A mérés tárgya: Fényforrások fényeloszlásának, fényteljesítményének és hatásfokának mérése

A mérést végzők: Jezeri Tibor (fizika tanár), Szalai Bernát (fizika tanár), 10/A osztály  tanulói

A mérés helye :  Kaposvári SZC Lamping József  Műszaki Szakgimnáziuma   és Szakközépiskolája (7400 Kaposvár, Cseri út 6.) multifunkciós terem

A mérés ideje:   2017. április 21.

A mérés összeállítása:  A megvilágítás erősségét egy R sugarú gömb felületén fotodetektorunk segítségével mérjük megfelelő sűrűséggel beállított (θi,φj) polárkoordináták esetén ( i = 0 .. n, j = 0 .. m ).  A méréshez egy mérőállványt, egy arra felszerelt, erősítő áramkörrel ellátott fotodetektort, egy kisfeszültségű tápegységet (kimeneti mérőponttal) valamit 3 különböző fényforrást használunk. A mért megvilágítás erősség értékekből meghatározzuk az egyes fényforrások megvilágítás eloszlásfüggvényeit, összes fényáramát, fényteljesítményét, valamint hatásfokát.

Mérési feladatok:

1. A „TUNGSRAM-pályázat” keretében kapott eszközök segítségével az 1. ábrán látható mérés összeállítása. A három fényforrás közül az egyiket rögzítsük az állványra.

Csatlakoztassunk egy voltmérőt a mérési kimeneti pontokra.

2. A mérőállványon a mérőfej megfelelő pozíciójában olvassuk le a szenzoron keltett elektromos jel nagyságát (mV egységekben).

3. Egy kalibrált fénymérő eszköz vagy egy megfelelő mobiltelefon és arra telepített alkalmazás (pl. „Light meter” a Mannoun.net-től) segítségével kalibráljuk a mérőfejet fénymérésre.

4. Vegyük fel a megvilágítás erősség (E) értékeket1 (lux egységben) a félgömb felületén megfelelő sűrűségben, mindhárom fényforrás esetében. Ezeket rögzítsük egy-egy excel táblázatban.

5. Számítsuk ki az egy mérési ponthoz tartozó területegységet (ΔA) a gömb felületén, az erre a területegységre eső fényáramot (lumenben)2.

6. Ábrázoljuk az egyes fényforrások polárkoordináták szerint (θ,φ) fényeloszlását (összegzés a φ illetve θ koordináták szerint)!

7. Számítsuk ki, mekkora az egyes fényforrásokból kijövő teljes fényáram (lumen egységekben)! Ehhez összegezzünk a teljes (gömbi) felületre az egyes felületdarabokra eső fényáramokat.

8. Számítsuk át az egyes lámpákon mért teljes fényáramot (lumen) watt értékre, ha feltételezzük, hogy az emittált fény hullámhossza közel 550 nm volt mindhárom lámpa esetében (a szem maximális érzékenységének megfelelő 550 nm hullámhosszúságú fénysugárzás 1 watt teljesítmény esetén 680 lumen fényáramot létesít).

9. Mérjük meg az egyes lámpatestek elektromos teljesítmény3 felvételét!

10. Becsüljük meg az adott fényforrás hatásfokát4!

11. A mérést végezzük el mind a három fényforrásra!

Mérési eredmények 21 W-os izzó esetében:

A mérőfej kalibrálása fénymérésre két mérési pont segítségével: 227 mV megfelel 1028 lux-nak  -117 mVmegfelel 716 lux-nak → y(lux) = 0,906977(lux/mV)∙x(mV)+822,1(lux)

A mérés értékelése: A mérést a három fényforrás esetén elvégeztük, a három hatásfokra a következő értékeket kaptuk:

LED fényforrás 5 W-os izzó 21 W-os izzó 24,6 % 1,18 % 1,8 %

A számított hatásfok értékek jóval alacsonyabbak a várt irodalmi adatoktól, viszont egyértelműen kimutatható a LED fényforrás hatékonyabb működése.

A mérés során a legnagyobb mérési hibát a mérőfej kalibrálása jelentette. A kalibrálást egy multifunkciós mérőműszer segítségével végeztük el mindegyik fényforrás esetén két mérési pontban (a fényforrás felett a mérőfej helyén, illetve a fényforrással vízszintesen egy magasságban).

A mérőfej esetén mért feszültség értékek a LED és a 21 W-os fényforrás esetén előjelet váltottak (kisebb fényerősségeknél negatív értéket mutatott a mérőműszer).