Конструкция светомерной установки (стр. 1 из 6)

Введение

В данном курсовом проекте мы рассчитываем светомерную установку для измерения светового потока. В эту установку входят светомерный шар, приемник излучения, нейтральные светофильтры, светоизмерительные и контрольные лампы, электроизмерительные приборы и конструктивные элементы. Использование светомерного шара обусловлено более точным измерением светового потока источника света по сравнению с другими методами измерения. Так как исходя из теории светомерного шара мы знаем что в этом методе измеряется полный световой поток источника света с учетом многократных отражений. Помимо этого в данном курсовом проекте мы по заданной кривой относительной спектральной чувствительности фотоэлемента рассчитываем корригирующий светофильтр, который используется для исправлений светового потока; далее используя рекомендуемую зависимость ρ(λ) = f(λ) для окраски внутренней поверхности шара оцениваем поправочный множитель С1 учитывающий селективность окраски внутренней поверхности шара. Так же оценивается поправочный множитель С2, учитывающий отличие спектральной чувствительности фотоэлемента от относительной спектральной световой эффективности, выбираются нейтральные светофильтры, оцениваются погрешность С3 учитывающие их избирательность. Выбираются электроизмерительные приборы, составляются вспомогательные схемы для учета влияния неактивных элементов, при измерении светового потока. Описывается технология окраски внутренней поверхности шара, методика определения его белизны поверхности. Так же описываются условия эксплуатации и хранения светомерного шара, методика измерения светового потока. И в заключение оценивается погрешность измерения светового потока.

1. Расчет светомерного шара

1.1 Теория светомерного шара

Пусть помещенный внутрь светомерного шара ИС имеет световой поток Ф. Положение источника в шаре до теоретических рассуждений безразлично. Делаются следующие предположения: внутренняя поверхность шара покрыта однородной белой краской идеально матовой, коэффициент отражения ее (ρ) одинаковый для всей поверхности. Прямые лучи создают от ИС на поверхности шара освещенность, которая, вообще говоря, различна для разных мест шара. Прямые лучи, отразившись от поверхности, вновь упадут на шар и создадут вторичную освещенность его. Вторичное отражение света создаст третичную освещенность и т.д., пока не установится равновесие между падающим на внутреннюю поверхность шара световым потоком и поглощенным ею. Надо выяснить значение вторичной освещенности (Е2). Пусть в точке А прямая освещенность равняется Е1. Яркость (L1) поверхности при этой освещенности равна:

Около точки А выделяют бесконечно малую часть (dS) поверхности шара. Освещенность (dE2) создаваемая поверхностью dS в точке В равна:

Здесь l – радиус шара. В точке В вторичная освещенность создается не только от части поверхности dS , но, именно, от всей поверхности шара полную освещенность (Е2) можно определить интегрированием выражения для dE2, причем интеграл распространяется на всю поверхность шара S=4πl2.

Причем

в результате интегрирования должно дать, очевидно, весь световой поток Ф, упавший на стенки шара при прямых лучах следовательно:

Вторичная освещенность оказывается одинаковой для всех точек поверхности шара. Путем подобных же рассуждений легко найти, что третичная освещенность (l3) равна

Последующие освещенности определяются по такому выражению:

Полная освещенность (Е) поверхности шара в какой-либо точке (т.е. после сложения прямой и всех освещенностей от многократного отражения) равна:

Второй член этого выражения прямо пропорционален всему световому потоку ИС, одинаков для всех участков поверхности шара и не зависит от распределения светового потока (т.е. от силы света в разных направлениях).

Для целей измерения светового потока светомерный шар (СШ) должен применяться только, чтобы можно было измерить какую-либо световую величину, пропорциональную второму члену выражения , т.е. с исключением освещенности от прямых лучей. В некоторых случаях для упрощения изготовления прибора вместо шара применяют куб, двенадцатигранных и другие многогранники. Теория шара для них применяется лишь с приближением, степень которого недостаточно определена. Подобные приборы менее точны чем шар. В действительности и для шара изложенная теория оказывается лишь приближенной т.к. представляется весьма сложно выполнить внутреннюю окраску, как требуется: повсюду одинаковой и идеально матовой. Кроме того, внесение в шар измеряемых ИС с их принадлежностями и особых щитков, необходимых для производства наблюдений, также нарушает правильность теоретических выводов. Можно отдельно подсчитать влияние посторонних предметов находящихся в шаре. Однако, определенные таким путем поправки не вполне надежны и на практике ими не всегда пользуются. В некоторых случаях можно опытным путем измерить ошибки от нахождения в шаре предметов. Обычно же довольствуются соблюдением таких правил: 1) измеряемые или посторонние предметы (светильники, лампы и т.д.) должны находится в середине шара; 2) наибольший внешний размер их должен не превышать 0,1 части диаметра шара.

1.2 Определение минимального диаметра светомерного шара

Основными признаками по которым рассчитывается фотометрическая измерительная учтановка для контроля световых параметров, являются габариты лампы, т.е. полная длина и максимальный диаметр. В зависсимости от указанных величин устанавливаются минимальный диаметр фотометрического шара для измерения светового потока. Диаметр фотометрического шара должен составлять для люминисцентных ламп (ЛЛ) не менее 1,2 – кратного значения общий длины лампы.

Все результаты расчетов пунктов 1.2. -1.5. представлены в сводной таблице 1.

1.3 Определение диаметра фотометрического отверстия

Диаметр измерительного (фотометрического) отверстия не должен привышать 1/10 диаметра фотометрического шара.

1.4 Расчет размера экрана

Размер экрана должен быть подобран так, что бы обеспечить наименьшее затемнение поверхности фотометрического шара (ФШ). Диаметр тени не должен превышать двойного диаметра фотометрического отверстия (ФО).

Экран должен находится от источника света (ИС) на расстоянии, равным 2/3-1/3 радиуса ФШ. Если же ИС находится в центре ФШ и плоскость экрана перпендиккулярна оси, проходящей через центр ФО и световой центр ИС, то форма экрана, и его размеры выбираются в зависимости от типа измеряемой лампы.

Для трубчатых ИС выбираеся прямоугольный экран, размеры которого определяются по следующим формулам:

длина экрана –

ширина экрана-

где а – длина ИС, b – ширина ИС, R – радиус СШ, l – расстояние от ИС до экрана.

1.5 Расчет освещенности от заданного источника на поверхности приемника излучения

Расчет освещенности на поверхности фотоэлемента производим по формуле освещеннсти от многократных отражений:

где Ф – световой поток ИС,

- среднее значение спектрального коэффициента отражения окраски ФШ.

Таблица 1.

D фотометрического шара	1759
D фотометрического отверстия	176
K коэф-т перекрытия	2
а - длина источника	1466
R радиус свет. Шара	870
L - раст.от ист. до экрана	290
а`- длина экрана	1334
b` - ширена экрана	377
ρ (берется из графика)	0,893
Ф (берется из приложения 6)	4070
Е освешеность на фотоэлементе	3571,2
b -ширена источника	37,5

2. Расчет корегирующего светофильтра

Чтобы подогнать относительную спектральную чувствительность селенового фотоэлемента S0(λ) к относительной спектральной световой эффективности глаза V(λ), нужно выбрать светофильтр, для которого кривая спектральных коэффициентов пропускания τ(λ) удовлетворяет уровнению

Из этого уравнения определяем τ(λ)

где m – постоянный коэффициент, величина которого рассчитывается исходя из максимально возможных значений величины [τ(λ)]max и отношение

:

Каждый материал имеет вполне определенное максимльно возможное τ(λ).

Для стеклянного светофильтра максимальное значение спектрального коэффициента пропускания [τ(λ)]max=0,92 . Находим отношение

для различных длин волн. Выбираем . Для стекла [τ(λ)]max будет соответствовать максимальному значению частного от деления .