影响光照度计准确度的若干原因分析

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　　摘要：照度计是测量光照度的测量器具。照度计应用非常广泛，几乎各大照明场所都需要用其来进行照度检测，目的是为了保证人们的生活工作环境或者活动场所有健康的、无污染的光照。目前，无论是房地产业的建筑室内照明、电梯照明，还是机动车的内外照明、工矿企业的工作环境照明都需要使用照度计。随着国民经济的发展，照度计发挥着举足轻重的作用，因此照度计的检定十分重要。
　　关键词：计量标准;光照度计;准确度
　　引言
　　光照度计是用来测量照度的仪器，它主要由光度头和显示器两部分组成，而光度头又由余弦修正器、干涉滤光片、光探测器组成。工作时，当光辐射通过余弦修正器、干涉滤光片后投射到光头探测器下时，就会产生一个电信号。经过I/V变换，然后通过信号放大器，最后在显示器上显示出相应的信号，即照度值。
　　1、光度计量标准
　　国内目前建立的主要光度基准包括：发光强度和光通量的国家基准及弱光度国家基准。
　　发光强度基准是根据1979年第十六届国际讨论大会对“坎德拉”作为基本单位的新定义复现的。我国于1982年采用锥腔型电校准辐射计复现了发光强度单位，其相对扩展不确定度为0.28%。在1997-1998年国际光度与辐射度委员会（CCPR）组织的国际比对中，参加国际比对的各国实验室的传递标准灯组光强值与国际平均值偏差小于0.2%有英国、澳大利亚、日本、中国、美国、匈牙利、加拿大七个国家，其余各国偏差也不大[1]。说明参加国际比对的各国实验室发光强度单位的量值一致性是比较好的。我国复现发光强度单位—坎德拉的标准不确定度很小，仅为0.14%，发光强度单位与国际平均值十分接近，偏差仅为-0.16%，我国是比对数据较好的国家之一。此次发光强度单位国际比对结果，总的看是比较令人满意的。
　　发光强度基准往下依次从量值传递到发光强度副基准、工作基准和发光强度标准灯。
　　光照度由发光强度标准根据距离平方反比法则导出，因此，发光强度标准同时也是照度标准。在光度测量装置上，改变光强标准灯和照度计探测面间的距离，即可算出不同距离时的光照度值，从而标定或校准光照度计。
　　总光通量由发光强度单位导出，光通量基准采用绝对测量法建立，是由自动分布光度计和发光强度副基准灯组构成的基准装置。对光源发光强度的空间分布用分布光度计进行测量，再由此计算出光源发出的总光通量。整套光通量副基准采用计算机进行控制和数据处理。我国光通量基准（102～104lm）的相对扩展不确定度为0.5%，k=3。1997-1998年国际光度与辐射度委员会（CCPR）组织的国际比对中，光通量值與国际平均值的相对偏差为-0.22%[2]。
　　弱光度国家基准出一组性能优良的带有V（λ）滤光器和V'（λ）滤光器的标准探测器组成，并按照发光强度单位坎德拉（cd）的新定义由电校准辐射计借助于高度线性的自校准硅光二极管过渡而复现弱光照度单位。其相对扩展不确定度可达到1.5%，k=3。
　　2、误差分析
　　在光照度计检定过程中，影响照度计检定的因素有很多。除了外界光线、温湿度、稳压直流电源的电压波动、标准灯移动过程中所造成的振动、人员读数等造成随机测量误差;还有采用平方反比定律所带来的理论计算误差，以及标准灯的定位精度、光度头与灯丝平面调节情况、摆放孔径光阑的位置等所带来的固有误差;照度计本身的示值误差。
　　2.1随机测量误差
　　检定过程中的随机测量误差主要包括外界光线、温湿度的影响、稳压直流电源的电压波动、标准灯移动过程中的振动、以及人员读数等。在这些随机测量误差中，有些是不可避免，这就需要我们采取措施尽可能的减小误差影响，比如外界光线、温湿度等。我们可以将其放在黑暗的恒温室中，以减小外界光线、温湿度的影响。为了减小标准灯移动过程中所造成的振动的影响，我们选用光轨以及滑车，并且在测量过程中缓慢滑动来减小振动的影响。而人员读数问题，就需要我们检定人员具备相当专业的检定知识，并且在检定过程中认真负责。
　　2.2固有误差
　　2.2.1平方反比法误差
　　在照度计的检定过程中，照度值是根据平方反比法计算的。虽然这种方法计算简单，但在检定时，要求标准灯的灯丝平面至少大于发光面或光度头的测试面的最大线度（灯丝平面、光度头测试面的对角线长度或直径）的15倍以上。并且要将光源看成一个点光源，看似很简单，实际上在实验中是很难满足要求的。
　　在实验中我们固定光度头位置，并遮光调节零点，然后揭开遮盖光度头的盖子，改变标准灯到光度头的距离l，让其在光度头测试面上产生不同的照度值E，其计算公式如下：
　　E=
　　式中：I—发光强度
　　通过曲线拟合可以看出照度标准值倒数与距离的二次拟合性很好，而且通过照度值和测量值的比较图可以发现他们之间的差别不大，所以采用平方反比定律是可行的，虽然存在误差但误差不大。
　　2.2.2检定误差
　　检定过程中测量距离l的值是从光轨上的刻度尺读取的，它的不准确性所带来的误差为系统的固有误差，这是不可避免的。但是可以通过一些技术手段减小误差。而且在检定过程中需调整标准灯的灯丝平面和光度头的测试面，使它们垂直于光轨的水平测量轴线，且中心点位于该轴线上，但在实际中，光度头与灯丝平面调节不确定性将造成最终检定结果的误差。
　　2.2.3光阑的选取及其设置
　　在照度测量中还有很多因素的影响，比如距离的测量误差，探头的非线性，灯电流的调整误差等等，但最主要的还是杂散光的影响，测量中大约有一半的固有误差是由杂散光造成的，因此光阑的选择与布置在测量中就显得尤为重要。我们可以通过目视的方法来检查光阑是否布置合理，当我们从光度头方向向光源看去的时候我们只看到一个接一个的光阑及光源的，反之当我们从光源位置向光度头看去的时候只看到光阑和光度头，而且旁边不应该有比光度头更亮的东西，这样就说明光阑摆放合理了。
　　2.3仪器示值误差
　　作者在检定工作中发现，有些仪器在设计方面存在很多问题。根据现有的检定规程中，二级照度计的相对示值误差应该在±8%，但是由于一些仪器具有几个量程，特别是在测量大量程的时候，有些仪器的分辨率不够，比如在检定×100量程的时候，我们选用的标准值是2000时，这个照度计测出的数值是1899lx，但是由于设置的问题它将后面的数值舍去，显示的只是18×100lx，算出的相对示值误差大于±8%，但事实上它符合二级的，这就导致了检定过程中的不准确[3]。
　　2.4距离误差
　　检定过程中测量距离l的值是从光轨下的分度尺读取的，它的不准确性所带来的误差为系统的固有误差，这是不可避免的。但是可以通过一些技术手段减小误差。而且在检定过程中需调整标准灯的灯丝平面和光度头的测试面，使它们垂直于光轨的水平测量轴线，且中心点位于该轴线下。但在实际操作中，光度头与灯丝平面调节不确定性将造成最终检定结果的误差。
　　2.5标准灯的灯丝平面与照度计光度探头调整不准确的误差
　　标准灯灯丝应与照度计光度探头垂直于光轴且中心位于光轴下，如果没有完备的调整装置，则无法保证测量设备在同一光路下，产生误差则是必然的。实际工作中应使用水准仪、经纬仪等设备来保证水平垂直，灯架和探头架应可多维调节，保证可用科学精确的方法尽可能减小光路调整不准确带来的误差。
　　结语
　　光照度计检定过程中有可能引人误差的因素较多。本文主要结合规程，从工作实际出发，探讨分析了若干影响照度计准确度的原因并提出了一些解决办法。
　　参考文献
　　[1]齐凤河，刘楚明.基于BH1710的照度计设计[J].大庆师范学院学报，2011，31（6）：14-17.
　　[2]叶德培，赵峰，施昌彦，等.国家计量技术规范（JJF1059.1-2012）：测量不确定度评定与表示[S].北京：中国计量出版社，2012.
　　[3]姜晓梅，高执中.国家计量检定规程（JJG 245-2005）[S].北京：中国计量出版社，2005.
　　（作者单位：天津市电子仪表实验所天津市）
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