影響光照度計(jì)準(zhǔn)確度的若干原因分析

李彩萍

摘要：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、無污染的光照。目前，無論是房地產(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。

關(guān)鍵詞：計(jì)量標(biāo)準(zhǔn);光照度計(jì);準(zhǔn)確度

引言

光照度計(jì)是用來測(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)光輻射通過余弦修正器、干涉濾光片后投射到光頭探測(cè)器下時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。經(jīng)過I/V變換，然后通過信號(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。

1、光度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)目前建立的主要光度基準(zhǔn)包括：發(fā)光強(qiáng)度和光通量的國家基準(zhǔn)及弱光度國家基準(zhǔn)。

發(fā)光強(qiáng)度基準(zhǔn)是根據(jù)1979年第十六屆國際討論大會(huì)對(duì)“坎德拉”作為基本單位的新定義復(fù)現(xiàn)的。我國于1982年采用錐腔型電校準(zhǔn)輻射計(jì)復(fù)現(xiàn)了發(fā)光強(qiáng)度單位，其相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0.28%。在1997-1998年國際光度與輻射度委員會(huì)（CCPR）組織的國際比對(duì)中，參加國際比對(duì)的各國實(shí)驗(yàn)室的傳遞標(biāo)準(zhǔn)燈組光強(qiáng)值與國際平均值偏差小于0.2%有英國、澳大利亞、日本、中國、美國、匈牙利、加拿大七個(gè)國家，其余各國偏差也不大^[1]。說明參加國際比對(duì)的各國實(shí)驗(yàn)室發(fā)光強(qiáng)度單位的量值一致性是比較好的。我國復(fù)現(xiàn)發(fā)光強(qiáng)度單位—坎德拉的標(biāo)準(zhǔn)不確定度很小，僅為0.14%，發(fā)光強(qiáng)度單位與國際平均值十分接近，偏差僅為-0.16%，我國是比對(duì)數(shù)據(jù)較好的國家之一。此次發(fā)光強(qiáng)度單位國際比對(duì)結(jié)果，總的看是比較令人滿意的。

發(fā)光強(qiáng)度基準(zhǔn)往下依次從量值傳遞到發(fā)光強(qiáng)度副基準(zhǔn)、工作基準(zhǔn)和發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)燈。

光照度由發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)距離平方反比法則導(dǎo)出，因此，發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)也是照度標(biāo)準(zhǔn)。在光度測(cè)量裝置上，改變光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈和照度計(jì)探測(cè)面間的距離，即可算出不同距離時(shí)的光照度值，從而標(biāo)定或校準(zhǔn)光照度計(jì)。

總光通量由發(fā)光強(qiáng)度單位導(dǎo)出，光通量基準(zhǔn)采用絕對(duì)測(cè)量法建立，是由自動(dòng)分布光度計(jì)和發(fā)光強(qiáng)度副基準(zhǔn)燈組構(gòu)成的基準(zhǔn)裝置。對(duì)光源發(fā)光強(qiáng)度的空間分布用分布光度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，再由此計(jì)算出光源發(fā)出的總光通量。整套光通量副基準(zhǔn)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理。我國光通量基準(zhǔn)（10²～10⁴lm）的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0.5%，k=3。1997-1998年國際光度與輻射度委員會(huì)（CCPR）組織的國際比對(duì)中，光通量值與國際平均值的相對(duì)偏差為-0.22%^[2]。

弱光度國家基準(zhǔn)出一組性能優(yōu)良的帶有V（λ）濾光器和V'（λ）濾光器的標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器組成，并按照發(fā)光強(qiáng)度單位坎德拉（cd）的新定義由電校準(zhǔn)輻射計(jì)借助于高度線性的自校準(zhǔn)硅光二極管過渡而復(fù)現(xiàn)弱光照度單位。其相對(duì)擴(kuò)展不確定度可達(dá)到1.5%，k=3。

2、誤差分析

在光照度計(jì)檢定過程中，影響照度計(jì)檢定的因素有很多。除了外界光線、溫濕度、穩(wěn)壓直流電源的電壓波動(dòng)、標(biāo)準(zhǔn)燈移動(dòng)過程中所造成的振動(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的固有誤差;照度計(jì)本身的示值誤差。

2.1隨機(jī)測(cè)量誤差

檢定過程中的隨機(jī)測(cè)量誤差主要包括外界光線、溫濕度的影響、穩(wěn)壓直流電源的電壓波動(dòng)、標(biāo)準(zhǔn)燈移動(dòng)過程中的振動(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，這就需要我們采取措施盡可能的減小誤差影響，比如外界光線、溫濕度等。我們可以將其放在黑暗的恒溫室中，以減小外界光線、溫濕度的影響。為了減小標(biāo)準(zhǔn)燈移動(dòng)過程中所造成的振動(dòng)的影響，我們選用光軌以及滑車，并且在測(cè)量過程中緩慢滑動(dòng)來減小振動(dòng)的影響。而人員讀數(shù)問題，就需要我們檢定人員具備相當(dāng)專業(yè)的檢定知識(shí)，并且在檢定過程中認(rèn)真負(fù)責(zé)。

2.2固有誤差

2.2.1平方反比法誤差

在照度計(jì)的檢定過程中，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)試面的最大線度（燈絲平面、光度頭測(cè)試面的對(duì)角線長度或直徑）的15倍以上。并且要將光源看成一個(gè)點(diǎn)光源，看似很簡(jiǎn)單，實(shí)際上在實(shí)驗(yàn)中是很難滿足要求的。

在實(shí)驗(yàn)中我們固定光度頭位置，并遮光調(diào)節(jié)零點(diǎn)，然后揭開遮蓋光度頭的蓋子，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：

E=

式中：I—發(fā)光強(qiáng)度

通過曲線擬合可以看出照度標(biāo)準(zhǔn)值倒數(shù)與距離的二次擬合性很好，而且通過照度值和測(cè)量值的比較圖可以發(fā)現(xiàn)他們之間的差別不大，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。

2.2.2檢定誤差

檢定過程中測(cè)量距離l的值是從光軌上的刻度尺讀取的，它的不準(zhǔn)確性所帶來的誤差為系統(tǒng)的固有誤差，這是不可避免的。但是可以通過一些技術(shù)手段減小誤差。而且在檢定過程中需調(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。

2.2.3光闌的選取及其設(shè)置

在照度測(cè)量中還有很多因素的影響，比如距離的測(cè)量誤差，探頭的非線性，燈電流的調(diào)整誤差等等，但最主要的還是雜散光的影響，測(cè)量中大約有一半的固有誤差是由雜散光造成的，因此光闌的選擇與布置在測(cè)量中就顯得尤為重要。我們可以通過目視的方法來檢查光闌是否布置合理，當(dāng)我們從光度頭方向向光源看去的時(shí)候我們只看到一個(gè)接一個(gè)的光闌及光源的，反之當(dāng)我們從光源位置向光度頭看去的時(shí)候只看到光闌和光度頭，而且旁邊不應(yīng)該有比光度頭更亮的東西，這樣就說明光闌擺放合理了。

2.3儀器示值誤差

作者在檢定工作中發(fā)現(xiàn)，有些儀器在設(shè)計(jì)方面存在很多問題。根據(jù)現(xiàn)有的檢定規(guī)程中，二級(jí)照度計(jì)的相對(duì)示值誤差應(yīng)該在±8%，但是由于一些儀器具有幾個(gè)量程，特別是在測(cè)量大量程的時(shí)候，有些儀器的分辨率不夠，比如在檢定×100量程的時(shí)候，我們選用的標(biāo)準(zhǔn)值是2000時(shí)，這個(gè)照度計(jì)測(cè)出的數(shù)值是1899lx，但是由于設(shè)置的問題它將后面的數(shù)值舍去，顯示的只是18×100lx，算出的相對(duì)示值誤差大于±8%，但事實(shí)上它符合二級(jí)的，這就導(dǎo)致了檢定過程中的不準(zhǔn)確^[3]。

2.4距離誤差

檢定過程中測(cè)量距離l的值是從光軌下的分度尺讀取的，它的不準(zhǔn)確性所帶來的誤差為系統(tǒng)的固有誤差，這是不可避免的。但是可以通過一些技術(shù)手段減小誤差。而且在檢定過程中需調(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)位于該軸線下。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。

2.5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下，如果沒有完備的調(diào)整裝置，則無法保證測(cè)量設(shè)備在同一光路下，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)確帶來的誤差。

結(jié)語

光照度計(jì)檢定過程中有可能引人誤差的因素較多。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。

參考文獻(xiàn)

[1]齊鳳河，劉楚明.基于BH1710的照度計(jì)設(shè)計(jì)[J].大慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，31（6）：14-17.

[2]葉德培，趙峰，施昌彥，等.國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范（JJF1059.1-2012）：測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].北京：中國計(jì)量出版社，2012.

[3]姜曉梅，高執(zhí)中.國家計(jì)量檢定規(guī)程（JJG 245-2005）[S].北京：中國計(jì)量出版社，2005.

（作者單位：天津市電子儀表實(shí)驗(yàn)所天津市）