«мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва»

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 3

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н.П.ОГАРЁВА»

Факультет светотехнический

Кафедра светотехники

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 1

По курсу «Оптические измерения»

ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ СВЕТА

Автор отчета Е.Е.Гуров

Обозначение работы ЛР – 02069964 – 221700.62 – 04 – 14

Преподаватель С.А.Амелькина

Саранск

2014

1 Цель и задачи работы

Цель: Изучение различных фотометрических схем, а также методов зрительной и физической фотометрии. Сравнить результаты измерений, проанализировать и охарактеризовать их определением относительной погрешности измерения в целом.

Приборы и материалы: Для исследований используется фотометрическая скамья, эталонная и сравнительная лампы накаливания, электроизмерительные приборы, прибор ЦТ-1.

Задачи: 1. Провести точную установку эталона, фотометрической головки, экранов, испытуемой лампы по общей оптической оси;

2. Произвести измерение силы света лампы сравнения с эталоном исследуемого источника света, силы света той же

лампы по схеме замещения, соединив каретку лампы сравнения с фотометрической головкой;

3. Повторить выполненные раннее измерения силы света исследуемой лампы фотометрическим методом (селеновым фотоэлементом с исправляющим светофильтром)

4. Определить цветовую температуру Т_цв исследуемой лампы при различных напряжениях, использую прибор ЦТ-1, относительную погрешность применяемых при измерениях приборов, охарактеризовать конечную точность, с которой измерена сила света лампы накаливания с помощью фотометрической головки и фотоэлектрического элемента.

2 Программа и методика эксперимента

Сила света – пространственная плотность светового потока в определенном направлении. Она определяется отношением светового потока к величине телесного угла, в пределах которого заключен и равномерно

расп

ределяется этот поток: I = .

В лабораторных условиях измерение силы света чаще всего

производится на световой скамье (называемой иногда линейным фотометром), представляющей собой устройство, где вдоль направляющих (труб, рельсов) могут перемещаться на рейтерах сравниваемые источники света и фотометрическая головка.

Технические измерения силы света производятся методом прямого сравнения исследуемого источника с образцовым по схеме представленной на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема измерения света на фотометрической скамье методом прямого сличения.

Сила света определяется из выражения:

E_эт = Е_х, Е= , тогда =

I_x = I _эт (1),

где: Е – освещенность, I_x – сила света исследуемой лампы, I _эт – сила света эталонной лампы, l_x , l _эт – расстояние исследуемой и эталонной лампы от испытательной фотометрической головки.

Когда к измерению предъявляются повышенные требования точности, используется схема замещения. В этом случае фотометрическая головка может иметь свободное перемещение, но чаще всего остается механически связанной с лампой сравнения (рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема измерения силы света на фотометрической скамье методом замещения

В процессе фотометрирования по схеме «замещения» при первоначальном измерении с эталоном после достижения фотометрического равновесия получается равенство:

I _эт = I _ср (2).

При другом измерении, когда вместо эталона устанавливается испытуемая лампа, после достижения фотометрического равновесия получается выражение:

I_x = I _ср (3).

Решая одновременно уравнения (2) и (3), получаем нашу расчетную формулу (1).

Фотоэлектрические измерения: В этом методе приемником излучения является фотоэлемент (ФЭ), чаще всего селеновый. В первом случае подбирают два таких расстояния l _эт и l_x , на которых источники с силами I_эт и I_х создают одинаковые освещения на поверхности ФЭ. Тогда расчетная формула принимает вид: I_x = I _эт (4). Во-втором случае подбирают два таких освещения и при которых источники с силами I_эт и I_х находятся на одинаковом расстоянии. Формула имеет следующий вид: I_x = I _эт (5).

Для определения цветовой температуры используется специальный прибор ЦТ-1. Он устанавливается на светомерной скамье в темном помещении. Центры приемника излучения прибора и измерительных ламп находятся на оси измерительной схемы. Для обеспечения воспроизводимости измерений необходимо предварительно высветить приемник излучения в течение 10-15 минут при освещенности, составляющей 100-150 % значения рабочей освещенности. Затем, снимаются показания фототоков i _{ф син} и i _{ф крас} приемника излучения, освещенного измерительной лампой через эти цветные фильтры и берут их отношение i _{ф син} / i _{ф крас} .

3 Результаты измерений

1. Измеряем силу света методом сличения и заполняем таблицу 1. Зная, что I _эт = 296 кд.

Таблица 1 – Данные для определения силы света методом сличения.

l эт , м	1,42	1,428	1,415	1,443	1,407	1,409	1,485	1,421	1,468
l х , м	1,58	1,582	1,585	1,557	1,593	1,591	1,515	1,579	1,532
Ix, кд	366,46	368,42	371,39	344,61	379,43	377,4	308,08	365,48	322,37
I ср , кд	355,96
(абсол-ая погрешность)	10,5	12,46	15,43	11,35	23,47	21,44	47,88	9,52	33,59
δ (относ-ая погрешность)	2,94	3,5	4,3	3,2	6,6	6	13,4	2,7	9,4

Расчет производится по формуле (1): I_x = I _{эт ,}

I_x= 296* = 366.46 (кд). Аналогично рассчитываем все данные столбцы.

I _ср = = = = 355.96 (кд).

=|I _ср - , = |355,96 – 366,46| = 10,5. Аналогично проводятся следующие расчеты.

δ = * 100 %, δ = * 100 % = 2,94 %. Аналогично проводятся следующие расчеты.

Среднеквадратичное отклонение : σ =

σ = =

= 25.38.

Вероятная погрешность: Р = = = 16,92

2. Измеряем силу света методом замещения и заполняем таблицу 2. Зная, что I _эт = 296 кд.

Таблица 2 – Данные для определения силы света методом замещения.

l эт , м	1,133	1,114	1,139	1,167	1,152	1,155	1,161	1,122	1,155
l х , м	0,98	0,978	0,966	0,965	0,989	0,966	0,942	0,959	0,963
Ix, кд	221,4	216,3	212,9	202,4	218,2	207,1	195	216,2	205,8
I ср , кд	210,6
(абсол-ая погрешность)	10,8	5,7	2,3	8,2	7,6	3,5	15,6	5,6	4,8
δ (относ-ая погрешность)	5,1	2,7	1,1	3,9	3,6	1,7	7,4	2,7	2,3

Расчет производится по формуле (1): I_x = I _{эт ,}

I_x= 296* = 221,4 (кд). Аналогично рассчитываем все данные столбцы.

I _ср = = = 210,6 (кд).

=|I _ср - , = |210,6 – 221,4| = 10,8. Аналогично проводятся следующие расчеты.

δ = * 100 %, δ = * 100 % = 5,1 %. Аналогично проводятся следующие расчеты.

Среднеквадратичное отклонение : σ =

σ = = 8,55.

Вероятная погрешность: Р = = = 5,7

3. Измеряем силу света с помощью фотоэлектрических измерений и заполняем таблицу 3. Зная, что I _эт = 296 кд. Подбирают два таких расстояния l _эт и l_x , на которых источники с силами I_эт и I_х создают одинаковые освещения на поверхности ФЭ.

Таблица 3 – Данные для определения силы света с помощью фотоэлектрических измерений (первый способ).

i , mA	120	110	100	90	80	70	60	50	40
l эт , м	0,639	0,704	0,777	0,853	0,953	1,074	1,213	1,392	1,587
l х , м	0,735	0,799	0,874	0,962	1,047	1,155	1,303	1,492	1,726
Ix, кд	340,4	335,9	332,9	333,8	325,2	318,3	318	317,3	321,9
I ср , кд	327,1
(абсол-ая погрешность)	13,3	8,8	5,8	6,7	1,9	8,8	9,1	9,8	6
δ (относ-ая погрешность)	4,1	2,7	1,8	2	0,58	2,7	2.8	3	1,8

Расчет производится по формуле (4): I_x = I _эт

I_x = 296 = 340,4 (кд). Аналогично рассчитываем все данные столбцы.

I _ср = = = 327,1 (кд).

=|I _ср - , = |327,1 – 340,4| = 13,3. Аналогично проводятся следующие расчеты.

δ = * 100 %, δ = * 100 % = 4.1 %. Аналогично проводятся следующие расчеты.

Среднеквадратичное отклонение : σ =

σ = = 8,86.

Вероятная погрешность: Р = = = 5,9

4. Измеряем силу света с помощью фотоэлектрических измерений и заполняем таблицу 4. Зная, что I _эт = 296 кд. Подбирают два таких освещения и при которых источники с силами I_эт и I_х находятся на одинаковом расстоянии.

Таблица 4 – Данные для определения силы света с помощью фотоэлектрических измерений (второй способ).

l , м	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7
i эт , mA	83	73	59	58	50,5	45	41	37	34
i х , mA	94	84	75	66	59	54,5	50	45	40,5
Ix, кд	335,2	340,6	376,2	336,8	345,8	358,4	360,9	360	352,6
I ср , кд	351,8
(абсол-ая погрешность)	16,6	11,2	24,4	15	6	6,6	9,1	8,2	0,8
δ (относ-ая погрешность)	4,7	3,2	6,9	4,2	1,7	1,9	2,6	2,3	0,22

Расчет производится по формуле (5): I_x = I _эт

I_x = 296 = 335,2 (кд). Аналогично рассчитываем все данные столбцы.

I _ср = = = 351,8 (кд).

=|I _ср - , = |351,8 – 335,2| = 16,6. Аналогично проводятся следующие расчеты.

δ = * 100 %, δ = * 100 % = 4.7 %. Аналогично проводятся следующие расчеты.

Среднеквадратичное отклонение : σ =

σ = = 13,5.

Вероятная погрешность: Р = = = 9.

5. Определяем цветовую температуру с помощью специального прибора ЦТ-1 и заполняем таблицу 5. По полученным данным строим график 1.

Таблица 5 – Данные для определения цветовой температуры методом сине-красного сличения.

График 1 –

график зависимости цветовой температуры от напряжения питания.

6. Теперь определим вероятное значение измеряемой величины:

I _вер = 355,96 16,92 (кд) – для первого опыта;

I _вер = 210,6 5,7(кд) – для второго опыта;

I _вер = 327,1 5,9 (кд) – для третьего опыта;

I _вер = 351,8 9 (кд) – для четвертого опыта.

Анализ результатов и выводы

В ходе работы, мы изучили несколько схем и методов определения силы света. Сравнивая полученные результаты, можно сказать, что самым неточным методом является метод сличения, так как наш зрительный орган дает большие погрешности. Вероятная погрешность в этом опыте равна 16,92. Вероятное значение колеблется в больших пределах: 355,96 16,92 (кд)

Наименьшей вероятной погрешность обладает метод замещения, она равна 5,7. Это обусловлено тем, что фотометрическая головка механически связана с лампой сравнения. Не на много отличается результат вероятной погрешности метода фотоэлектрических измерений, Р = 5,9.

Так же мы построили график зависимости цветовой температуры исследуемой лампы от напряжения источника, по которому видно, что чем больше напряжение, тем выше температура.

Список использованных источников

1. Рыков В.И., Хритина С.Ф. Фотометрия: Учеб. пособие / Мордов. ун-т Саранск, 1985. 76 с.