Измерение освещенности люксметром от искусственных источников в светлое время суток

Проблема измерения освещенности от искусственных источников

Одна из главных проблем при измерении освещенности – это невозможность измерить люксметром освещенность и пульсации от искусственных источников света в светлое время суток. Естественная освещенность, создаваемая окнами, прозрачным световыми проемами и т.п. серьезно искажает результаты измерений. Усугубляет ситуацию тот факт, что днем световые проемы являются источником света, а в темное время суток – как правило, поглощают его, в отличие от прочих поверхности (особенно, если они светлых тонов). Таким образом, большое значение коэффициента естественной освещенности (КЕО) в помещении делает его более комфортным…. Но! Только в светлое время суток. В темное время суток такое помещение требует дополнительного искусственного освещения.
Поэтому, методики измерения освещенности и пульсаций требуют производить измерения при отсутствии естественного освещения. То есть, перед измерением освещенности помещений необходимо провести в нем плотное затемнение всех световых проемов. Если такой возможности нет, (например, здания с большой площадью остекления), то измерять освещенность разрешается проводить только в темное время суток. Отсюда возникают сразу несколько проблем:

• невозможность проводить измерения искусственной освещенности в северных регионах с большой продолжительностью светового дня летом;
• ограничения доступа на предприятия и организации в вечернее и ночное время;
• необходимость работы персонала измерительной лаборатории в ночное время

Как измерить освещенность и пульсации в светлое время суток.

Измерить освещенность люксметром в светлое время суток, все-таки можно, если учитывать тот факт, что значение освещенности величина аддитивная. То есть, значения освещенности от всех источников света в точке измерения складываются:

$$E = \sum\limits_{i = 1}^N {{E_i}}$$

Тогда, зная естественную (Е_amb) и общую освещенность (Е_sum) в точке измерения, можно вычислить искусственную освещенность (Е_art) по формуле:

$${E_{art}} = {E_{sum}} - {E_{amb}}$$

Пример расчета искусственной освещенности с учетом наличия естественного освещения.

Однако, измерить пульсацию освещения в светлое время суток такой способ измерения не поможет. Коэффициент пульсации освещенности рассчитывается по формуле:

$${K_p} = \frac{{{E_{\max }} - {E_{\min }}}}{{2{E_{med}}}} = \frac{{{E_{\max }} - {E_{\min }}}}{{2\frac{1}{T}\mathop \smallint \nolimits_0^1 E\left( t \right)dt}}$$

Рассмотрим следующий пример. Пусть у нас имеется рабочее место (РМ), освещаемое искусственным и естественным источниками света. При этом:

• средняя общая освещенность составляет Е_sum=750лк с максимальным значением 
  Е_sum.max=900лк и минимальным - Е_sum.min=600лк;
• постоянная фоновая естественная освещенность через световые проемы составляет Е_amb=400лк;
• при отсутствии естественного освещения средняя искусственная освещенности от ламп составляет Е_art=350лк с максимальным и минимальным значениями соответственно Е_art.max=500лк и Е_art.min=200лк.

Очевидно, что в светлое время суток, используя обычный люксметр, мы сможем измерить только общую освещенность Е_sum (с включенными лампами) и естественную освещенность Е_amb (с выключенными лампами). Зная значения Е_sum и Е_amb, мы можем вычислить значение искусственной освещенности Е_art:

$${E_{art}} = {E_{sum}} - {E_{amb}} = 750 - 400 = 350\;lx$$

что соответствует значению освещенности от искусственных источников в отсутствии естественного освещения. 
При этом, на обычном люксметре-пульсметре мы сможем получить коэффициент пульсации только для суммарной освещенности, рассчитанный по формуле:

$${K_{p.sum}} = \frac{{{E_{sum.\max }} - {E_{sum.\min }}}}{{2{E_{sum.med}}}} = \frac{{900 - 600}}{{2 \times 750}} = \frac{{300}}{{1500}} = 0.2\;\left( {20\% } \right)$$

Однако, нам нужно измерить коэффициент пульсации искусственного освещения, который составляет:

$${K_{p.art}} = \frac{{{E_{art.\max }} - {E_{art.\min }}}}{{2{E_{art.med}}}} = \frac{{500 - 200}}{{2 \times 350}} = \frac{{300}}{{700}} = 0.43\;\left( {43\% } \right)$$

Мы видим, что обычном люксметре-пульсметре в светлое время суток мы получим заниженный коэффициент пульсации (в нашем примере получим 20% вместо реальных 43%).
Для того, чтобы получить истинное значение К_п, в формуле расчета коэффициента пульсации нужно учесть наличие естественного фона. Тогда расчет К_п будет выглядеть так:

$${K_{p.art}} = \frac{{({E_{sum.\max }} - {E_{amb}}) - \left( {{E_{sum.\min }} - {E_{amb}}} \right)}}{{2\left( {{E_{sum.med}} - {E_{amb}}} \right)}} =\\= \frac{{\left( {900 - 400} \right) - \left( {600 - 400} \right)}}{{2\left( {750 - 400} \right)}} = \frac{{500 - 200}}{{2 \times 350}} = \frac{{300}}{{700}} = 0.43\;\left( {43\% } \right)$$

НО! Фактически ни один люксметр-пульсметр не умеет учитывать значение естественной освещенности при измерении пульсаций и поэтому не могут применяться для их измерения в светлое время суток.

Профессиональный измеритель освещенности еЛайт01 – это единственный прибор, учитывающий при расчете коэффициента пульсации значение естественного фона освещенности. Этот режим реализован в стандартной поставке прибора и для него не нужна отдельная методика измерений освещенности.

Методика измерения освещенности и пульсаций при наличии естественного освещения.

Для люксметра-пульсметра-яркомера еЛайт01 разработана специальная методика измерения освещенности и пульсации в светлое время суток, которая также дополнительно включает в себя методику измерения коэффициента естественной освещенности (КЕО) и расчет неопределенности результатов измерений освещенности. Эта методика включена в стандартное руководство по эксплуатации прибора еЛайт01.
При выполнении измерений освещённости и пульсаций в соответствии с руководством по эксплуатации прибора комбинированного еЛайт01 (по СВМТ.424179.001 РЭ) выполняют следующие операции:

1. включают осветительные установки не менее чем за 20 мин. до начала измерений;
2. производят контроль напряжения в электрической сети питания осветительных установок;
3. размещают датчик измерителя освещенности еЛайт01 в точке измерения;
4. производят измерения уровня суммарной освещенности Ео в точке измерения;
5. выключают осветительные установки и производят измерение уровня фоновой освещенности с целью контроля ее уровня и стабильности в течение 15 сек. Следует убедиться, что максимальный результат измерения новой освещенности отличается от его минимального значения не более чем на 10%;
6. если уровень и стабильность фоновой освещенности удовлетворяют требованиям методики измерений, то на приборе включают режим измерения освещенности с учетом естественного фона;
7. выжидают время, необходимое прибору для измерения фонового уровня освещенности, до появления показаний на дисплее прибора;
8. включают осветительные установки, считывают результаты измерения освещенности и коэффициента пульсации с учетом фоновой освещенности;

В процессе измерений, выполняемых в нескольких точках, необходимо периодически – не реже чем через каждые 15 мин. контролировать стабильность уровня фонового освещения.

Режим измерения освещенности люксметром еЛайт01 с учетом естественного освещения.

В люксметре-пульсметре-яркомере еЛайт01 реализован уникальный режим измерения освещенности и пульсаций от искусственных источников света в светлое время суток. Методика измерений (СВМТ.424179.001 МИ) с учетом естественного фона содержится в Приложении Г руководства по эксплуатации. Приведем краткое описание этого режима:
1) Запуск измерения освещенности и пульсаций с учетом естественного фона осуществляется путем остановки текущего измерения нажатием на кнопку «КВАДРАТ» пульта БОИ-01.

2) Из появившегося меню управления измерением выбираем пункт «Учёт фона» и нажимаем кнопку «Ок». Перед запуском режима измерений с учётом фона необходимо оставить только источник фоновой освещённости (то есть, выключить все искусственные источники света). После запуска режима измерений с учётом фона, прибор на первом этапе, в течение 10 секунд, переходит в режим измерения и усреднения фонового значения освещённости.

После запуска режима измерения с учётом фона, в статус-баре появляется мигающий значок «ФОН», информирующий пользователя, включении данного режима.
ВНИМАНИЕ!!! При измерении усреднённого фонового значения освещённости категорически запрещается совершать действия, которые могут привести к искажению результата его измерения. Например:

• менять положение ИГ,
• включать/выключать источники света,
• открывать/закрывать оконные и дверные проёмы,
• перемещение предметов и людей в окрестностях точки измерения,
• и т.п.

После окончания измерения фоновых значений освещённости, пульт БОИ-01 переходит в режим отображения уровня общей освещённости за вычетом только что измеренного значения фоновой освещённости. 
Т.к. на данном этапе выключенные источники света ещё не включены, то показания освещённости равны нулю (или близки к нему).

3) Наконец необходимо включить искусственное освещение. После включения источников света, на экран БОИ-01 первой строке будет выводиться значение освещённости, полученной в результате вычитания из общего уровня освещённости уровня фоновой освещённости. Во второй строке представлено значение пульсаций включённых источников света, которое рассчитывается ПОСЛЕ(!) вычитания фоновых значений, что позволяет избежать искажения коэффициента пульсаций при использовании метода вычитания фона «вручную».

4) Выход из режима «Учёт фона» осуществляется через останов измерения нажатием клавиши «Квадрат» и выбором пункта меню «Нормальный режим».

Также, выход из режима «Учёт фона» возможен выбором другого режима работы.

ВНИМАНИЕ!!! Функция «Учёт фона» обеспечивает достоверность проведённых измерений ТОЛЬКО при соблюдении следующих условий:

• измерения фона и последующей общей освещённости производятся в одной точке пространства;
• при измерениях исключены перемещения и смена ориентации ИГ;
• при измерении исключены колебания значений фона;
• измерение фона и последующее измерение общей освещённости должны быть проведены в максимально возможное короткое время, чтобы минимизировать неизбежные изменения фона во времени.