崔潼 / 廈門(mén)市計(jì)量檢定測(cè)試院

影響照度計(jì)準(zhǔn)確度的若干原因分析

崔潼 / 廈門(mén)市計(jì)量檢定測(cè)試院

0 引言

照度計(jì)是測(cè)量光照度的測(cè)量器具。照度計(jì)應(yīng)用非常廣泛，幾乎各大照明場(chǎng)所都需要用其來(lái)進(jìn)行照度檢測(cè)，目的是為了保證人們的生活工作環(huán)境或者活動(dòng)場(chǎng)所有健康的、無(wú)污染的光照。目前，無(wú)論是房地產(chǎn)業(yè)的建筑室內(nèi)照明、電梯照明，還是機(jī)動(dòng)車(chē)的內(nèi)外照明、工礦企業(yè)的工作環(huán)境照明都需要使用照度計(jì)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，照度計(jì)發(fā)揮著舉足輕重的作用，因此照度計(jì)的檢定十分重要。

1 照度計(jì)的測(cè)量原理

光照度計(jì)是用來(lái)測(cè)量照度的儀器，它主要由光度頭和顯示器兩部分組成，而光度頭又由余弦修正器、干涉濾光片、光探測(cè)器組成。工作時(shí)，當(dāng)光輻射通過(guò)余弦修正器、干涉濾光片后投射到光頭探測(cè)器上的時(shí)候時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。經(jīng)過(guò)I/V變換，然后通過(guò)信號(hào)放大器，最后在顯示器上顯示出相應(yīng)的信號(hào)，即照度值。

圖1 在光度測(cè)量裝置上檢定照度計(jì)的示意圖

2 誤差分析

在光照度計(jì)檢定過(guò)程中，影響照度計(jì)檢定的因素很多。除了外界光線干擾、溫濕度變化、穩(wěn)壓直流電源的電壓波動(dòng)、標(biāo)準(zhǔn)燈移動(dòng)過(guò)程中所造成的振動(dòng)、人員讀數(shù)等造成隨機(jī)測(cè)量誤差，還有采用平方反比定律所帶來(lái)的理論計(jì)算誤差，以及標(biāo)準(zhǔn)燈的定位精度、光度頭與燈絲平面調(diào)節(jié)情況、擺放孔徑光闌的位置等所帶來(lái)的固有誤差。

2.1 隨機(jī)誤差

檢定過(guò)程中的隨機(jī)測(cè)量誤差主要包括外界光線干擾、溫濕度的變化、穩(wěn)壓直流電源的電壓波動(dòng)、標(biāo)準(zhǔn)燈移動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)以及人員讀數(shù)等。在這些隨機(jī)測(cè)量誤差中，有些是不可避免，這就需要采取措施盡可能地減小誤差影響。實(shí)驗(yàn)環(huán)境應(yīng)在恒溫恒濕的暗室中，以減小外界光線、溫濕度的影響，照度計(jì)應(yīng)安裝在穩(wěn)定的工作臺(tái)上（周?chē)粦?yīng)有強(qiáng)磁場(chǎng)，以防電磁干擾），室內(nèi)溫度應(yīng)保持在（20±5）℃（光電池漂移隨溫度改變而發(fā)生改變）。室內(nèi)應(yīng)干燥，濕度小于85%RH。由于濕度對(duì)照度計(jì)也有影響，為此，要求照度計(jì)的光探頭有較好的密封性能，長(zhǎng)期不用的照度計(jì)，最好能間隔一段時(shí)間通一次電。為了減小標(biāo)準(zhǔn)燈移動(dòng)過(guò)程中所造成的振動(dòng)的影響，選用光軌以及滑車(chē)，并且在測(cè)量過(guò)程中緩慢滑動(dòng)來(lái)減小振動(dòng)的影響。而人員讀數(shù)問(wèn)題，就需要檢定人員具備相當(dāng)專業(yè)的檢定知識(shí)和熟練的操作技能，并且在檢定過(guò)程中認(rèn)真負(fù)責(zé)。

在照度測(cè)量中還有很多因素的影響，但最主要的就是雜散光的影響，因此光闌的選擇與布置在測(cè)量中就顯得尤為重要?？梢酝ㄟ^(guò)目視的方法來(lái)檢查光闌是否布置合理。當(dāng)從光度頭方向向光源看去的時(shí)候，只看到一個(gè)接一個(gè)的光闌及光源的，同時(shí)，當(dāng)從光源位置向光度頭看去的時(shí)候，只看到光闌和光度頭，而且旁邊沒(méi)有比光度頭更亮的東西，這樣就說(shuō)明光闌擺放合理了。

2.2 系統(tǒng)誤差

1）平方反比法誤差

在照度計(jì)的檢定過(guò)程中，照度值是根據(jù)平方反比法計(jì)算的。雖然這種方法計(jì)算簡(jiǎn)單，但在檢定時(shí)，要求標(biāo)準(zhǔn)燈的燈絲平面至少大于發(fā)光面或光度頭的測(cè)試面的最大線（燈絲平面、光度頭測(cè)試面的對(duì)角線長(zhǎng)度或直徑）的15倍以上（規(guī)程中提到）。并且要將光源看成一個(gè)點(diǎn)光源，這個(gè)要求看似很簡(jiǎn)單，但在實(shí)際操作中是很難滿足要求的。

在實(shí)驗(yàn)中固定光度頭位置，并遮光調(diào)節(jié)零點(diǎn)，然后揭開(kāi)遮蓋光度頭的蓋子，改變標(biāo)準(zhǔn)燈到光度頭的距離l，讓其在光度頭測(cè)試面上產(chǎn)生不同的照度值E，其計(jì)算公式如下：

式中：I——發(fā)光強(qiáng)度

此公式算法為理論值，實(shí)際測(cè)量中，標(biāo)準(zhǔn)燈燈絲不是點(diǎn)光源，但在距離足夠大時(shí)，其形狀大小帶來(lái)的誤差可以忽略，可以近似看為點(diǎn)光源，所以采用平方反比定律是可行的，雖然存在誤差但誤差不大。

2）距離誤差

檢定過(guò)程中測(cè)量距離l的值是從光軌上的分度尺讀取的，它的不準(zhǔn)確性所帶來(lái)的誤差為系統(tǒng)的固有誤差，這是不可避免的。但是可以通過(guò)一些技術(shù)手段減小誤差。而且在檢定過(guò)程中需調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)燈的燈絲平面和光度頭的測(cè)試面，使它們垂直于光軌的水平測(cè)量軸線，且中心點(diǎn)位于該軸線上。但在實(shí)際操作中，光度頭與燈絲平面調(diào)節(jié)不確定性將造成最終檢定結(jié)果的誤差。

3）標(biāo)準(zhǔn)燈的燈絲平面與照度計(jì)光度探頭調(diào)整不準(zhǔn)確的誤差

標(biāo)準(zhǔn)燈燈絲應(yīng)與照度計(jì)光度探頭垂直于光軸且中心位于光軸上，如果沒(méi)有完備的調(diào)整裝置，則無(wú)法保證測(cè)量設(shè)備在同一光路上，產(chǎn)生誤差則是必然的。實(shí)際工作中應(yīng)使用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等設(shè)備來(lái)保證水平垂直，燈架和探頭架應(yīng)可多維調(diào)節(jié)，保證可用科學(xué)精確的方法盡可能減小光路調(diào)整不準(zhǔn)確帶來(lái)的誤差。

4）電測(cè)儀器不穩(wěn)定和不準(zhǔn)確帶來(lái)的誤差

穩(wěn)壓電源的不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致輸出電流值不穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)儀表不準(zhǔn)確會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的電流值，這些因素都會(huì)給照度值帶來(lái)誤差。所以在配備電測(cè)儀表時(shí)應(yīng)做好溯源和期間核查，確保外部設(shè)備準(zhǔn)確可靠。

以柯尼卡美能達(dá)公司的CL-500A照度計(jì)為例，簡(jiǎn)要分析一下各種影響因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響（見(jiàn)表1）。

表1 影響因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

由于額定電流值大小的變化以及距離不準(zhǔn)確帶來(lái)的影響顯而易見(jiàn)，因此沒(méi)有專門(mén)進(jìn)行測(cè)量分析，只分析了減少光闌和探頭略微偏離光軸中心帶來(lái)的影響。從以上數(shù)據(jù)可以看出，略微偏離光軸中心時(shí)，數(shù)據(jù)只是略有不同，差別不是很大；但是減少光闌，直至無(wú)光闌情況下，數(shù)據(jù)全部偏大，說(shuō)明光闌對(duì)于減少雜散光影響起到了重要作用。

3 結(jié)語(yǔ)

光照度計(jì)檢定過(guò)程中有可能引入誤差的因素較多。本文主要結(jié)合規(guī)程，從工作實(shí)際出發(fā)，探討分析了若干影響照度計(jì)準(zhǔn)確度的原因并提出了一些解決辦法。

[1]全國(guó)光學(xué)計(jì)量技術(shù)委員會(huì). JJG 245-2005 光照度計(jì)檢定規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2005.

[2]劉慧，楊臣鑄.光度測(cè)量技術(shù)[M]. 北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2011. [3]鄭克哲.光學(xué)計(jì)量[M]. 北京：原子能出版社2002.

計(jì)量動(dòng)態(tài)

湯紅云被評(píng)為2017年度“上海工匠”

2017年9月19日，2017年“上海工匠”命名暨“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)零距離”工匠論壇在楊浦區(qū)長(zhǎng)陽(yáng)創(chuàng)谷舉行，上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院材質(zhì)中心教授級(jí)高級(jí)工程師湯紅云被評(píng)為2017年度“上海工匠”。

湯紅云在其從事巖石礦物、珠寶玉石檢測(cè)及研究長(zhǎng)達(dá)34年的職業(yè)生涯中，練就了肉眼快速鑒別和田玉子玉的“絕活兒”，被譽(yù)為火眼金睛鑒寶師，是首名計(jì)量領(lǐng)域的“上海工匠”。作為全國(guó)珠寶玉石標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員、全國(guó)水產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)珍珠分技術(shù)委員會(huì)委員，她通過(guò)近十年的潛心研究和探索實(shí)踐，攻克了和田玉子玉皮色成因的鑒定難題，成為國(guó)內(nèi)為數(shù)不多、能夠準(zhǔn)確鑒定和田玉子玉的珠寶鑒定師。此外，由她作為主要撰寫(xiě)人出版的《寶玉石鑒別工》成為了職業(yè)技能培訓(xùn)與考核教材。作為該領(lǐng)域?qū)W術(shù)帶頭人，她培養(yǎng)、帶教出一支由青年碩博士組成的優(yōu)秀科研團(tuán)隊(duì)，2016年成功申報(bào)《琥珀鑒定與分類》推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為在全國(guó)范圍內(nèi)檢測(cè)琥珀技術(shù)能力提高做出了貢獻(xiàn)。

（本刊通訊員）