Måleudstyr

Laboratorieudstyr

Der findes mange forskellige typer laboratorieudstyr til måling af lys. Blandt andet findes instrumenter, som kan punktmåle på samme måde som de håndholdte, men med større nøjagtighed.

Generelt er man ikke så ofte interesseret i punktmålinger, men derimod i en kvantificering af hele lysudsendelsen i alle retninger, dvs. den samlede lysmængde og eventuelt også farveegenskaberne (spektralfordeling, farvetemperatur, farvegengivelse) fra en lyskilde. Dette kan måles i en integrerende målekugle, også kaldet en fotometerkugle.

Hvis man vil måle lysmængden, lysfordelingen eventuelt også farveegenskaberne som funktion af retningen, har man brug for et mekanisk arrangement, der gør, at man kan måle hele vejen rundt om et objekt, f.eks. en lyskilde. I praksis er man nødt til at vælge et antal målepunkter fordelt i et passende antal målevinkler og lodrette måleplaner. Et arrangement som dette kaldes et goniometer.

Lyskildens interne varmefordeling og egen evne til at afgive varme afhænger i de fleste tilfælde af orienteringen, og lysudbyttet er som oftest temperaturafhængigt. Derfor skal lyskilden i målesituationen monteres, så den vender sådan, som den skal fungere i brugssituationen. Desuden skal temperaturen omkring måleobjektet holdes konstant (konventionen siger på 25 °C) under hele målingen.

Lyskilden skal desuden være "indbrændt", det vil sige skal være indkørt driftsmæssigt, så en stabil lysudsendelse er opnået. Indbrændingstiden for en glødelampe er 1 time, og for lysstofrør og kompaktlysrørdamplamper samt LED minimum 100 timer.

Instrumenternes indretning er specialiseret efter opgaven, og særligt måleobjektets størrelse. I det følgende nævnes to hovedtyper, integrerende målekugle og spejlgoniometer, men der findes flere varianter, som alle er forskellige mekaniske arrangementer, der hver især kan bestykkes til at måle lysstrøm eller spektralfordeling.

Integrerende målekugle
Lysstrømmen fra en (lille) lyskilde måles normalt i en integrerende målekugle også kaldet en Ulbrecht Sphere, et sfærisk fotometer og på engelsk "integrating sphere".

En målekugle kan anvendes til at måle total lysstrøm i lumen og eventuelt også en lyskildes gennemsnitlige farvetemperatur og farvegengivelse. Lyskilden eller armaturet monteres i centrum af kuglen. Kuglens inderside er bemalet, så den har en stærkt reflekterende, diffus, hvid overflade, således at lysstrømmen fordeles jævnt på hele kuglens inderside, og reflekteres mange gange.

Kuglen er forsynet med små åbninger eller porte, hvor måleudstyret kan indsættes. Kuglen kan bestykkes med sensorer, som kan måle enten lysstrøm, spektralfordeling eller begge dele på én gang. Idéen er, at udlæsningen fra en enkelt sensor kan bruges til at beregne det totale lysstrøm, hvis lyset er helt jævnt fordelt.

Kalibreringen foregår ved at måle på en kendt lyskilde med et kendt lysstrøm. Hvis målekuglen skal anvendes til farvetemperaturmålinger, må den kalibreres med en lyskilde med kendt spektralfordeling.

Den integrerende målekugle har følgende begrænsninger:

  • Den kan kun måle den totale lysstrøm og eventuelt gennemsnitlige farvetemperatur, så man får ingen information om lyskildens eller armaturets lysfordeling.
  • Lyskildens eller armaturets udstrækning skal være "lille" i forhold til kuglens egen størrelse. Dette kræves for at begrænse absorptionen af lys i lyskildens eller armaturets egne overflader, som i princippet forstyrrer målingen. Mange lyskilder er tilnærmelsesvis punktformige, såsom halogenpærer og LED, så de er lette at måle i en målekugle. Også relativt små armaturer kan måles på denne måde.

De største målekugler er omkring 3 m i diameter - de mindste ca. en halv meter.

 

bmv-20-20-10-lmt-målekugle-high.jpg 

En integrerende målekugle med en diameter på ca. 1½ m. Foto: LMT.

 

Spejlgoniometer
Når objektet er stort, skal måleafstanden også være stor. Et armatur, som f.eks. er 1,2 meter langt, skal helst måles på minimum 12-15 meters afstand, og ville kræve en målekugle så stor som Marmorkirkens kuppel.

Et spejlgoniometer (eller drejespejlsgoniometer) løser dette ved at anbringe en fast målecelle i lang afstand fra objektet. Ved dels at dreje objektet om sin egen lodrette akse og dels at føre et stort spejlarrangement rundt om armaturet, kan lyset i de forskellige planer og vinkler bringes til at ramme målecellen.

Spejlgoniometeret er i stand til at måle belysningsstyrken og eventuelt og spektralfordelingen fra hver del af en lyskilde eller armatur. Der er tre hovedkomponenter i instrumentet:

  • et roterende ophæng, hvorpå armaturet eller lyskilden placeres
  • en lang arm med et spejl, der roterer omkring armaturet
  • en lyssensor, der måler lyset, der reflekteres af spejlet


Lyskilden eller armaturet anbringes i midten af ​​goniometeret, og sidder på det roterende ophæng. Det roterende ophæng kan justeres op og ned for at sikre, at lyskilden er i centrum af goniometeret. Når lyskilden er placeret på denne måde, er spejlet for enden af ​​den roterende arm anbragt således, at det reflekterer lyset fra lyskilden direkte til en fastmonteret lyssensor i god afstand fra opstillingen, f.eks. 20-25 meter. Hele goniometerarrangementet samt målecellen må anbringes i et helt lysdødt rum, hvilket i praksis vil sige et helt sortmalet rum eller et rum beklædt med sort tekstil.

Armen med spejlet roterer fra bund til top i et lodret plan omkring lyskilden, og stopper f.eks. for hver anden grad, så lysmåleren kan foretage en måling. Denne proces gentages i forskellige lodrette planer, indtil lyskildens samlede lysudsendelse er kortlagt. En komplet test tager alt fra ti minutter til to timer, afhængigt af detaljeringsgraden.

 

bmv-20-20-20-lmt-spejlgoniometer-high.jpg 
Spejlgoniometer med stort, ovalt spejl (vist som blåt), goniometerarm med armatur monteret og apparaturrack. Foto: LMT.

 

For at minimere måletiden fastsættes antallet af punkter og vinkler oftest fra gang til gang. Hvis der f.eks. er tale om et 100 % nedadlysende armatur, er der ikke nogen grund til at lægge en masse målepunkter i øverste halvsfære. Og hvis målingen foretages på en omdrejningssymmetrisk lyskilde, kan man med fordel bare måle i to lodrette planer. I praksis er det lysstyrken (i candela) eller lysstrømmen pr. rumvinkel, der måles.

Den samlede lysstrøm kan beregnes ud fra denne samling af resultater, og jo flere målepunkter, desto større nøjagtighed. Laboratoriemålinger er, selvom udstyret er kalibreret, behæftet men nogen unøjagtighed i størrelsesordenen +/- 2-3 %. I teorien beregnes den samlede lysstrøm ud fra formlen:

 Formel-bmv-20-10.png

hvor Φ er lysstrømmen, I er lysstyrken i en given retning med rumvinklen ω som integreres over hele kuglens rumvinkel.

I praksis udregnes lysstrømmen efter

 Formel-bmv-20-20.png

hvor Φ er den tilnærmede lysstrøm, I er lysstyrken i retningen n med den tilsvarende rumvinkel ωn, som opsummeres for alle målte retninger.

Den samlede lysstrøm anvendes i projekteringssammenhænge, hvor man beregner den nødvendige lysstrøm for at opnå en bestemt belysningsstyrke. Valg af lyskilde og armatur sker derfor bl.a. ud fra deres samlede lysstrøm.

Et spejlgoniometer er et meget stort, kompliceret og dyrt stykke udstyr, som kun findes nogle få eksemplarer i Danmark.

 

bmv-20-20-30-lmt-spejlgoniometer-lysende-armatur-high.jpg

Spejlgoniometer og lysende armatur i et sort rum. Fotocellen befinder ca. i ca. 20 meters afstand for enden af en lysdød tunnel bag blændearrangementet på væggen til venstre. Foto: LMT.

 

Resultatet af en spejlgoniometermåling kan præsenteres i en lysmålingsrapport, som bl.a. indeholder information om:

  • lyskilden eller armaturet, symmetriforhold og effektforbrug
  • antallet af målevinkler og -planer
  • måleresultater i tabelform
  • måleresultater visualiseret i form af f.eks. ISO-luxdiagrammer eller polære afbildninger. I den polære afbildning plottes de målte lysstyrker (cd) pr. 1000 lumen i et rundt diagram, hvor lyskilden er i centrum. Der kan være flere lodrette måleplaner lagt ind over hinanden i diagrammet, men med forskellige linjetyper. Dette er en fordel, når lyskilden eller armaturet ikke har en omdrejningssymmetrisk lysudsendelse.
  • andel af lys i øverste og nederste hemisfære
  • armaturvirkningsgrad


Til brug for lysberegninger (lyssimuleringer) ved hjælp af software udlæses lysmålingsresultatet også i lysmålingsfiler. Filerne er tekstfiler, hvor data er organiseret på en standardiseret måde, som gør det muligt at indlæse lysfordelingsdata i forskellige typer software, såsom Dialux, Relux og FABA Light. Der anvendes to forskellige filformater: Eulumdat-formatet (filnavne slutter på .ldt), som primært bruges i Nordeuropa, og IES-formatet (filnavne slutter på .ies), der er den amerikanske pendant, og bruges i resten af verden.

 

Relaterede emner: