Измерение освещенности

Контроль за освещённостью осуществляется с помощью специальных приборов — люксметров. Люксметры используются для измерения освещённости, создаваемой как искусственными, так и естественными источниками освещения. Единица измерения освещённости – люкс (лк), отражает количество светового потока, падающего на единицу поверхности. В Англии и США освещённость измеряют в фут-свечах (fc) — один люмен на квадратный фут (1 fc = 10,76 лк); в некоторых странах в «фотах» (фот) — один люмен на квадратный сантиметр (1 фот = 10000 лк).

Недостаточное количество света приводит к повышенной утомляемости, снижению работоспособности и негативно влияет на качество зрения. Несмотря на то, что при оценке света учитываются несколько параметров – в том числе сила света и яркость, именно освещенность является ключевым параметром. 

Принцип работы люксметров предельно прост: он основан на работе фотоэлемента, преобразующего световую энергию в электрический ток.  Все люксметры, применяемые для измерения освещённости, обладают небольшим размером и весом.

Люксметры, с помощью которых осуществляется измерение освещённости,  в первую очередь применяются специалистами по охране труда. Обязательный контроль освещённости рабочего места, согласно действующим санитарным правилам, должен проводиться не реже одного раза в год.  Актуально приобрести прибор для измерения освещённости и для домашнего использования. Вопрос освещения рабочего места — один из самых важных в правильной организации домашней работы учеников. Освещение в комнате ученика имеет большое значение для его здоровья, прежде всего, для здоровья глаз.

В России основным документом является СНИП 23-05-95, изданный еще в 1995 году и постоянно обновляющийся согласно современным требованиям. Обновлённым вариантом такого документа является Свод правил Естественного и искусственного освещения от 20 мая 2011 года - СП 52.13330.2011. Существуют не только минимальные нормы, но и максимально допустимые. Это в особенности касается рекламного освещения и освещения витрин, чтобы не создавать световое загрязнения.

Нормы освещённости указаны в люксах для рабочей поверхности:
- если это кабинет, читальный зал или рабочая зона — то это высота стола (это высота обычно 0,8 метра от пола - Г-0.8);
- если это лестница, вестибюль, спортивный зал, дорога — то это: пол, полотно дороги, и т.п.(Г-0.0).

Освещённость помещений в номинальном выражении является потоком света, который излучается на поверхность под прямым углом в расчете на единицу площади. При падении света под острым углом освещённость снижается в зависимости от угла наклона.

Метод измерений - прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей или шкалой в соответствии с реализованным принципом измерений. По общим приемам получения результатов измерений методы различают на: прямой и косвенный. Прямой метод измерений - измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения не требуют методики выполнения измерений (МВИ) и проводятся по эксплуатационной документации на применяемое средство измерений. Подтверждение соответствия этих методик обязательным метрологическим требованиям осуществляется в процессе утверждения типов данных средств измерений (ГОСТ Р 8.563-2009 Государственная система обеспечения единства измерений. Методики (методы) измерений). В соответствии с Законом РФ « Об обеспечении единства измерений» (статья 9), измерения должны выполняться в соответствии с аттестованными в установленном порядке методиками. «Измерения, относящиеся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, должны выполняться по аттестованным методикам (методам) измерений, за исключением методик (методов) измерений, предназначенных для выполнения прямых измерений…» (Из ФЗ № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» часть 1 статьи 5).

Выбор люксметра во многом зависит от поставленных перед прибором задач. Наиболее надежный и удобный измеритель освещённости  — люксметр «ТКА-Люкс». Он способен измерить уровень освещения в диапазоне от 1 до 200 000 люкс. Время непрерывной работы данного прибора составляет не менее 8 часов. Для использования в музеях, библиотеках и научных центрах подойдет приборный комплекс «ТКА-ХРАНИТЕЛЬ» - приборный комплекс, созданный специально для учреждений культуры и искусства. Помимо функций люксметра, данный аппарат совмещает в себе функции УФ-радиометра, измерителя влажности и температуры воздуха. При этом его вес составляет всего 430 грамм. Наличие выносного датчика в люксметре даёт возможность определить освещённость с большей точностью, так как при этом влияние внешних факторов снижается. На современных моделях имеется жидкокристаллический дисплей. С помощью него намного проще снимать показания прибора.

Основные нормативы, регламентирующие измерение освещенности люксметром

Люксметр – это портативный прибор, принцип работы которого основан на попадании потока света на специальный чувствительный элемент, высвобождении электронов и анализ возникающего вследствие этого процесса тока. Данные выводятся на аналоговый или цифровой дисплей. Благодаря возможности использования различных светофильтров, можно значительно расширить возможности прибора, при этом, не забывая пользоваться специальными коэффициентами пересчета. Нормативы устанавливают, что погрешность при измерениях не должна превышать 10%.

Измерение освещенности люксметром проводят согласно требованиям и методикам ГОСТ 24940-2016 Межгосударственный стандарт «Здания и сооружения. Методы измерения освещенности».

Помимо указанного ГОСТа, в России еще в 2012 году был принят собственный национальный ГОСТ Р 59944-2012, который определил методы измерения освещенности. В нем были добавлены термины, но в целом оба ГОСТа в полной мере описывают процедуры, необходимые для замеров и получения корректных показателей.

Любой метод измерения освещенности должен проводиться люксметром, имеющим свидетельство о поверке и метрологической аттестации. При измерении прибор всегда должен находиться в строго горизонтальном положении. Отдельно проводят замеры по естественному и искусственному освещению.

Методика проведения измерений

Перед началом работ люксметр устанавливают на необходимую поверхность таким образом, чтобы элемент датчика был расположен параллельно поверхности. При этом необходимо следить, чтобы на датчик не падала тень, а также вокруг не было активного источника электромагнитного излучения. Все это вызовет значительное отклонение в показателях прибора. После правильной установки снимают показания с прибора и по специальным формулам делают расчеты. Полученный показатель сравнивают с нормативами ГОСТа и делают вывод о качестве освещенности в помещении. По итогам проверки составляется протокол (отдельно по каждому помещению или участку и отдельно по видам освещенности).

На производстве и в местах, где нужна достаточная яркость, измерение освещенности проводится один раз в месяц. В других местах этот диапазон может быть значительно увеличен и достигать 1 раза в год или в два года. Зафиксированные ненадлежащие результаты являются причиной немедленного устранения нарушений и приведения качества света к нормативным показателям.

Цель проведения измерений освещенности – не наказать собственников предприятий, организаций, учреждений или прочих ответственных лиц. Они предназначены для сохранения здоровья человека. Поэтому периодический контроль освещенности крайне необходим и рекомендуем всеми специалистами.

Расчет цилиндрической косинусной насадки люксметра (результаты исследований показали, что использование стекла МС-13 толщиной более 2,5 мм и высотой выступающей части над корпусом равной 1,5 мм обеспечивают формирование пространственной характеристики с погрешностью не более 4%. Этого вполне достаточно для применения подобной конструкции в рабочих средствах измерения). (*.pdf)

Измерения освещённости дорожного покрытия проводят стационарным или мобильным способом. Нормы освещения в зависимости от категории и класса объектов улично-дорожной сети для городских и сельских поселений должны соответствовать ГОСТ Р 55706 Освещение наружное утилитарное. Классификация и нормы. При проведении измерений на открытом воздухе при температурах, выходящих за пределы рабочих температур измерительных приборов, их следует размещать в специальном боксе с термостатированием. Температуру воздуха измеряют в начале и в конце измерений. Измерения следует проводить в темное время суток, когда естественная освещённость составляет не более 10% от минимальной освещённости на контрольном участке. При проведении измерений принимают меры по исключению или ограничению постороннего света. При стационарном способе измерения освещённости используют люксметр, фотометрическая головка которого имеет кабель достаточной длины для соединения с регистрирующим прибором для исключения затенения света от осветительных приборов персоналом. Если это затруднительно или невозможно, то влияние этого фактора учитывают при обработке результатов измерений. Наличие любых факторов, создающих посторонний свет, должно быть отражено в протоколе измерений. 
В соответствии с классификацией освещаемых объектов по ГОСТ Р 55706 проводят измерения распределения освещённости покрытия проезжей части и пешеходной зоны, измерения распределения полуцилиндрической освещённости в пешеходной зоне и вертикальной освещённости на окнах зданий. Распределение освещённости на дорожном покрытии измеряют люксметром с фотометрической головкой, имеющей косинусную угловую характеристику.
Измерения горизонтальной освещённости (ГОСТ Р 54308-2011 Дороги автомобильные общего пользования. Горизонтальная освещённость от искусственного освещения. Методы контроля (Переиздание)) проводят при температуре воздуха от +5°С до +35°С, относительной влажности воздуха не более 90% и отсутствии атмосферных осадков, тумана, задымления. Измерение горизонтальной освещённости от искусственного освещения следует производить в тёмное время суток, когда отношение естественной освещённости к искусственной составляет не более 0,1. При измерении горизонтальной освещённости необходимо исключить возможность падения тени от любого объекта на измерительный фотометрический датчик. Измерения горизонтальной освещённости проводят прямыми измерениями в плоскости дорожного покрытия.

Сегодня купить приборы для измерения освещённости можно напрямую у производителя — ООО «НТП «ТКА». Данное научно-техническое предприятие занимается разработкой и выпуском контрольно-измерительных приборов с 1999 года. Каждый измеритель освещённости, выпущенный НТП «ТКА», соответствует государственным стандартам, имеет сертификаты и удобен в эксплуатации. Люксметры предназначены для прямых измерений освещённости в видимой области спектра, создаваемой различными источниками, произвольно пространственно расположенными.

Методика измерения внесена в эксплуатационную документацию (в частности, Руководство по эксплуатации) на средство измерения в раздел Порядок работы. Подтверждение соответствия этой методики измерения обязательным метрологическим требованиям к измерениям осуществлено в процессе утверждения типа данного средства измерения. Таким образом, все выпускаемые нами приборы предназначены для выполнения прямых измерений в полном соответствии со ст.5 (Требования к измерениям) Федерального закона 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений».

Возможность вырезания естественного фона освещения

Наличие функции первоначального затемнения датчика позволяет при выключенном искусственном освещении в обследуемой точке измерить освещённость, обусловленную наличием естественного освещения. При дальнейшем измерении прибор будет вычитать из значения измеренной освещённости в этой же точке начально измеренный уровень естественной освещенности: Е_иск = Е - Е _ест. Высокая стабильность во времени темновых характеристик используемого фотодатчика и заводская коррекция начального темнового уровня канала при нормальных условиях градуировки позволяет оценить границы основной относительной погрешности результата измерений, выполненных таким способом, при условии незначительности вклада случайной составляющей, как θ = 1,1√2 θ_пр , где θ_пр – относительная погрешность прибора, ( θ = 12,5%, при θ_пр = 8% ), при доверительной вероятности P = 0,95.
При этом необходимо учитывать, что пока будут выполняться оба этапа измерения, уровень естественной освещенности должен оставаться постоянным, т.е. в условиях максимальной стабильной световой обстановки:

• плотная облачность;
• отсутствие движения людей и объектов в районе точки измерения;
• минимальное время между этапами измерения;
• измерения фона и последующей общей освещённости производятся в одной точке пространства;
• при измерениях исключены перемещения и смена ориентации фотоголовки;
• при измерении исключены колебания значений фона.

Дополнительно: Засветка окон - требования документов.