк днем при облачности и до 100 000 лк в ясный день.

На картинке представлены: а — средняя освещенность на площади А, б — общая формула для расчета освещенности.

5 — Сила света (I)

Сила света — это пространственная плотность светового потока, ограниченного телесным углом. Т. е. отношение светового потока, исходящего от источника света и распространяющегося внутри малого телесного угла, содержащего рассматриваемое направление.

I=Ф/ω Единица измерения силы света — кандела (кд).

Средняя сила света лампы накаливания в 100 Вт составляет около 100 кд.

КСС (кривая силы света) — распределение силы света в пространстве, это одна из важнейших характеристик светотехнических приборов, необходимая для расчета освещения.

6 — Яркость (L)

Яркость (плотность света) — это отношение светового потока, переносимого в элементарном пучке лучей и распространяющемся в телесном угле, к площади сечения данного пучка.

L=I/A (L=I/Cosα) Единица измерения яркости — кд/м2.

Яркость связана с уровнем зрительного ощущения; распространение яркости в поле зрения (в помещении/интерьере) характеризует качество (зрительный комфорт) освещения.

В полной темноте человек реагирует на яркость в одну миллионную долю кд/м2.

Полностью светящийся потолок яркостью боле 500 кд/м2 вызывает у человека дискомфорт.

Яркость солнца примерно миллиард кд/м2, а люминесцентной лампы 5000–11000 кд/м2.

7 — Световая отдача (H)

Световая отдача источника света — это отношение светового потока лампы к ее мощности.

Η=Ф/Р Единица измерения светоотдачи — лм/Вт.

Это характеристика энергоэкономичности источника света. Лампы с высокой световой отдачей обеспечивают экономию электроэнергии. Заменяя лампу накаливания со светоотдачей 7–22 лм/Вт на люминесцентные (50–90 лм/Вт), расход электроэнергии уменьшится в 5–6 раз, а уровень освещенности останется тот же.

8 — Цветовая температура (Тц)

Цветовая температура определяет цветность источников света и цветовую тональность освещаемого пространства. При изменении температуры источника света, тональность излучаемого света меняется от красного к синему. Цветовая температура равна температуре нагретого тела (излучатель Планка, черное тело), одинакового по цвету с заданным источником света.

Единица измерения Кельвин (К) по шкале Кельвина: Т — (градусы Цельсия + 273) К.

Пламя свечи — 1900 К

Лампа накаливания — 2500–3000 К

Люминесцентные лампы — 2700 — 6500 К

Солнце — 5000–6000 К

Облачное небо — 6000–7000 К

Ясный день — 10 000 — 20 000 К.

9 — Индекс цветопередачи (Ra или CRI)

Индекс цветопередачи характеризует степень воспроизведения цветов различных материалов при их освещении источником света (лампой) при сравнении с эталонным источником.

Максимальное значение индекса цветопередачи Ra =100.

Показатели цветопередачи:

Ra = 90 и более — очень хорошая (степень цветопередачи 1А)

Ra = 80–89 — очень хорошая (степень цветопередачи 1В)

Ra = 70–79 — хорошая (степень цветопередачи 2А)

Ra = 60–69 — удовлетворительная (степень цветопередачи 2В)

Ra = 40–59 — достаточная (степень цветопередачи 3)

Ra = менее 39 — низкая (степень цветопередачи 3)

Ra он же CRI — color rendering index был разработан для сравнения источников света непрерывного спектра, индекс цветопередачи которых был выше 90, поскольку ниже 90 можно иметь два источника света с одинаковым индексом цветопередачи, но с сильно различающейся передачей цвета.

Комфортное для глаза человека значение CRI = 80–100 Ra

Разоблачаем мировой заговор или как измерить световой поток светодиодов на коленке / Хабр

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.

Понять, как измерять световой поток и мощность излучения (ЖУРНАЛ)

В этой выдержке из будущего справочника под названием «Справочник по метрологии светодиодов и SSL» ГЮНТЕР ЛЕШХОРН и РИЧАРД ЯНГ объясняют основы светового потока и мощности излучения измерения — задача, имеющая решающее значение при разработке продуктов твердотельного освещения (SSL).

Как правило, световой поток и мощность излучения являются наиболее важными оптическими параметрами для светодиодов, хотя иногда также требуется пространственное распределение интенсивности. Для небольших устройств усредненная интенсивность светодиодов в состоянии B по-прежнему является обычной. Частичный поток светодиодов — это величина, которая становится все более популярной, но до сих пор широко не измеряется. Для источников SSL важны фотометрические и колориметрические характеристики излучения.

Заинтересованы в статьях и объявлениях по тестированию и метрологии светодиодной и SSL-продукции?

Двумя основными методами измерения полной мощности излучения и светового потока являются использование либо интегрирующей сферы, либо гониофотометра/гониоспектрорадиометра. Следующие два раздела объясняют эти два метода измерения с учетом типичных проблем измерения.

Метод интегрирующей сферы и измерительные геометрии

Величину светового потока иногда называют полным световым потоком, чтобы подчеркнуть тот факт, что он является общим для всех направлений. Его также называют потоком 4π, поскольку полная сфера имеет 4π стерадиан телесного угла. Чтобы собрать весь свет в пределах 4π стерадиан, источник должен находиться в центре сферы. Эта геометрия 4π является обычной конфигурацией для измерения светового потока (см. рис. 1а). Улавливается излучение, испускаемое во всех направлениях, и измеряется общий световой поток.

Для источников света с незначительным излучением или без излучения, направленного назад, общий поток можно измерить в более удобном прямом потоке или геометрии 2π. Здесь источник света расположен в порту в стене сферы. При измерении регистрируется только световое излучение, излучаемое в передней полусфере (см. рис. 1б). Это прямое излучение характерно для большинства светодиодных продуктов. Интегрирующая сфера должна быть откалибрована абсолютно на основании геометрии измерения в соответствии с принципом замещения. Этот принцип гласит, что испытательный источник света всегда должен измеряться путем сравнения со стандартным источником, имеющим аналогичные пространственные и спектральные распределения.

Рекомендации по выбору правильного размера

Образец для испытаний всегда должен быть значительно меньше внутреннего диаметра сферы, чтобы свести к минимуму интерференционный фактор, создаваемый самим образцом. Однако интенсивность падающего на детектор света уменьшается по мере увеличения сферы. Как правило, светопропускная способность интегрирующей сферы является функцией обратного квадрата радиуса сферы. Таким образом, выбор правильного соотношения между размером тестируемого объекта и размером сферы имеет решающее значение для эффективного баланса между высоким качеством измерения и хорошей производительностью (см. также рис. 2).

Существуют рекомендации по выбору правильного размера сферы для заданного размера тестового образца. При использовании геометрии 4π общая поверхность испытуемого образца должна быть меньше 2% поверхности сферы. Длина линейной лампы должна быть меньше 2/3 диаметра сферы. При использовании геометрии 2π диаметр измерительного отверстия и, следовательно, максимальное удлинение испытуемого образца не должны превышать 1/3 диаметра сферы.

РИС. 1. Рекомендуемая CIE геометрия сферы для всех источников (а) и для источников без обратного излучения (б).

Поправка на самопоглощение

Сам тест-объект способствует поглощению светового излучения в интегрирующей сфере. Эта форма интерференции, известная как самопоглощение, может привести к значительному ослаблению светового излучения и привести к отклонениям в измерениях. Это затухание становится более выраженным по мере того, как испытуемый образец становится больше и темнее. На рис. 3 показаны два типичных примера испытательного образца и полученная передача в зависимости от длины волны. Самоуглубление может привести к коррекции до нескольких десятков процентов.

РИС. 2. Сфера диаметром 1 м (слева) идеально подходит для измерения большинства светодиодов и модулей с рекомендуемой геометрией 4π и 2π. 2-метровая сфера (справа) идеально подходит для больших светильников и продуктов SSL.

Поэтому для точных измерений необходима коррекция самопоглощения с помощью подходящего вспомогательного источника света. Обычно для этой цели используется галогенная лампа, охватывающая широкий спектральный диапазон. Вспомогательный источник света должен быть расположен за перегородкой, чтобы избежать прямого освещения образца, и он должен работать от стабильного источника питания. Этот источник света используется для определения поведения спектрального поглощения тестируемого устройства, держателя образца и соединительных кабелей, а затем компенсируется фактическим измерением. Эффект самопоглощения возрастает по мере увеличения коэффициента отражения покрытия и уменьшения отношения площади сферы к площади испытуемого образца.

Поглощение в ближней зоне

Любой объект (например, розетка), находящийся в непосредственной близости от источника света, значительно поглощает свет и может вызвать большие ошибки. Это так называемое поглощение в ближнем поле не может быть скорректировано измерением собственного поглощения. Таким образом, следует избегать причины этого эффекта. Объект следует размещать как можно дальше от лампы и избегать образования полостей. Кроме того, рекомендуется покрытие поверхности объекта материалом с высоким коэффициентом отражения. В качестве примера хорошее решение линейного трубодержателя показано на рис. 4.

РИС. 3. Спектры самопоглощения для двух типовых ИУ (испытываемых устройств).

Положение горения

Как описано в другой главе книги, измерения источников SSL с пассивным охлаждением должны выполняться в положении горения, определенном изготовителем. Это относится и к сферической фотометрии. При измерении в геометрии 4π удобно использовать внутренний фонарный столб, который можно монтировать вверх-вниз или вниз-вверх, чтобы реализовать проектное положение горения источника света. В случае геометрии 2π предпочтительным методом выбора является вращающаяся сфера (см., например, рис. 5). Вся сфера может вращаться внутри монтажной рамы. Таким образом, измерительный порт располагается сбоку, сверху или снизу.

Рассмотрение ошибок измерения

Вклады в ошибки измерения разнообразны. Анализ ошибок при использовании спектрорадиометра в качестве детектора можно найти в другой главе книги. Широкий диапазон характеристик излучения светодиодов может привести к ошибкам калибровки при измерении светового потока. Для компонентов с диффузным излучением можно получить отклонение в 5 %, но для узкоугольных светодиодов возможны отклонения более 10 %.

Как описано выше, выбор правильного размера сферы, выполнение коррекции на самопоглощение, избегание поглощения в ближней зоне и измерение в заданном положении горения источника света имеют решающее значение для высокоточных измерений.

РИС. 4. Пример предотвращения эффектов поглощения в ближней зоне. Держатель линейной трубки размещают как можно дальше от источника света и покрывают материалом с высоким коэффициентом отражения.

Другая большая доля погрешности возникает при начале измерения до того, как источник станет термически стабильным. Кроме того, при испытаниях в соответствии с CIE S 025 или EN 13032-4 рекомендуется температура окружающей среды 25°C. Поместив источник, вырабатывающий тепло, в корпус (интегрирующую сферу), температура окружающей среды (температура в сфере) повысится и будет отличаться от «нормальных» условий эксплуатации. Поэтому при измерении в конфигурации 4π рекомендуется стабилизировать источник с открытыми полушариями сферы. Сфера должна быть закрыта непосредственно перед измерением. Таким образом, условия окружающей среды при нормальной работе могут быть лучше всего смоделированы. Следует позаботиться о том, чтобы аккуратно закрыть сферу, чтобы избежать движения воздуха, которое может нежелательным образом способствовать управлению температурой.

Метод гониофотометра

Хотя измерение светового потока или мощности излучения с помощью гониофотометра занимает больше времени по сравнению с использованием интегрирующих сфер, он гораздо более точен. Эта процедура измерения не требует эталонных ламп светового потока в качестве эталонного значения, как в случае сферической фотометрии. Это предпочтительный метод, если необходимо измерить лампы с различным распределением силы света, и он является базовым для калибровки эталонных ламп светового потока, которые обеспечивают эталонное значение для других процедур испытаний. Еще одним отличием гониофотометрии от фотометрии сфер является возможность измерения парциального светового потока и угла половинной интенсивности. Эти значения необходимо определять при измерении характеристик, связанных с энергоэффективностью и соответствием спецификациям Zhaga.

Этот метод лучше всего описывает воображаемая сфера, окружающая светодиод. Детектор с косинусной коррекцией движется по поверхности сферы по заданным траекториям на расстоянии r (радиус сферы). Детектор используется для определения освещенности E , возникающей в результате парциального лучистого потока d Φ, падающего на площадь детектора dA , в зависимости от θ и φ.

Для определения полной мощности излучения детектор постепенно перемещается на угол θ. Для каждого угла θ проводят несколько измерений, при этом угол φ изменяется от 0° до 360°. Сканируются отдельные зоны, соответствующие постоянному градусу широты сферы. Тогда общая мощность излучения Φ равна

В качестве альтернативы вместо перемещения детектора, что может потребовать значительного механического усилия, можно использовать стационарный детектор, при этом светодиод сканируется вокруг его кончика. Однако для модулей и светильников с конвекционным охлаждением это может не применяться, и может быть указана поправка на положение светильника.

РИС. 5. Вращающаяся 1-метровая сфера. Позиционно-чувствительные источники света можно измерять в их расчетном рабочем положении.

На рис. 6 показана установка для такого типа светодиодного гониофотометра. Угол φ регулируется поворотом светодиода вокруг его механической оси, а угол θ — поворотом вокруг его кончика. Детектор устанавливается на оптической направляющей, что позволяет проводить измерения на различных расстояниях.

РИС. 6. Гониоспектрорадиометр с компактным светозащитным корпусом. Вместо детектора перемещается светодиод. Угол φ регулируется поворотом светодиода вокруг его механической оси, а угол θ — поворотом вокруг его кончика.

Большие расстояния необходимы для распределения силы света, чтобы соответствовать условиям дальней зоны. Для измерения полного потока гониометром больших расстояний не требуется. При условии, что детектор имеет хорошую косинусную характеристику, энергетическая освещенность может быть точно измерена под любым углом. Излучение — это не свойство лампы, а свет, падающий на поверхность. Путем измерения освещенности в достаточном количестве точек вокруг виртуальной сферы, окружающей лампу, общий поток можно получить путем интегрирования. При условии отсутствия взаимодействия между источником и детектором размер источника может быть почти равен размеру виртуальной сферы.

Эффективность и эффективность

Если известна общая оптическая мощность, излучаемая светодиодом, модулем или светильником, то ее можно объединить с электрической мощностью P [Вт или ватт], подаваемой на устройство, чтобы получить эффективность:

Эффективность равна безразмерные (единицы в числителе и знаменателе сокращаются) и зависящие от условий измерения. Эффективность драйвера может быть включена или исключена, а для практических применений может потребоваться понижение номинальных значений температуры до рабочих условий.

Световая отдача рассчитывается аналогичным образом, но с использованием общего светового потока:

Световая отдача выражается в единицах лм/Вт. Как и эффективность, значения световой эффективности зависят от условий измерения и могут включать или исключать эффективность драйвера и температурные эффекты.

ПОДТВЕРЖДЕНИЕ

Этот текст взят из Handbook of LED and SSL Metrology , который будет опубликован компанией Instrument Systems в конце 2016 года. Ссылки на рисунки были изменены по сравнению с оригиналом для ясности.

ГЮНТЕР ЛЕШХОРН — руководитель отдела управления продуктами компании Instrument Systems (instrumentsystems.com). РИЧАРД ЯНГ недавно ушел с поста главного научного сотрудника и сейчас работает консультантом в Instrument Systems.

Объяснение измерений освещенности | 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 примерах из жизни, выделив наиболее важные формулы, используя информационные изображения, графики и таблицы, а также сделали несколько калькуляторов для упрощения расчетов. 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 оглавление со ссылками на темы, затронутые в этой статье для облегчения навигации:

1. ЛЮМЕНЫ И КАНДЕЛЫ (световой поток, сила света)
2. ОСВЕЩЕНИЕ, ОСВЕЩЕНИЕ, ЛЮКС И ФУТ-СВЕЧИ
3. КАК ИЗМЕРИТЬ ОСВЕЩЕНИЕ?
   1. Люксметры
   2. Приложения экспонометра
4. ЛЮМЕН И МОЩНОСТЬ
   1. Калькулятор световой отдачи
   2. Калькулятор люменов в ватты

   Калькулятор

   3. ватт в люмен
   4. Таблица люменов

ЛЮМЕНЫ И КАНДЕЛЫ

Что такое люмен?

Световой поток или сила света измеряет общее количество света, излучаемого источником света за определенный период времени. Проще говоря, световой поток говорит о том, сколько света излучает лампа во всех направлениях в секунду, световой поток выражается в единицах, называемых люмен (лм) . Световой поток измеряет только свет, излучаемый в видимом диапазоне длин волн для человеческого глаза примерно от 400 до 750 нм.

Определение люмена – люмен (лм) – единица измерения светового потока или световой мощности. Один люмен равен количеству света, излучаемому источником света (излучающего одинаковое 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 может быть найден в специальных каталогах лампочек) и используется как объективное измерение светоотдачи источника света для Лучше сравните различные типы лампочек. Однако, поскольку люмены измеряются на определенном расстоянии во всех направлениях от источника света, это не лучшее измерение для описания того, насколько ярким будет свет в определенной области. Чтобы описать это, используется термин, называемый освещенностью, и единицы, называемые люксами или фут-канделябрами.

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) , что 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, создающих сфокусированный пучок света, таких как прожекторы, фонарики и лазерные указки.

Определение канделы – кандела (cd) – единица измерения силы света в системе СИ. Кандела заменила старую единицу, которая использовалась для выражения силы света — силы свечи. Одна обычная свеча излучает примерно 1 канделу силы света, поэтому в старые времена канделу также 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, который излучает монохроматическое излучение с частотой 540 x 1012 герц и имеет силу излучения в этом направлении 1/683 ватта на стерадиан.
Из http://physics.nist.gov/cuu/Units/current.html

Объяснение

Напомним, световой поток измеряет количество общего видимого света, излучаемого источником света, единицей измерения светового потока является люмен (лм) . Сила света измеряет, сколько света излучается источником света в одном направлении, единицей силы света является кандела (кд) . Таким образом, если вам нужна лампочка, излучающая свет во всех направлениях 90 170 (например, потолочный светильник в доме), 90 171 посмотрите на люмены при сравнении различных ламп, однако, если вам нужен свет, который может сфокусировать максимальное количество яркости в меньший луч, такой как прожектор или фонарик, посмотрите на канделы при сравнении таких источников света. Помимо этих двух, освещенность также является важным показателем, измеряющим количество света, падающего на данную поверхность 9.0170 (измеряется в люксах или фут-канделях) , но позже с этим.

Классический пример объяснения люменов и кандел: Представьте, что вы помещаете прозрачную сферу радиусом 1 метр над свечой. Свеча производит свет силой в 1 канделу и излучает свет равномерно во всех направлениях. Если вы прорежете в сфере отверстие площадью 1 квадратный метр, из этого отверстия выйдет 1 люмен света. Это дает уравнение:

1lm = 1cd * sr

где:

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

Таким образом, в этом случае:

1 лм = 1 кд * 1

1 люмен = 1 кандела; источник света с силой света 1 кандела производит 1 люмен светового потока 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=12,56ср

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

1 лм = 1кд * 12,57ср
пм= 12,57 ; источник света силой 1 кандела производит 12,57 люмен светового потока в сфере радиусом 1 метр (или площадью поверхности 12,57 м²).

То же уравнение можно преобразовать для расчета кандел:

1кд = 1лм/ср

Давайте посмотрим на новый пример, у нас есть лампочка, которая излучает 700 люмен света равномерно во всех направлениях, с одной и той же прозрачной сферой радиусом 1 м над лампочкой.

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

1лм/ср = 1кд
700лм/12,57ср ≈ 56 кд

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

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

Чтобы еще лучше проиллюстрировать разницу между световым потоком (люмен) и силой света (кандел) , представьте себе лампочку, которая производит 1 канделу или 12,57 люмен, если вы закроете одну сторону лампы, она будет по-прежнему дают ту же силу света в 1 канделу, но вдвое меньший световой поток – 6,28лм. Это связано с тем, что кандела измеряет силу света, насколько ярким будет свет в определенном направлении, поэтому в этом случае закрытие половины колбы не повлияет на интенсивность света (если измеряется на открытой части колбы) . Но поскольку люмены измеряют общее количество видимого света от источника, покрытие половины колбы уменьшит общее количество видимого света вдвое.

Вот почему вам следует сравнивать канделы при покупке прожектора или фонарика с концентрированным световым пучком и люменами (или люкс) при покупке внутреннего освещения, такого как потолочные светильники или наружное заливающее освещение.

Эти предыдущие расчеты 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.

Люмены, канделы, углы обзора

В том же уравнении 1cd = 1lm/sr sr указывает угол обзора (также называемый углом вершины) , через который излучается свет при расчете 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 излучают свет в под определенным углом точечные светильники освещают под более узким углом, чтобы обеспечить более сфокусированный луч, а прожекторы освещают под более широким углом, чтобы покрыть большую площадь поверхности.

Глядя на то же уравнение 1кд = 1лм/ср , мы можем заключить, что, увеличивая силу света (кандел) , мы должны уменьшить угол обзора (стерадиан) для получения того же светового потока ( люмен) .

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

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

Итак, как мы можем определить этот угол вершины светового луча?
В основном угол при вершине представляет собой угол между осью источника света, дающего наибольшую силу света, и осью, где сила света уменьшается до 50%. Формула для расчета телесного угла (Ом) в стерадианах (ср) :

Ом = 2π(1−cos(α/2))

, где α – угол при вершине, измеренный в градусах.

Итак, например, если вы хотите рассчитать телесный угол (Ом) в стерадианах (ср) для расчета люменов или кандел пути света, скажем, 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
Ω ≈ 0,38sr

Теперь, если мы хотим рассчитать световой поток источника света с интенсивностью 1 кандела и углом обзора 40° , мы можем вставить ранее вычисленный телесный угол Ω ≈ 0,38 ср в основном уравнении:

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

Полное уравнение для расчета светового потока (люмен) источника света , если мы знаем силу света (кандел) и угол при вершине (стерадиан) равен:

 Φ=I2π(1−cos(α/2))

люмен = кандела*2π*(1-cos(угол вершины/2))

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

Для расчета силы света (кандел) , если световой поток (люмен) и угол при вершине (стерадиан) известны, 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 производит 3cd силы света при 40° угла вершины , и мы хотим рассчитать люмены для этой лампы. Мы можем использовать предыдущее уравнение:

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

Если увеличить угол обзора от 40° на 70° и оставить силу света на уровне 3cd , общий световой поток должен увеличиться:

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

Таким образом, если мы увеличим угол при вершине лампы, сохраняя силу света неизменной, световой поток также увеличится.

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

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

Что и происходит, 3,39лм> 1,69лм.

Сводка люменов и кандел

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

Канделы в основном используются для описания яркости осветительных приборов, которые производят сфокусированный пучок света под более узким углом в одном направлении, таких как лазерная указка, фонарик и прожектор. Люмены используются для сравнения ламп или осветительных приборов, которые освещают под широким углом и должны излучать 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 света, тем выше интенсивность света.

ОСВЕЩЕНИЕ, ЯРКОСТЬ, ЛЮКС, ФУТ-СВЕЧА

Освещенность

Освещенность — это количество света или светового потока, падающего на поверхность. Освещенность измеряется в люксах 90 170 (люмен на квадратный метр) 90 171 или в фут-канделях 90 170 (люмен на квадратный фут) 90 171 с использованием американских и британских метрик. Освещенность не зависит от типа поверхности, которую он освещает, и зависит только от количества света, падающего на эту поверхность, поэтому она будет одинаковой при освещении стены, земли, пола, дерева или любого другого объекта. Освещенность (в отличие от люменов и других показателей освещения) можно легко измерить с помощью простого устройства, называемого экспонометром, или даже с помощью смартфона, на котором установлено специальное приложение.

Люкс

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

 1 лк = 1 лм/м²

или

 1лк = 1кд * ср/м²

, потому что 1 лм = 1 кд * ср

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

Фут-кандел

В имперской и американской системах измерения вместо люкса используется термин фут-кандел (fc) . Фут-свеча также измеряет количество света, падающего на поверхность, но вместо люмен на квадратный метр используется для измерения люкс , люмен на квадратный фут используется для измерения фут-кандела . Одна фут-свеча равна ок. 10,764 лк. Фут-свечи рассчитываются по формуле:

 1fc = 1лм/фут².

Объяснение

Освещенность можно легко рассчитать, если известны световой поток (люмен) на выходе источника света и площадь освещаемой поверхности. Например, концентрированный пучок света со световым потоком 400 люмен  освещает 1 квадратный метр большую площадь с освещенностью 400 люкс:

лк = 400 лм / 1 м²
лк = 400

9 9 свет падает в два раза с 1 квадратного метра на 2 квадратных метра и оставляет световой поток равным 400 люмен , освещенность на этой площади уменьшится в два раза :

лк = 400лм / 2м²
лк = 200

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

Освещение полезно при выборе соответствующих лампочек или осветительных приборов для определенных помещений, таких как спальня, гостиная, офис, магазин, театр, сцена 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. Единицей измерения яркости является кандела на квадратный метр – кд/м² .

В основном яркость используется для расчета мощности света, излучаемого данной поверхностью при определенном угле обзора и воспринимаемого человеческим глазом, или, другими словами, насколько яркой будет выглядеть данная поверхность для человеческого глаза. На самом деле яркость — это единственная форма света, которую мы можем видеть. Яркость используется, например, при создании дорожных знаков и дорожного освещения.

КАК ИЗМЕРИТЬ ОСВЕЩЕНИЕ?

Измерение люменов

Многие думают, что люмены для лампочки или светильника можно легко измерить с помощью дешевого люксметра или даже мобильного приложения, но на самом деле для этого требуется специальное устройство под названием , интегрирующая сфера , подключенная к спектрометру и компьютер, на котором должно быть установлено специальное программное обеспечение, которое может отображать несколько показателей, таких как световой поток или люмены, световая эффективность, распределение светового спектра, цветовая температура и другие характеристики освещения. Так что на самом деле люменометр — это не маленькое портативное устройство, которое можно купить за пару долларов, а скорее лаборатория для измерения люменов и других показателей лампочек.

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

Люксметры

Существуют также другие типы измерителей для измерения различных показателей освещенности:

• люксметр для измерения освещенности (люкс или фут-канделы) ;
• Интенсометр для измерения силы света (кандел) ;
• яркомер для измерения освещенности.

Люксметры наиболее распространены и используются для измерения освещенности или количества света, падающего на поверхность. Люксметр используется для измерения количества света при фото- и видеосъемке, в частных домах и многих общественных местах, таких как офисы, магазины, библиотеки, музеи и другие места, чтобы определить, имеет ли помещение достаточный уровень освещенности либо для безопасного условия труда сотрудников (в офисах) или просто в целях оформления (в художественных галереях), а также для определения видимости на открытых площадках, например, при выборе соответствующего уличного освещения.

Люксметр часто называют просто люксметром из-за его популярности среди других приборов для измерения освещенности. На рынке доступен широкий спектр люксметров в зависимости от их цены, функциональности и точности, от пары долларов до нескольких сотен долларов за более продвинутые измерители. Существует даже множество приложений для измерения освещенности (бесплатных и платных) , доступных на устройствах iOS и Android, которые могут измерять освещенность, и некоторые из этих приложений на самом деле довольно приличны для основных задач измерения освещенности.

Приложения для измерения освещенности

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

Приложения для измерения освещенности iOS:

1. Карманный измеритель освещенности (от студии Nuwaste) ;
2. myLightMeter Free (Дэвид Куилс).

Приложения для измерения освещенности для Android:

1. LightMeter Free (от Дэвида Квилса) ;
2. Экспонометр (Борче Трайковски) ;
3. Экспонометр beeCam (производство FM. Bee Corp.).

ЛЮМЕНЫ И МОЩНОСТЬ

Измерение, описывающее соотношение между люменами и ваттами, составляет световая отдача . Световая отдача — это отношение между световым потоком и электрической мощностью источника света. Она измеряет, насколько эффективно источник света преобразует электрическую мощность в видимый свет. Единица световой отдачи лм/Вт (люмен на ватт) .

Калькулятор световой отдачи

Световую отдачу можно легко рассчитать с помощью уравнения:

 световая отдача (лм/Вт) = световой поток (лм) / мощность в ваттах (Вт)

So, for example, luminous efficacy of a 10 watt light bulb that produces 600 lumens would be 60 lm/W :

600lm / 10W = 60 lm/W

Lumens to watts калькулятор преобразования

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

ваттность = люмены / люмены на ватт-час.

600 лм / 60 лм/Вт = 10 Вт

мы можем рассчитать, что лампочка будет потреблять 10 Вт электроэнергии, чтобы производить 600 люмен света.

Калькулятор преобразования ватт в люмены

Аналогичным образом мы можем рассчитать световой поток (люмен) лампочки, если мы знаем мощность и световая отдача лампочки, путем преобразования той же формулы:

люмен = мощность * люмен на ватт-час

10 Вт * 60 лм/Вт = 600 лм

Сравнение люменов

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