Вимірювання світла від люмінесцентних ламп, LED і сонця

Два люксметри лежать поруч на одному столі під тією самою LED-панеллю. Один показує 480 лк, другий – 540. Прилади справні, і жоден із них не «бреше»: просто вони по-різному «бачать» світло.

Люксметр вимірює освітленість у люксах (лк) або фут-канделах (Fc), але його покази залежать не лише від «кількості» світла, а й від спектра джерела. Різні лампи та сонячне світло мають різний спектральний склад, і це впливає на точність вимірювання. Простіше кажучи, люксметр намагається «бачити» світло так, як його сприймає людське око. Якщо спектр джерела суттєво відрізняється від еталонного, з'являється похибка.

Одиниці вимірювання

Люкс – це освітленість поверхні: один люмен світлового потоку, що припадає на квадратний метр (1 лк = 1 лм/м²). Тобто люксметр міряє не «яскравість лампи», а те, скільки світла долітає до конкретної точки – стільниці, підлоги, робочого верстата. Одна й та сама лампа дасть 500 лк на столі й 50 лк у дальньому кутку.

Друга одиниця – фут-кандела, поширена в США: 1 Fc ≈ 10,76 лк. У більшості приладів ці одиниці перемикаються між собою однією кнопкою.

Як працює люксметр

Переважна більшість люксметрів мають фотодатчик зі світлофільтром, який наближено відтворює стандартну криву спектральної чутливості людського ока – V(λ), визначену Міжнародною комісією з освітлення. Око найчутливіше до зелено-жовтої ділянки спектра (близько 555 нм) і значно гірше сприймає глибокий синій та червоний.

Під час калібрування люксметра зазвичай використовують еталонне джерело світла з відомим спектром (найчастіше лампу розжарювання, близьку до стандарту Illuminant A). Тому при вимірюванні світла зі схожим безперервним спектром похибка мінімальна.

Вимірювання освітлення від різних джерел

Лампи розжарювання та галогенні лампи. Ці джерела мають безперервний спектр, близький до еталонного. Звичайний люксметр у такому випадку забезпечує найточніші результати. Додаткові поправочні коефіцієнти, як правило, не потрібні.

Люмінесцентні лампи денного світла. Їхній спектр складається з вузьких ліній випромінювання ртуті, накладених на широкі смуги люмінофорів. Через цю «нерівність» спектру покази звичайного люксметра можуть відрізнятися від реальної освітленості. Іноді для таких джерел застосовують поправочні коефіцієнти (зокрема, 0,9). Проте це значення не є універсальним: точна поправка залежить від моделі приладу та конкретного спектра лампи.

Біле (холодне) світло та LED. Світлодіодні джерела мають характерний спектр із вираженим синім піком і провалом у зоні бірюзового. Він суттєво відрізняється від спектра лампи розжарювання, тому саме на LED неспеціалізовані люксметри помиляються найбільше. У деяких випадках застосовують коефіцієнти більші за одиницю (зокрема, 1,1-1,15), якщо прилад «недооцінює» освітленість. Сучасні прилади з якісною спектральною корекцією часто забезпечують прийнятну точність без додаткових множників.

Сонячне світло. Сонячне світло має широкий безперервний спектр, проте він відрізняється від спектра лампи розжарювання за розподілом енергії. Для деяких приладів може застосовуватися поправка 0,8-0,9, але це орієнтовні значення. У якісних люксметрах похибка вимірювання сонячного світла зазвичай не перевищує кількох відсотків.

Звідки брати поправочний коефіцієнт

Найпоширеніша помилка – узяти коефіцієнт «з інтернету». Насправді він індивідуальний для кожної моделі приладу, бо залежить від того, наскільки саме її датчик відхиляється від кривої V(λ).

Правильних джерел коефіцієнта лише два:

інструкція до вашого люксметра (у деяких моделях є таблиця коефіцієнтів для різних типів ламп);
перемикач типу джерела просто на приладі (чимало люксметрів мають режими «лампа розжарювання / люмінесцентна / натрієва / ртутна» – обравши потрібний, ви застосовуєте поправку автоматично).

Зверніть увагу, що у переліку режимів старих люксметрів світлодіодного джерела часто немає взагалі (вони проектувалися ще до епохи LED). Саме тому для сучасного світлодіодного освітлення краще брати люксметр із однозначно заявленою підтримкою LED.

Друга похибка – косинусна

Спектр – не єдина складність. Освітленість за визначенням залежить від кута падіння світла: промінь, що падає скісно, «розмазується» по більшій площі та освітлює її слабше (закон косинуса Ламберта).

Щоб прилад ураховував це правильно, над датчиком має бути косинусний коректор – характерний білий напівсферичний розсіювач. Якщо його немає (а у найдешевших приладах його часто немає), люксметр занижує показання для бокового світла на 20% і більше. У реальному приміщенні, де світильники розташовані по стелі й світло приходить з різних боків, ця похибка легко перевищує спектральну.

Якість косинусної корекції теж має свій показник – f₂′ (у хороших приладів він не перевищує 2%).

Як обрати люксметр: індекс f₁′ і класи точності

Наскільки датчик відповідає кривій ока, описує індекс спектральної невідповідності f₁′ — що він менший, то точніший прилад. За ним люксметри поділяють на класи (стандарт DIN 5032-7 / CIE 69):

L (f₁′ – ≤1,5%) – Лабораторні, еталонні вимірювання;
A (f₁′ – ≤3%) – Сертифікація освітлення, робота з LED;
B (f₁′ – ≤6%) – Професійні перевірки, інспекції;
C (f₁′ – ≤9%) – Загальні та побутові вимірювання.

Для орієнтиру: типова сумарна похибка приладу класу B f₁′ близько 8%, класу C f₁′ до 15%. Побутові моделі без класифікації можуть давати ще більше.

Якщо вам потрібні вимірювання для документа – шукайте в характеристиках люксметра три речі: клас за DIN 5032-7, значення f₁′ і f₂′, а також чинне свідоцтво про калібрування (його зазвичай оновлюють раз на 1-2 роки).

Як правильно міряти: практика

Навіть найкращий прилад дасть хибний результат при неправильній методиці, отже:

Тримайте датчик на робочій площині – це приблизно 0,8 м від підлоги для столів і верстатів (або на рівні підлоги, якщо йдеться про освітлення проходів);
Не затіняйте датчик собою: тіло, руки й світлий одяг спотворюють результат. Вимірювач має стояти збоку, а не над сенсором;
Не міряйте по одній точці. Розбийте приміщення на сітку (наприклад, 3×3) і зніміть 9 значень. Так ви побачите не лише середню освітленість, а й рівномірність освітлення. Якщо найменше значення менше за 0,6 від середнього, освітлення розподілене погано, і це помітно оку;
Прогрійте лампи перед вимірюванням. Люмінесцентні й частина LED-світильників виходять на повний світловий потік лише через 10-20 хвилин після ввімкнення;
Виставте нуль із закритим ковпачком сенсора, перш ніж вимірювати, якщо така можливість передбачена в приладі;
Вимкніть сторонні джерела (наприклад, закрийте вікно з денним світлом), якщо перевіряєте саме штучне освітлення.

Які норми освітленості діють в Україні

Основний документ – ДБН В.2.5-28:2018 «Природне і штучне освітлення». Кілька орієнтирів із нього:

середня освітленість на робочих місцях із постійним перебуванням людей – не менше 200 лк;
коефіцієнт пульсації світла для точних зорових робіт (розряди I-III) – не більше 10%;
для світлодіодних джерел нормована освітленість залежить від колірної температури й має зростати разом із нею.

Для офісів і робочих місць застосовують також ДСТУ EN 12464-1 (гармонізований європейський стандарт): для роботи з документами й комп'ютером типовою нормою є 500 лк.

Для загального відчуття масштабу:

Ясний сонячний день: 30 000-100 000 лк;
Похмурий день: 1 000-10 000 лк;
Офіс, читання, робота з документами: 300-500 лк
Коридор, сходи: 50-100 лк;
Вулиця вночі (ліхтарі):5-20 лк;
Повний місяць≈ 0,25 лк.

Чого звичайний люксметр не покаже

Ще один важливий параметр освітлення – пульсація (мерехтіння). Люмінесцентні лампи та дешеві LED-драйвери дають коливання світлового потоку з частотою 100 Гц: око їх не помічає, але вони спричиняють утому й головний біль, а нормуються окремо (Кп ≤ 10% для точних робіт).

Звичайний люксметр показує усереднену освітленість і пульсацію не бачить. Для неї потрібен прилад із функцією вимірювання коефіцієнта пульсації (пульсметр або комбінований люксметр-пульсметр).

Коли потрібен спеціалізований професійний прилад

Для побутових вимірювань (перевірка освітленості робочого місця, теплиці, приміщення) невелика похибка не критична. Але якщо вимірювання проводяться для сертифікації освітлення, перевірки відповідності санітарним нормам або прецизійного виробничого контролю, тоді потрібен люксметр із документально підтвердженою спектральною корекцією (клас за DIN 5032-7), косинусним коректором і чинним калібруванням.

Підсумок

Звичайний люксметр найточніше вимірює світло від ламп розжарювання. Для люмінесцентних ламп, ламп холодного білого світла та сонця можливі відхилення, тому в окремих випадках застосовують поправочні коефіцієнти – і брати їх слід з інструкції саме вашого приладу.

Але пам'ятайте: спектр – лише половина справи. Косинусна корекція і правильна методика вимірювання впливають на результат не менше, ніж тип лампи. Точність вимірювання завжди залежить від конкретного приладу, спектра джерела й того, як ви тримаєте датчик.

ЛЮКСМЕТРИ