Luxmeter der Firma Sonel – Messungen der LED-Beleuchtungsstärke
Die geltenden Normen geben keine klaren Anforderungen für die Messung von LED-Lichtquellen vor. Man sollte jedoch berücksichtigen, dass die Ergebnisse umso mehr von den spektralen Eigenschaften der zu messenden Strahlung abhängen, je größer der Unterschied zwischen der Empfindlichkeitskurve des photometrischen Kopfes des Luxmeters und der erforderlichen Kurve ist. Aufgrund ihrer Parameter schneiden die Luxmeter der A- und B-Klasse von Sonel bei der Messung der LED-Lichtintensität sehr gut ab.
Fig. 1. Measuring instruments offered by Sonel can be used for LED illuminance measurements.
Bei unzureichender oder fehlender natürlicher Beleuchtung muss für künstliche Beleuchtung gesorgt werden. Daher besteht die Notwendigkeit, die Beleuchtungsstärkeparameter mit einem Luxmeter zu überprüfen. Die Notwendigkeit solcher Messungen ergibt sich nicht nur aus den Bedürfnissen der Beleuchtungshersteller oder Planer, sondern ist eine Auswirkung der gesetzlichen Vorschriften. Die Verordnung des Ministers für Arbeit und Sozialpolitik über allgemeine Vorschriften zur Sicherheit und Hygiene am Arbeitsplatz [1] verpflichtet die Arbeitgeber zur Durchführung von Messungen und Beurteilungen der Parameter der Beleuchtungsqualität in der Arbeitsumgebung. Im Zusammenhang damit ist der Arbeitgeber verpflichtet, die elektrische Beleuchtung am Arbeitsplatz gemäß den Anforderungen der Polnischen Normen [2] bereitzustellen.
Kalibrierung des Luxmeters
Die grundsätzliche zu beurteilende Größe ist die Lichtstärke der elektrischen Beleuchtung, die mit einem in Lux geeichten Luxmeter, gemessen wird. Es wird empfohlen, das Luxmeter in einem akkreditierten Labor zu kalibrieren, dessen Qualität durch das Polnische Akkreditierungszentrum bestätigt wurde, wo die Kalibrierung in Übereinstimmung mit den Anforderungen der Norm ISO/IEC 17025:2005 [3] durchgeführt wird. Die Garantie für die Richtigkeit der Messgerätanzeigen wird durch ein Kalibrierungszertifikat mit der angegebenen Messunsicherheit bestätigt. Darüber hinaus müssen die Luxmeter den Anforderungen folgender Veröffentlichungen erfüllen: CIE 69-1987 [4], PN 83/E-04040 [5], PN 84/E-02033 [6], PN 90/E-01005 [7]. Für die Kalibrierung von Luxmetern werden Glühlampen mit der Farbtemperatur von Tc = 2856 K verwendet.
Abb. 2. Luxmeter LXP-2 der Firma Sonel
Abb. 3. Relative spektrale Verteilungen der abgestrahlten Leistung typischer LEDs.
Photometrische Korrektur des Prüfkopfes
Einer der wichtigsten Teile beim Einstellen eines Luxmeters ist die spektrale und räumliche photometrische Korrektur des Prüfkopfes. Das Gerät sollte sich durch eine spektrale Empfindlichkeit auszeichnen, die der eines standardmäßigen kolorimetrischen Beobachters mit einer relativen Augenempfindlichkeit von V(λ) entspricht, und der Wert des Ausgangssignals des Messgeräts sollte sich mit der Kosinus-Funktion des Einfallswinkels der Strahlung auf seine Messebene verändern. Der Messkopf besteht aus einem fotoelektrischen Siliziumdetektor (Luxmeter von Sonel). Die spektrale Empfindlichkeit dieser Detektoren weicht von der geforderten spektralen Empfindlichkeit eines Luxmeters ab, die von der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) bearbeitet wurde. Daher werden Spektralkorrekturfilter und Streuelemente verwendet, um sicherzustellen, dass seine Messwerte dem Kosinus des Lichteinfallswinkels entsprechen.
Messgenauigkeit
Ein weiterer wichtiger Parameter der Luxmeter ist der Wert des spektralen Korrekturfehlers f1’ (ein Maß für die Fehlanpassung zwischen der Empfindlichkeit des Luxmeters und der V(λ) -Kurve) und der Wert des f1 Fehlers, der sich aus Unterschieden in der spektralen Verteilung der gemessenen und der Kalibrierungsquellen ergibt.
Hinsichtlich der Genauigkeit werden die Luxmeter in vier Klassen eingeteilt. Die höchste Genauigkeit (Klasse L) - Fehler f1’ von nicht mehr als 1,5 % - bieten Laborbeleuchtungsstärkemessgeräte. Geräte, bei denen f1’ in den Bereich 1,5 %<f1’<3 % fällt, sind hochwertige Luxmeter der Klasse (Sonel LXP-10A). Luxmeter mittlerer Qualität mit einem Fehlerbereich von 3 %<f1’<6 %, gehören der Klasse B (Sonel LXP-10B, LXP-2) von Geräten an. Dagegen gelten Messgeräte, bei denen f1’ 6 % überschreitet, aber 9 % unterschreitet (Klasse C), als minderwertige Luxmeter.
Abb. 4. Luxmeter LXP-10 der Firma Sonel
LED-Beleuchtungsstärkemessungen
Im Zusammenhang mit der dynamischen Entwicklung der Beleuchtungstechnik werden aktuell Glühlampen aufgrund ihrer geringen Lichtausbeute durch effizientere LEDs ersetzt. Die Grundlage des Funktionsprinzips der LEDs stellt das Phänomen der Elektrolumineszenz im Festkörper dar. Zu den Hauptvorteilen von Leuchtdioden gehören: geringer Stromverbrauch, niedriger Wert der Versorgungsspannung, hoher Wirkungsgrad, geringe Abmessungen, lange Lebensdauer und hoher Leuchtdichtewert. Aufgrund der anderen Lichterzeugungsmechanismen bei den LEDs waren Zweifel bei der Durchführung von Messungen ihrer Intensität mit verschiedenen Arten von Luxmetern aufgekommen.
Im polnischen Recht gibt es keine klar definierten Normen, die die Messung von LED-Beleuchtung festlegen würden. Lediglich ein Bericht der Internationalen Beleuchtungskommission aus dem Jahr 2007 gibt Empfehlungen für die Prüfung von LED-Beleuchtung nach weißem und farbigem abgestrahltem Licht [8]. Die spektralen Verteilungen der emittierten LED-Strahlung unterscheiden sich von denen, bei denen die Luxmeter-Kalibrierung durchgeführt wurde (Abb. 3.). Die Internationale Beleuchtungskommission (CIE) hat diese Differenz als den Fehler f1 bezeichnet.
Fehler f1
The value of the f1 error resulting from the mismatch between the measured light source and the standard light used for luxmeter calibration depends on the degree of fit of photocell spectral sensitivity to V(λ), as well as spectral distributions of measured radiant power. Thus, to obtain the correct value of illuminance measurement Er, luxmeter indications EZ should be multiplied by correction factors k (1):
Der Wert des Fehlers f1, der aus einer Fehlanpassung zwischen der zu messenden Lichtquelle und dem Licht, bei dem das Luxmeter kalibriert wurde, resultiert, hängt vom Grad der Übereinstimmung zwischen der spektralen Empfindlichkeit der Photovoltaikzelle und der V(λ)-Kurve sowie von der Art der spektralen Verteilung der gemessenen Strahlung ab. Um den richtigen Wert der Beleuchtungsstärkemessung Er, zu erhalten, müssen daher die angezeigten Messwerte des Luxmeter EZ mit den Korrekturfaktoren k (1) multipliziert werden:
Auf Grund der Forschungen von I. Fryc, P. Tabaka [9] wurden die Korrekturfaktoren für die LED-Lichtquelle für dreizehn auf dem Markt verfügbare Luxmeter ermittelt. Sie nehmen die Werte von 1 bis 0,78 je nach dem verwendeten Luxmeter an.
Messungen der LED-Beleuchtungsstärke mit Luxmetern von Sonel
Sonel offers light meters from both A and B classes. The higher the meter class, the lower the illuminance values which can be measured. When choosing an illuminance meter, the conditions of use and parameters to be measured should be taken into consideration. If white light emitted by LEDs is to be measured, CIE recommendations should be taken into account, namely a luxmeter with the f1’ parameter representing the mismatch value between luxmeter sensitivity and the V(λ) curve not exceeding 3%, should be used. Sonel LXP-10A Class A light meter meets this requirement. Thus, it is very well suited to measure light emitted by white LEDs. However, for LXP-10B and LXP-2 Class B light meters with the declared value of f1’ < 6%, the value of f1 representing the differences in the spectral distribution of the measured and standard sources should also be taken into account. Since for luxmeters of classes A and B, the correction factors k (1) are close to 1 (k ~ 1), they therefore have no significant effect on the measured value of illuminance.
Die Firma Sonel bietet Beleuchtungsstärkemessgeräte der Klassen A und B an. Je höher die Klasse des Messgeräts ist, desto niedriger ist der Wert der Beleuchtungsstärke, der überhaupt gemessen werden kann. Bei der Auswahl eines Messgeräts für Beleuchtungsstärkemessungen sollte man bedenken, auf welche Art und Weise es eingesetzt werden soll und welche Größen damit gemessen werden sollen. Wenn weißes LED-Licht gemessen werden soll, sollten die Empfehlungen des CIE-Komitees berücksichtigt werden, das empfiehlt, ein Luxmeter mit einem f1’, das ein Maß für die Fehlanpassung zwischen der Luxmeter-Empfindlichkeit und der V(λ)-Kurve ist, von nicht mehr als 3 % zu verwenden. Das Luxmeter Sonel LXP-10A der Klasse A erfüllt diese Bedingung. Es eignet sich daher sehr gut für die Messung der Beleuchtungsstärke von weißleuchtenden LEDs. Bei den Luxmetern LXP-10B und LXP-2 der Klasse B hingegen mit dem erklärten Wert des spektralen Korrekturfehlers von f1’ < 6 % sollte der Wert des Fehlers f1 berücksichtigt werden, der sich aus Unterschieden in der spektralen Verteilung der gemessenen Quelle und der Kalibrierungsquelle ergibt. Da für Luxmeter der Klassen A und B die Korrekturfaktoren k (1) Werte von annähernd 1 annehmen (k ~ 1), haben sie keinen signifikanten Einfluss auf den gemessenen Wert der Beleuchtungsstärke.
Abb. 5. Luxmeter LXP-10 der Firma Sonel - Messung.
Zusammenfassung
Die Luxmeter der Klasse A und B von Sonel ermöglichen vollkommen korrekte LED-Beleuchtungsstärkemessungen. Man sollte jedoch beachten, dass das für die Messungen verwendete Messgerät über ein aktuelles Kalibrierungszertifikat verfügen sollte, das die Leistungsfähigkeit des Geräts und die Einhaltung der angegebenen Spektral- und Basisunsicherheiten nachweist. Je kleiner die Unsicherheit und Gesamtunsicherheit der spektralen Fehlanpassung sind, desto besser stimmt das Messergebnis mit dem wahren Wert überein.
Literatur:
[1] Verordnung des Ministers für Arbeit und Sozialpolitik vom 26. September 1997 über allgemeine Vorschriften zur Sicherheit und Hygiene am Arbeitsplatz (GBl. der RP von 1997 Nr. 129 Pos. 844),
[2] DIN EN 12464-1:2012 Licht und Beleuchtung. Beleuchtung von Arbeitsstätten. Teil 1: Beleuchtung von Arbeitsstätten für Innenräume.
[3] ISO/IEC 17025:2005 Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien.
[4] CIE 69-1987 Methods of characterizing illuminance.
[5] PN 83/E-04040 Photometrische und radiometrische Messungen - Messungen der Beleuchtungsstärke.
[6] PN-84/E-02033 Innenbeleuchtung mit elektrischem Licht.
[7] PN 90/E - 01005 Beleuchtungstechnik. Terminologie.
[8] CIE-127:2007: Measurement of LEDs, Central Bureau of the CIE, Wien, Österreich, 2007.
[9] P. Tabaka, I. Fryc, „Einfluss von fehlender spektraler Anpassung der Luxmeter auf die Genauigkeit der Beleuchtungsstärkemessungen”, Wissenschaftliche Hefte der Abteilung für Elektrotechnik und Leittechnik der Technischen Hochschule von Gdańsk, Nr. 54, Verlag der Abteilung für Elektrotechnik und Leittechnik der Technischen Hochschule von Gdańsk, Gdańsk, 2017.
Author:
Dorota Kołakowska
Specialist metrologist at Sonel
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