Макеев Леонид Александрович. Цифровой люксметр из фотоэкспонометра

Цифровой люксметр из фотоэкспонометра.

0,1 - 30 000 лк. Просто, как репа. Сделай сам, своими руками.

Предлагаемый аппаратец даёт возможность не просто сравнивать, типа "ярче - тусклее", а мерить конкретные люксы. Я не стремился к абсолютной точности показаний, да оно и невозможно, но 5 - 10% меня вполне устраивает.

Введение в тему.

Чтобы не наделать ошибок, уточним, что такое люксметр.

Люксметр - это фотометрический прибор, меряющий освещённость только в ВИДИМОЙ ЧЕЛОВЕЧЕСКОМУ ГЛАЗУ ЧАСТИ СПЕКТРА. Не более. Спектральная характеристика таких датчиков должна быть такая же, как у глаза.

Отсюда прямой вывод: в любительских условиях ни в коем случае нельзя использовать в качестве фотоэлемента солнечные батареи от калькуляторов или кремневые фотодиоды. Они вам бля такого напоказывают... Особенно при солнечном свете, освещении от галогенки или лампы накаливания. В солнечных фотоэлементах наоборот стараются, как можно более расширить принимаемый спектр: чем больше излучения поймает элемент, тем больше выдаст электричества. Основная часть тока в кремневом ФЭ вырабатывается в инфракрасном спектре, поэтому при освещении солнцем или лампой накаливания такой "люксметр" будет зашкаливать в 6 - 8 раз по сравнению с люминесцентной или светодиодной лампой в которых нет ИК-излучения.

0x01 graphic

Графики спектральных характеристик: глаза, солнца, кремневого (Si) и селенового (Se) фотоэлемента.

Из графика видно, что наибольшее совпадение характеристик у глаза и селенового ФЭ. Именно поэтому селеновые ФЭ ставили в советские фотоэкспонометры даже без корригирующих светофильтров.

0x01 graphic

Фотоэкспонометр "Ленинград-4", СССР, 1968г.

В современных дешёвых люксметрах за 30-100 баксов применяют селеновые ФЭ. В смартфонах и планшетах датчики освещённости делают на кремневых ФЭ и для придания им спектральной характеристики человеческого глаза перед ФЭ ставят так называемые корригирующие светофильтры. Светофильтр - вещь тонкая, откуда мне знать, кто и какое стёклышко туда поставил. Такое вот я говно, что не верю в правильность китайских изделий и светофильтров, поэтому мне больше нравятся старые совковые люксметры на селеновых ФЭ, типа Ю - 116.

0x01 graphic

Люксметр Ю-116. Не китайское фуфло. До сих пор числится в госреестре, как измерительный прибор от 5-ти до 100 000 люкс. Работает без батареек. Здесь просто нечему ломаться. За 15 баксов купил, в оч. хорошем состоянии, с заводскими пломбами и актом последней поверки.

********************************

А теперь самопальщина

До того, как я приобрёл Ю-116, успел сделать себе самопал.

И так.

Идём на блошиный рынок или Avito и покупаем древний фотоэкспонометр серии "Ленинград", которые без батареек работают. (кроме "Ленинград- 6", и "Свердловск" - они на фоторезисторах и с батарейками!) Рублей так за 100-200, лишь бы стрелка двигалась. Можете у предков в старых вещах поискать. Я у себя в барахле нашёл ленинградовский ФЭ, он небольшой, 1 х 3 см. (3 см. кв.) Вот на нём и сварганил люксметр, как приставку к цифровому мультиметру.

0x01 graphic

Схема проста до неприличия. Фотоэлемент включен в токовом режиме. Питание не требуется. Кстати, в Ю-116 схема ни чуть не сложнее.

Пределы измерения:

х0,1 - от 0,1 до 20 люкс

х1 - от 1 до 200 лк

х10 - от 10 до 2 000 лк

При измерениях используются только три последних разряда.

Верхняя граница каждого предела - 20,0 мв

Запятая используется только на пределе х0,1

Тумблер на три положения. Среднее положение тумблера - предел х0,1.

В скобках указаны приблизительные реальные сопротивления. Подбираются под конкретный ФЭ. Подстроечники предпочтительно серии СП5-2 или похожие.

В конструкции предусмотрен светофильтр типа "шторка", из белого малопрозрачного пластика, закрывающий ФЭ и ослабляющий световой поток в 10 раз на любом пределе. Это позволяет на пределе х10 измерять освещённость до 20 тыс. люкс. Подставлял под зимнее солнышко, намерял 32 тыс. люкс, точно, как в Ю-116. И в полнолуние выдаёт всё как положено - 0,2 лк.

ВНИМАНИЕ !

В данной схеме при превышении ЭДС фотоэлемента более 20,0 мв, ФЭ входит в режим светового насыщения и надо переходить на более высокий предел измерений. Выше 20-ти мв прибор начинает плавно занижать показания вплоть до полной херни. Херня хорошо видна, когда закрываешь перенасыщенный светом ФЭ шторкой или переходишь на более высокий уровень. Я намеренно занизил диапазон до 20-ти мв, чтоб не рисковать точностью показаний и линейностью шкалы. На пределе х10 он вроде и до 30-ти показывает нормально.

**********************************

Конструктивно люксметр собран в электрической распред-коробке 75х75х25 мм. за 20 руб.

0x01 graphic

Шторка открыта

-------------------------------------------------

0x01 graphic

Шторка закрыта.

Крепится на подпружиненной оси. Ходит легко, но не болтается.

Самое интересное: калибровка.

Если есть возможность откалибровать самоделку по хорошему люксметру - да ради Бога. Если нет образцового люксметра - мы обойдёмся.

Все люксметры калибруются на специальных эталонных лампах НАКАЛИВАНИЯ с температурой нити накаливания 2856 К*. Ниже описана стандартная методика поверки люксметров применительно к домашним условиям. Наш самопал не исключение. Поехали.

Сначала выставляем все подстроечники, как указано на схеме, примерно в среднее положение.

Берём лампу накаливания 100 ватт, на 220 вольт (не на 240 !!). Не матовую, с прозрачным стеклом.

Для установки лампы находим в комнате такое место, где будет мало светлых и отражающих поверхностей, ни каких полированных столов и т.п. Я делал на диване, на фоне тёмного ковра.

Устанавливаем лампу таким образом, чтобы спираль была повёрнута к прибору не боком, а всей плоскостью, максимальной излучающей поверхностью.

Отмеряем от спирали лампы до точки измерения ровно 1 метр. Если лампа 100вт и напруга в сети 220 в, в этой точке освещённость будет 110 люкс.

Помещаем в эту точку свой аппарат и направляем его на лампу.

Максимально затемняем комнату (лучше всё делать в тёмное время суток), включаем лампу и смотрим, что показывает наш люксметр на пределе х1.

Подстроечным резистором R2, 1,5к выставляем 11,0 мв, что будет соответствовать 110 люкс.

Это не всё.

Далее, небольшой (10х10см) плотной картонкой закрываем лампу (как можно ближе к лампе). Поскольку прямое излучение лампы мы закрыли, люксметр будет показывать отражённый от окружающих предметов свет, например, 18 люкс. Убираем заслонку и выставляем на люксметре 110 + 18 = 128 люкс.

Вот теперь всё, калибровка на пределе х1 закончена. Честно говоря, читать это всё и вникать дольше, чем сделать. Вся операция занимает 10-15 минут.

Остальные пределы выставляются по пределу х1, можно с другим источником света.

Если провести калибровку с хорошим, правильным люксметром, он будет давать ошибку не больше, чем Ю- 116.

Прим.

Если не найдёте лампу 220в, 100вт, можно откалибровать по галогенке 12в, 20вт, цоколь G4. Обязательно фирмы OSRAM и чтоб на упаковке обязательно был указан световой поток 320 lm. Тогда при питании ровно 12в (ток 1,67А) на расстоянии 1 метр освещённость будет 26 люкс. Это можно проделать на пределе х0,1

Шторка, она же ослабляющий светофильтр.

Любой белый матовый малопрозрачный пластик, который будет давать ослабление света в 8-9 раз (смотрим по показаниям на пределе х1). Не надо сразу резать пластик, сначала просто закройте ФЭ вплотную и прикиньте, подойдёт - нет. Для точной подгонки ослабления в 10 раз, я наклеивал сверху на шторку кусочки белой изоленты.

После, как купил Ю-116, весьма удивился: разница в показаниях не превышала 5-10%. Последнюю поверку Ю проходил в 96-м году, но как выяснилось аппарат вполне на ходу. Сейчас перевожу освещение в квартире с энерогосберегающих ламп КЛЛ на светодиодные. Очень помогает.

Прим.

Если вместо мультиметра к выходу люксметра подключить простейший осциллограф, можно воочию наблюдать пульсации света в хреновых лампах. Или в хреновых мониторах и планшетах. И приблизительно оценить коэффициент пульсаций. Важно, чтобы при этом уровень света в люксметре не зашкаливал, не превышал установленный предел.

Особенности селенового фотоэлемента.

При длительном хранении он слегка подсаживается, не много, менее 1% в год.

После окончания работ хранить прибор надо с закрытой шторкой и в темноте, в коробке или футляре. Ну, не любят селеновые ФЭ лишней засветки, "устают" от валяния на свету. Потом, правда, восстанавливаются. А ещё они не любят нагрев выше 50*С, могут и загнуться.

К сведению.

Думаю, это может вам пригодиться.

При увеличении расстояния от точечного источника света до освещаемой поверхности в 2 (два) раза, освещённость этой поверхности уменьшится в 4 (четыре) раза, то есть в квадрат расстояния. Например, если лампа 100вт даёт на расстоянии 1 метр освещённость 110 люкс, то на расстоянии 3 метра освещённость будет в 9 (девять) раз меньше - всего 12 люкс.

Не повторите моей ошибки.

Это не ошибка, это конструктивный недочёт. Для фотоэлемента я прорезал отверстие в корпусе и вставил ФЭ изнутри. Но ввиду малых рамеров самого ФЭ, он стал занижать боковую освещённость, приходится направлять его в сторону источника света, тогда нормально. Поверхность ФЭ должна быть вровень с лицевой поверхностью корпуса, а не ниже, не утоплена. Утопленный в корпус ФЭ и отсутствие матовой, рассеивающей полусферы над ним, дает заниженные показания при боковом освещении. Я про эту особенность своего аппарата знаю, но переделывать лень.

ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ.

Сейчас в Инете много программ, позволяющих измерять освещённость смартфонами, планшетами и пр. Я бы не советовал вам особо доверять этим показаниям. Прикиньте: фирмы выпускают, а люди покупают десятки моделей специализированных люксметров, в которых даже Андроида нет, а стОят как смартфон и даже дороже. К чему бы это? Если уж приспичило пользоваться смартфоном в качестве люксметра, то хотя бы проверьте его по методике описанной выше с лампой накаливания 100вт, а потом с КЛЛ на 26вт. Показания должны быть приблизительно одинаковы, ну не в разы отличаться. Я попробовал для калибровки два смартфона и планшет, потом плюнул, полез в кладовку и достал стоваттную лампочку. По ней и откалибровал.

***************************

Хорошее освещение - и для глаз, и для светлых мыслей и для настроения.

Не надо жить в потёмках, от этого дурно.

Живите светло.

Екатеринбург, январь, 2017 г.

P.S.

Сейчас на каждой упаковке ламп пишут, сколько люменов она даёт. А зачем? Кому, скажите на милость, нужна сила светового потока или яркость свечения? Какой дурак будет пялиться на солнце или на лампу? В природе есть только один источник света - Солнце, но никто на него не смотрит. Всё живое смотрит на свет ОТРАЖЁННЫЙ от окружающих предметов. Для глаза главное - как хорошо освещён предмет, на который он смотрит, а вовсе не яркость лампочки. И на какой ламповой упаковке вы видели рекламу, как хорошо она будет освещать ваш дом? Вот то-то и оно. Я дал вам цифру: лампа накаливания 100вт на расстоянии 1 метр даст освещённость 110 люкс. Если раньше освещённость в люксах была для вас чем-то непонятным, то теперь вы своими глазами видели что это такое. Эта цифра не с потолка, она рассчитана. Но попробуйте найти что-то подобное в Инете или рекламе. Флаг вам в руки и кучу формул. Лучше один раз увидеть. И вы увидели.

И ещё.

В природе человеческий глаз воспринимает отражённый свет, он не приспособлен к восприятию прямого излучения. А вот экран монитора, планшета или телевизора - излучатель света. Да ещё и мерцающий. Человек может психологически перенастроиться и привыкнуть к этому, а глаз - нет. Эти источники света - основная причина повального ухудшения зрения у детей. Именно потому, что излучают.

Купил я себе планшет, нахваленный рекламой, чтобы книжки электронные читать в постельке. Через неделю избавился, подарил. Взамен купил электронную книжку PocketBook с экраном e-ink, который на отражённом свете работает - пять лет горя не знаю. Читаю много, зрение отличное.

Примите добрый совет.

Если вы смотрите в монитор или телевизор в тёмной комнате, пусть даже с небольшой настольной лампой для подсветки клавиатуры, вот тут и наступит крантец вашему зрению. И довольно быстро. Общее хорошее освещение в комнате значительно снижает неблагоприятное воздействие экрана на зрение.

Пользуйтесь светом правильно, дольше останетесь зрячими.

-----------------------------------

ПРИЛОЖЕНИЕ. Схема отечественного люксметра Ю - 116

0x01 graphic

СФЭ - селеновый фотоэлемент Ф55С, диам. 60 мм. (площадь 28 см кв.)

И.П. - стрелочный измерительный прибор, М2027-5-М1, 30 мка, 34 мв, рамка 1130 ом.

В комплект входит матовый рассеиватель и три сменных светофильтра (шторки), ослабляющие световой поток в 10, 100 и 1000 раз.

0x01 graphic

Насадки

---------------------------------

0x01 graphic

Селеновый фотоэлемент

Комментарии: 1, последний от 24/10/2017. © Copyright Макеев Леонид Александрович (dyplodoc@gmail.com) Размещен: 23/01/2017, изменен: 12/04/2017. 17k. Статистика. Статья: Естествознание, Изобретательство Полезные самоделки для здоровья, быта, досуга Иллюстрации/приложения: 9 шт. Скачать FB2		Оценка: *7.929** Ваша оценка:
Аннотация: 0,1 - 30 000 люкс. Просто, как репа. Сделай сам, своими руками.

Макеев Леонид Александрович : другие произведения.

Цифровой люксметр из фотоэкспонометра