Измерение света от люминесцентных ламп, LED и солнца

Два люксметра лежат рядом на одном столе под одной и той же LED-панелью. Один показывает 480 лк, другой – 540. Приборы исправны, и ни один из них не «врёт»: просто они по-разному «видят» свет.

Люксметр измеряет освещённость в люксах (лк) или фут-канделах (Fc), но его показания зависят не только от «количества» света, но и от спектра источника. Разные лампы и солнечный свет имеют разный спектральный состав, и это влияет на точность измерения. Проще говоря, люксметр пытается «видеть» свет так, как его воспринимает человеческий глаз. Если спектр источника существенно отличается от эталонного, появляется погрешность.

Единицы измерения

Люкс – это освещённость поверхности: один люмен светового потока, приходящийся на квадратный метр (1 лк = 1 лм/м²). То есть люксметр измеряет не «яркость лампы», а то, сколько света долетает до конкретной точки – столешницы, пола, рабочего станка. Одна и та же лампа даст 500 лк на столе и 50 лк в дальнем углу.

Вторая единица – фут-кандела, распространена в США: 1 Fc ≈ 10,76 лк. В большинстве приборов эти единицы переключаются между собой одной кнопкой.

Как работает люксметр

Подавляющее большинство люксметров имеют фотодатчик со светофильтром, который приближённо воспроизводит стандартную кривую спектральной чувствительности человеческого глаза – V(λ), определённую Международной комиссией по освещению. Глаз наиболее чувствителен к зелёно-жёлтому участку спектра (около 555 нм) и значительно хуже воспринимает глубокий синий и красный.

При калибровке люксметра обычно используют эталонный источник света с известным спектром (чаще всего лампу накаливания, близкую к стандарту Illuminant A). Поэтому при измерении света со схожим непрерывным спектром погрешность минимальна.

Измерение освещения от разных источников

Лампы накаливания и галогенные лампы. Эти источники имеют непрерывный спектр, близкий к эталонному. Обычный люксметр в таком случае обеспечивает наиболее точные результаты. Дополнительные поправочные коэффициенты, как правило, не нужны.

Люминесцентные лампы дневного света. Их спектр состоит из узких линий излучения ртути, наложенных на широкие полосы люминофоров. Из-за этой «неровности» спектра показания обычного люксметра могут отличаться от реальной освещённости. Иногда для таких источников применяют поправочные коэффициенты (в частности, 0,9). Однако это значение не является универсальным: точная поправка зависит от модели прибора и конкретного спектра лампы.

Белый (холодный) свет и LED. Светодиодные источники имеют характерный спектр с выраженным синим пиком и провалом в зоне бирюзового. Он существенно отличается от спектра лампы накаливания, поэтому именно на LED неспециализированные люксметры ошибаются больше всего. В некоторых случаях применяют коэффициенты больше единицы (в частности, 1,1-1,15), если прибор «недооценивает» освещённость. Современные приборы с качественной спектральной коррекцией часто обеспечивают приемлемую точность без дополнительных множителей.

Солнечный свет. Солнечный свет имеет широкий непрерывный спектр, однако он отличается от спектра лампы накаливания по распределению энергии. Для некоторых приборов может применяться поправка 0,8-0,9, но это ориентировочные значения. В качественных люксметрах погрешность измерения солнечного света обычно не превышает нескольких процентов.

Откуда брать поправочный коэффициент

Самая распространённая ошибка – взять коэффициент «из интернета». На самом деле он индивидуален для каждой модели прибора, поскольку зависит от того, насколько именно её датчик отклоняется от кривой V(λ).

Правильных источников коэффициента только два:

инструкция к вашему люксметру (в некоторых моделях есть таблица коэффициентов для разных типов ламп);
переключатель типа источника прямо на приборе (немало люксметров имеют режимы «лампа накаливания / люминесцентная / натриевая / ртутная» – выбрав нужный, вы применяете поправку автоматически).

Обратите внимание, что в перечне режимов старых люксметров светодиодного источника часто нет вообще (они проектировались ещё до эпохи LED). Именно поэтому для современного светодиодного освещения лучше брать люксметр с однозначно заявленной поддержкой LED.

Вторая погрешность – косинусная

Спектр – не единственная сложность. Освещённость по определению зависит от угла падения света: луч, падающий косо, «размазывается» по большей площади и освещает её слабее (закон косинуса Ламберта).

Чтобы прибор учитывал это правильно, над датчиком должен быть косинусный корректор – характерный белый полусферический рассеиватель. Если его нет (а в самых дешёвых приборах его часто нет), люксметр занижает показания для бокового света на 20% и более. В реальном помещении, где светильники расположены по потолку и свет приходит с разных сторон, эта погрешность легко превышает спектральную.

Качество косинусной коррекции тоже имеет свой показатель – f₂′ (у хороших приборов он не превышает 2%).

Как выбрать люксметр: индекс f₁′ и классы точности

Насколько датчик соответствует кривой глаза, описывает индекс спектрального несоответствия f₁′ — чем он меньше, тем точнее прибор. По нему люксметры делят на классы (стандарт DIN 5032-7 / CIE 69):

L (f₁′ – ≤1,5%) – Лабораторные, эталонные измерения;
A (f₁′ – ≤3%) – Сертификация освещения, работа с LED;
B (f₁′ – ≤6%) – Профессиональные проверки, инспекции;
C (f₁′ – ≤9%) – Общие и бытовые измерения.

Для ориентира: типовая суммарная погрешность прибора класса B f₁′ около 8%, класса C f₁′ до 15%. Бытовые модели без классификации могут давать ещё больше.

Если вам нужны измерения для документа – ищите в характеристиках люксметра три вещи: класс по DIN 5032-7, значения f₁′ и f₂′, а также действующее свидетельство о калибровке (его обычно обновляют раз в 1-2 года).

Как правильно измерять: практика

Даже лучший прибор даст неверный результат при неправильной методике, поэтому:

Держите датчик на рабочей плоскости – это примерно 0,8 м от пола для столов и станков (или на уровне пола, если речь идёт об освещении проходов);
Не затеняйте датчик собой: тело, руки и светлая одежда искажают результат. Измеряющий должен стоять сбоку, а не над сенсором;
Не измеряйте по одной точке. Разбейте помещение на сетку (например, 3×3) и снимите 9 значений. Так вы увидите не только среднюю освещённость, но и равномерность освещения. Если наименьшее значение меньше 0,6 от среднего, освещение распределено плохо, и это заметно глазу;
Прогрейте лампы перед измерением. Люминесцентные и часть LED-светильников выходят на полный световой поток лишь через 10-20 минут после включения;
Выставьте ноль с закрытым колпачком сенсора, прежде чем измерять, если такая возможность предусмотрена в приборе;
Выключите посторонние источники (например, закройте окно с дневным светом), если проверяете именно искусственное освещение.

Какие нормы освещённости действуют в Украине

Основной документ – ДБН В.2.5-28:2018 «Естественное и искусственное освещение». Несколько ориентиров из него:

средняя освещённость на рабочих местах с постоянным пребыванием людей – не менее 200 лк;
коэффициент пульсации света для точных зрительных работ (разряды I-III) – не более 10%;
для светодиодных источников нормируемая освещённость зависит от цветовой температуры и должна расти вместе с ней.

Для офисов и рабочих мест применяют также ДСТУ EN 12464-1 (гармонизированный европейский стандарт): для работы с документами и компьютером типовой нормой является 500 лк.

Для общего ощущения масштаба:

Ясный солнечный день: 30 000-100 000 лк;
Пасмурный день: 1 000-10 000 лк;
Офис, чтение, работа с документами: 300-500 лк;
Коридор, лестница: 50-100 лк;
Улица ночью (фонари): 5-20 лк;
Полная луна ≈ 0,25 лк.

Чего обычный люксметр не покажет

Ещё один важный параметр освещения – пульсация (мерцание). Люминесцентные лампы и дешёвые LED-драйверы дают колебания светового потока с частотой 100 Гц: глаз их не замечает, но они вызывают усталость и головную боль, а нормируются отдельно (Кп ≤ 10% для точных работ).

Обычный люксметр показывает усреднённую освещённость и пульсацию не видит. Для неё нужен прибор с функцией измерения коэффициента пульсации (пульсметр или комбинированный люксметр-пульсметр).

Когда нужен специализированный профессиональный прибор

Для бытовых измерений (проверка освещённости рабочего места, теплицы, помещения) небольшая погрешность не критична. Но если измерения проводятся для сертификации освещения, проверки соответствия санитарным нормам или прецизионного производственного контроля, тогда нужен люксметр с документально подтверждённой спектральной коррекцией (класс по DIN 5032-7), косинусным корректором и действующей калибровкой.

Итог

Обычный люксметр наиболее точно измеряет свет от ламп накаливания. Для люминесцентных ламп, ламп холодного белого света и солнца возможны отклонения, поэтому в отдельных случаях применяют поправочные коэффициенты – и брать их следует из инструкции именно вашего прибора.

Но помните: спектр – лишь половина дела. Косинусная коррекция и правильная методика измерения влияют на результат не меньше, чем тип лампы. Точность измерения всегда зависит от конкретного прибора, спектра источника и того, как вы держите датчик.

ЛЮКСМЕТРЫ