Государственная система обеспечения единства
измерений

ЛЮКСМЕТРЫ И ЯРКОМЕРЫ
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

Методика поверки

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений» (ФГУП «ВНИИОФИ»)

2 ВНЕСЕН Управлением метрологии Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2009 г. № 1046-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

СОДЕРЖАНИЕ

ГОСТ Р 8.665-2009

Государственная система обеспечения единства измерений

ЛЮКСМЕТРЫ И ЯРКОМЕРЫ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

Методика поверки

State system for ensuring the uniformity of measurements.
Photo-electric luxmeter and brightness meter. Methods of verification

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на средства измерений освещенности и яркости - люксметры, яркомеры, фотометрические головки (далее - прибор) - и устанавливает методику их поверки.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 50267.0-92 Изделия медицинские электрические. Часть 1. Общие требования безопасности

ГОСТ 8.023-2003 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений световых величин непрерывного и импульсного излучений

ГОСТ 8.195-89 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости, спектральной плотности силы излучения и спектральной плотности энергетической освещенности в диапазоне длин волн от 0,25 до 25,00 мкм; силы излучения и энергетической освещенности в диапазоне длин волн от 0,2 до 25,0 мкм

ГОСТ 8.332-78 Государственная система обеспечения единства измерений. Световые измерения. Значения относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения

ГОСТ 7601-78 Физическая оптика. Термины, буквенные обозначения и определения основных величин

ГОСТ 26148-84 Фотометрия. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения и обозначения

В настоящем стандарте применены термины и обозначения по ГОСТ 7601, ГОСТ 26148 и рекомендациям [1], а также следующие термины с соответствующими определениями и обозначениями:

3.1 фотометрия: Наука об изучении и измерении параметров и характеристик переноса энергии оптического излучения.

3.2 фотометрическая величина; X: Аддитивная физическая величина, определяющая временное, пространственное, спектральное распределение энергии оптического излучения и свойств веществ, сред и тел как переносчиков или приемников энергии.

3.3 спектральное распределение фотометрической величины; Х_l(l): Зависимость спектральной плотности фотометрической величины Хот длины волны l.

3.4 фотометр: Средство измерений фотометрических величин.

3.5 яркость; L_v: Физическая величина, определяемая отношением светового потока d²Ф_v, переносимого узким пучком с малой площадки dA, содержащей рассматриваемую точку, в малом телесном угле dW, содержащем направление l и составляющем угол q с нормалью к dA, к геометрическому фактору d²G этого пучка  и имеющая физический смысл светового потока, распространяющегося в единичном телесном угле с единицы площади, нормально расположенной к направлению l.

Примечание - В конкретных случаях должны быть указаны условия освещения и наблюдения объекта, яркость которого исследуют: направление, спектральный состав и др.

3.6 освещенность; E_v: Физическая величина, определяемая отношением светового потока, падающего на малый участок поверхности, содержащий рассматриваемую точку, к площади этого участка

3.7 коэффициент яркости; b_v: Величина, определяемая отношением яркости отражающей или пропускающей поверхности к яркости совершенного рассеивателя при тех же условиях освещения.

3.8 характеристика спектральной чувствительности; S(l): Чувствительность фотометрической головки как функция длины волны.

3.9 источник излучения типа А: Светоизмерительная лампа с цветовой температурой 2856 К.

4 Операции поверки

4.1 При проведении поверки должны быть выполнены операции, указанные в таблице 1.

Таблица 1

5 Средства поверки

5.1 При поверке приборов применяют средства измерений, требования к которым приведены в таблице 2.

5.2 Все установки, указанные в таблице 2, и входящие в их состав средства измерений должны быть аттестованы (испытаны) и поверены.

5.3 Вместо указанных средств измерений допускается применять аналогичные, обеспечивающие измерения с такой же или меньшей погрешностью.

Таблица 2

6 Требования к квалификации поверителей

К поверке допускают лиц, прошедших обучение и инструктаж по технике безопасности, аттестованных на право работы с электроустановками напряжением до 1000 В и имеющих соответствующее удостоверение.

7 Требования безопасности

При поверке соблюдают требования безопасности по ГОСТ Р 50267.0, а также требования, обеспечивающие при проведении поверки безопасность труда, производственную санитарию и охрану окружающей среды.

8 Условия поверки

При выполнении поверки приборов соблюдают следующие условия:

- температура окружающей среды - (20 ± 5) °С;

- относительная влажность воздуха - (65 ± 20) %;

- атмосферное давление - (101 ± 4) кПа;

- напряжение питающей сети - (220 ± 22) В;

- частота питающей сети - (50 ± 1) Гц.

9 Подготовка к поверке

Поверяемые приборы и средства измерений подготавливают к поверке в соответствии с их руководствами по эксплуатации.

10 Проведение поверки

10.1 Внешний осмотр и опробование

При внешнем осмотре прибора проверяют:

- сохранность пломб и четкость маркировки;

- комплектность;

- отсутствие механических повреждений, влияющих на работу и ухудшающих внешний вид;

- четкость фиксации переключателей и исправность соединительных разъемов.

При опробовании проверяют плавное изменение показаний прибора при плавном изменении освещенности на приемной поверхности.

При обнаружении дефектов прибор к поверке не допускают.

10.2 Определение относительной спектральной чувствительности

Относительную спектральную чувствительность фотометрической головки определяют поэлементно или в сборе.

10.2.1 Поэлементное определение относительной спектральной чувствительности фотометрической головки состоит из измерений:

- относительной спектральной чувствительности (далее - ОСЧ) приемника излучения;

- спектрального коэффициента пропускания корригирующего фильтра;

- спектрального коэффициента диффузного пропускания диффузной насадки.

Измерения выполняют с шагом длины волны не более чем 10 нм. Результаты измерений приводят в табличной форме.

10.2.1.1 Определение ОСЧ приемника излучения

Поверяемый и аттестованный приемники излучения поочередно устанавливают за выходной щелью монохроматора таким образом, чтобы поток излучения не выходил за пределы их приемных площадок.

Фиксируют реакции аттестованного и поверяемого приемников излучения на отдельных длинах волн X, меняя приемники либо на каждой длине волны, либо после прохождения всего диапазона рабочих длин волн для поверяемого приемника. ОСЧ поверяемого приемника излучения S¢(l)_отн определяют по формуле

                                               (1)

где R(l) - реакция поверяемого приемника излучения;

R^*(l) - реакция аттестованного приемника излучения;

S^*(l)_отн - ОСЧ аттестованного приемника излучения.

10.2.1.2 Спектральный коэффициент направленного пропускания t(l) корригирующего светофильтра измеряют с абсолютной погрешностью не более чем 0,005 в двухлучевом спектрофотометре при освещении всей рабочей поверхности корригирующего светофильтра.

10.2.1.3 Спектральный коэффициент диффузного пропускания диффузной насадки фотометрической головки измеряют при условии полной засветки всей поверхности диффузного рассеивателя монохроматическим излучением. Погрешность измерения спектрального коэффициента диффузного пропускания t_д(l) не должна превышать 0,01.

10.2.1.4 ОСЧ фотометрической головки  рассчитывают по формуле

                                        (2)

где t(l) - спектральный коэффициент направленного пропускания;

t_д(l) - спектральный коэффициент диффузного пропускания.

10.2.2 Измерение спектральной чувствительности фотометрической головки в сборе

Спектральную чувствительность фотометрической головки в сборе измеряют в соответствии с 10.2.1.1. При этом необходимо полное засвечивание поверхности диффузного рассеивателя монохроматическим излучением.

10.3 Определение погрешности отклонения относительной спектральной чувствительности от относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения V(l)

Погрешность отклонения относительной спектральной чувствительности от относительной спектральной световой эффективности f₁ рассчитывают по формуле

                                        (3)

где  - ОСЧ фотометрической головки;

j(l)_z - относительное спектральное распределение измеряемого источника света Z;

j(l)_А - относительное спектральное распределение источника А;

V(l) - относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения по ГОСТ 8.332.

Расчеты проводят для пяти источников излучения в соответствии с рекомендациями [2], [3]: натриевой (НЛВД) и ртутной (РЛВД) высокого давления, трехполосной люминесцентной (ЛЛ) и металлогалогенных (МГЛ) ламп с тремя добавками или редкоземельными добавками и оценивают погрешность по наибольшему из полученных значений, т.е. f₁ = f_1max. Относительное спектральное распределение указанных источников приведено в приложении А.

Для люксметров и яркомеров специального назначения (измерения освещенности и яркости, создаваемой цветными сигнальными огнями, светоиндикаторными табло на светодиодах, люминесцирующими экранами, экранами дисплеев, кинескопов, телевизоров) f₁ определяют с учетом спектрального распределения конкретных источников излучения.

10.4 Определение дополнительной погрешности чувствительности фотометрической головки в ближних ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра

10.4.1 Дополнительную погрешность чувствительности фотометрической головки в ближней ультрафиолетовой области спектра и определяют по формуле

                                                    (4)

где  - ОСЧ фотометрической головки;

250 - 400; 380 - 860 - диапазоны длины волн, нм.

Данные получают путем измерения реакций фотометрической головки R(УФ) и R при освещении источником ультрафиолетового излучения в сочетании со специальным ультрафиолетовым фильтром и без него, соответственно.

Используемый фильтр не должен флюоресцировать. Реакция фотометрической головки R должна превышать наименьший регистрируемый сигнал не менее чем в 1000 раз. Погрешность и вычисляют по формуле

                                                         (5)

где

где j(l)_УФ - спектральное распределение лампы;

t(l)_УФ - спектральное пропускание УФ фильтра.

Допустимое значение и составляет не более 0,1×10^-2.

10.4.2 Дополнительную погрешность r чувствительности фотометрической головки в ближней инфракрасной области спектра определяют по формуле

                                                       (6)

где 380 - 860; 850 - 1000 - диапазоны длины волн, нм.

Данные для расчета r получают путем измерения реакций фотометрической головки R(ИК) и R при освещении источником инфракрасного излучения или источником типа А в сочетании со специальным инфракрасным фильтром и без него, соответственно. Реакция R должна превышать минимальный регистрируемый сигнал не менее чем в 1000 раз. Погрешность r вычисляют по формуле

                                                           (7)

где

где j(l)_ик - спектральное распределение лампы;

t(l)_ик - спектральное пропускание ИК фильтра.

Допустимое значение r составляет не более 0,8×10^-2.

10.5 Определение погрешности градуировки по источнику излучения типа А

10.5.1 Погрешность градуировки люксметра определяют методами:

- измерения освещенности от источника излучения типа А;

- сличением с показаниями фотометра с известным коэффициентом преобразования (при освещении источником излучения типа А).

Люксметр освещают в направлении, перпендикулярном к его приемной поверхности, в одной точке диапазона освещенностей на расстоянии от источника излучения не менее чем 1 м.

10.5.1.1 При использовании первого метода поочередно измеряют освещенность от каждой из трех эталонных (образцовых) светоизмерительных ламп накаливания (далее - лампа) поверяемым люксметром.

Лампу и люксметр устанавливают в оптическом тракте так, чтобы центр тела накала лампы и центр приемной поверхности люксметра находились на одной оптической оси. Тело накала лампы и приемная поверхность люксметра должны быть расположены в плоскостях, перпендикулярных к оптической оси.

Измеряют расстояние l (с погрешностью не более 0,1×10^-2) от плоскости тела накала лампы до плоскости приемной площадки фотометрической головки люксметра в метрах.

Вычисляют значение освещенности Е_i в люксах от светоизмерительной лампы по формуле

                                                              (8)

где I_i - сила света i-й лампы, кд.

Снимают показания люксметра Е_хi. Определяют среднеарифметическое значение результатов наблюдений  по формуле

                                                            (9)

где п - число наблюдений.

10.5.1.2 При использовании второго метода проводят поочередное сличение показаний поверяемого люксметра с показаниями трех эталонных (образцовых) фотометров.

Фотометры поочередно устанавливают перед источником излучения типа А, фиксируют их реакцию и определяют действительное значение освещенности в плоскости приемной площадки фотометра по формуле

                                                       (10)

где R_i - реакция i-го фотометра;

S_i - интегральная чувствительность i-го фотометра.

Затем на том же расстоянии устанавливают поверяемый люксметр и снимают его показания Е_хi. Положение приборов меняют не менее двух раз. Определяют среднеарифметическое значение результатов сличений по формуле (9).

10.5.1.3 Погрешность градуировки люксметра f_r определяют по формуле

                                                           (11)

10.5.2 Определение погрешности градуировки яркомера

10.5.2.1 Погрешность градуировки яркомера определяют прямыми измерениями яркости протяженного равномерного источника излучения типа А. Эталонный источник яркости может быть выполнен несколькими способами - в виде:

а) сферического интегратора с известной площадью выходной апертуры Q;

б) светоизмерительной лампы и диффузного рассеивателя, работающего на пропускание, в комплекте с выходной апертурой Q, площадь которой известна;

в) светоизмерительной лампы и диффузного рассеивателя, работающего на отражение.

10.5.2.2 Для способов а) и б) яркость эталонного источника L определяют по формуле

                                                              (12)

где Е - освещенность, создаваемая на расстоянии l от выходной апертуры;

Q - выходная апертура, площадь которой известна;

W_o - единичный телесный угол.

10.5.2.3 Для способа в) яркость эталонного источника L, кд/м², определяют по формуле

                                                              (13)

где I - сила света светоизмерительной лампы, кд;

l - расстояние между светоизмерительной лампой и диффузным рассеивателем, м;

b - коэффициент яркости диффузного рассеивателя для геометрии 0°/45°.

10.5.2.4 Погрешность градуировки яркомера f_r определяют по формуле

                                                       (14)

где  - среднеарифметическое значение результатов измерений (аналогично 10.5.1.1);

L₀ - яркость эталонного источника.

10.6 Определение отклонения световой характеристики от линейной

Отклонение световой характеристики прибора от линейной определяют во всем диапазоне измерений при использовании метода сложения света с помощью диафрагм с отверстиями или с источником дополнительного света по 10.2 - 10.5.

Погрешность отклонения световой характеристики от линейной f₃ вычисляют по формуле

f₃ = l - pf_i,                                                            (15)

где

где i - число выбранных поддиапазонов (i > 3);

Е_i - показание прибора при выбранном i-м уровне освещенности (яркости);

E_j - показание прибора при выбранном j-м уровне освещенности (яркости);

Е_j = (0,1 - 0,5)Е_i,

10.7 Определение дополнительной погрешности при отклонениях значения температуры от нормального значения

Определение погрешности измерения при отклонениях действительных значений температуры от нормальных значений температуры f(T) проводят при освещенности (яркости), соответствующей наибольшему значению произвольно выбранного диапазона измерения прибора. В качестве источника света используют источник излучения типа А.

Измерения проводят с помощью термостатирующей системы, изменяя значение температуры поверяемого прибора от минимального до максимального значения в соответствии с рабочими условиями применения.

Должны быть предусмотрены создание постоянной освещенности на приемной поверхности прибора при заданной температуре, поддержание температуры с погрешностью, не превышающей ±1 °С, и возможность наблюдения за показаниями прибора.

Температуру воздуха измеряют с помощью измерителя температуры, расположенного вблизи приемной поверхности прибора.

Прибор помещают в термостатирующую систему, выдерживают при установившейся температуре не менее 1 ч и снимают показания при фиксированных температурах.

Освещают прибор только в момент считывания его показаний.

Измерения повторяют после естественного охлаждения (нагрева) прибора в термостатирующей системе до нормальной температуры.

Температурную зависимость показаний прибора f₆ характеризуют формулой

                                                        (16)

где Е(Т) - показание прибора при заданной температуре T;

Е(Т₀) - показание прибора при номинальном значении температуры, равном 23 °С.

Действительное значение освещенности Е при температуре T рассчитывают по формуле

Е = Е(T)[аDT + 1]^-1,                                               (17)

где DT = Т - Т₀;

а - температурный коэффициент, определяемый по формуле

                                       (18)

где Е(Т_max) - показание прибора при максимальной температуре эксплуатации;

E(T_min) - показание прибора при минимальной температуре эксплуатации.

10.8 Определение косинусной погрешности прибора

Косинусную погрешность определяют на одном из диапазонов измерений прибора при освещении источником излучения типа А.

Особое внимание следует обратить на защиту фотометрической головки (ФГ) от рассеянного света. Вращением ФГ вокруг горизонтальной или вертикальной оси изменяют угол падения по отношению к центру диффузной насадки ФГ. Центр вращения должен совпадать с центром диффузной насадки.

Измерения выполняют как минимум в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Зависимость показаний прибора от угла падения света f₂(e, j) характеризуют выражением

                                             (19)

где Е(e, j) - показание прибора как функция угла падения e, измеренного по отношению к нормали к приемной площадке ФГ, и азимутального угла j;

Е(0, j) - показание прибора как функция угла падения от 0 до j.

Значение предела допускаемой дополнительной погрешности в зависимости от угла падения света (косинусная погрешность) не должно превышать значений, приведенных в таблице 3.

Таблица 3

10.9 Определение погрешности утомляемости фотометрической головки

Погрешность утомляемости определяют при стабильном освещении люксметра (яркости эталонного источника яркости для яркомера) в направлении, перпендикулярном к приемной поверхности, при наибольшем уровне измеряемой им освещенности (яркости). В качестве источника света используют источник излучения А.

Прибор термостатируют. Погрешность поддержания температуры не должна превышать ±1 °С.

Время измерений контролируют с помощью секундомера. Прибор выдерживают не менее 24 ч, затем освещают и снимают показания через промежутки времени t₀, соответствующие времени установления рабочего режима прибора, и t. Определяют погрешность утомляемости f₅ по формуле

                                                    (20)

где E(t) и E(t₀) - показания прибора через промежуток времени t и t₀ соответственно.

Допускается характеризовать утомляемость с помощью одной числовой величины, определяемой по формуле

                                                   (21)

где Е(30 мин) - показание прибора через 30 мин после начала освещения;

Е(10 с) - показание прибора через 10 с после начала освещения.

10.10 Определение погрешности системы индикации

Погрешность отображающего устройства прибора с цифровым представлением результата измерений f₄ определяют по формуле

                                                            (22)

где k - коэффициент перехода между шкалами;

d - ошибка квантования (например, ±1 цифра);

Р_max - максимальное, отображаемое дисплеем, число (для двухразрядного - 99; трехразрядного - 999; четырехразрядного - 9999; 3¹/₂ - 1999).

10.11 Расчет основной относительной погрешности прибора

Основную относительную погрешность прибора D_D рассчитывают по формуле

                                                      (23)

где f_i - составляющая погрешности.

Прибор считают прошедшим поверку, если основная относительная погрешность D_D не превышает предела допускаемой относительной погрешности, равного 1,5×10^-2 для рабочих эталонов 1-го разряда и 2×10^-2 - 8×10^-2 для рабочих средств измерений по ГОСТ 8.023.

11 Оформление результатов поверки

11.1 Результаты измерений при поверке вносят в протокол (приложение Б).

11.2 При положительных результатах поверки оформляют свидетельство о поверке установленной формы в соответствии [4].

11.3 Приборы, не удовлетворяющие требованиям настоящего стандарта, к эксплуатации не допускают, на них выдают извещение о непригодности с указанием причин в соответствии с [4].

Приложение А
(обязательное)

Спектральное распределение мощности излучения источников, рекомендованных для расчета

Приложение Б
(обязательное)

Форма протокола поверки люксметров и яркомеров

ПРОТОКОЛ № __

поверки средства измерений (яркомера)

Библиография