VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV ELEKTROENERGETIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF ELECTRICAL POWER ENGINEERING

ZMĚNY SPEKTRA ZÁŘIVÉHO TOKU SVĚTELNÝCH ZDROJŮ V ZÁVISLOSTI NA NAPĚTÍ

DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER‘S THESIS

AUTOR PRÁCE AUTHOR

BRNO 2008

Bc. TOMÁŠ NOVOTNÝ

LICENČNÍ SMLOUVA POSKYTOVANÁ K VÝKONU PRÁVA UŽÍT ŠKOLNÍ DÍLO uzavřená mezi smluvními stranami: 1. Pan/paní Jméno a příjmení:

Bc. Tomáš Novotný

Bytem:

Těšovská 324, 68734, Uherský Brod-Těšov

Narozen/a (datum a místo):

4.1.1984, Kyjov

(dále jen „autor“) a 2. Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií se sídlem Údolní 244/53, 602 00, Brno jejímž jménem jedná na základě písemného pověření děkanem fakulty: doc. Ing. Petr Toman, Ph.D. (dále jen „nabyvatel“) Čl. 1 Specifikace školního díla 1. Předmětem této smlouvy je vysokoškolská kvalifikační práce (VŠKP): □ disertační práce diplomová práce □ bakalářská práce □ jiná práce, jejíž druh je specifikován jako ....................................................... (dále jen VŠKP nebo dílo) Název VŠKP:

Změny spektra zářivého toku světelných zdrojů v závislosti na napětí

Vedoucí/ školitel VŠKP:

Ing. Jiří Drápela, Ph.D.

Ústav:

Ústav elektroenergetiky

Datum obhajoby VŠKP: VŠKP odevzdal autor nabyvateli v*:

*

hodící se zaškrtněte

tištěné formě

–

počet exemplářů 1

elektronické formě

–

počet exemplářů 1

2. Autor prohlašuje, že vytvořil samostatnou vlastní tvůrčí činností dílo shora popsané a specifikované. Autor dále prohlašuje, že při zpracovávání díla se sám nedostal do rozporu s autorským zákonem a předpisy souvisejícími a že je dílo dílem původním. 3. Dílo je chráněno jako dílo dle autorského zákona v platném znění. 4. Autor potvrzuje, že listinná a elektronická verze díla je identická. Článek 2 Udělení licenčního oprávnění 1. Autor touto smlouvou poskytuje nabyvateli oprávnění (licenci) k výkonu práva uvedené dílo nevýdělečně užít, archivovat a zpřístupnit ke studijním, výukovým a výzkumným účelům včetně pořizovaní výpisů, opisů a rozmnoženin. 2. Licence je poskytována celosvětově, pro celou dobu trvání autorských a majetkových práv k dílu. 3. Autor souhlasí se zveřejněním díla v databázi přístupné v mezinárodní síti □ ihned po uzavření této smlouvy 1 rok po uzavření této smlouvy □ 3 roky po uzavření této smlouvy □ 5 let po uzavření této smlouvy □ 10 let po uzavření této smlouvy (z důvodu utajení v něm obsažených informací) 4. Nevýdělečné zveřejňování díla nabyvatelem v souladu s ustanovením § 47b zákona č. 111/ 1998 Sb., v platném znění, nevyžaduje licenci a nabyvatel je k němu povinen a oprávněn ze zákona. Článek 3 Závěrečná ustanovení 1. Smlouva je sepsána ve třech vyhotoveních s platností originálu, přičemž po jednom vyhotovení obdrží autor a nabyvatel, další vyhotovení je vloženo do VŠKP. 2. Vztahy mezi smluvními stranami vzniklé a neupravené touto smlouvou se řídí autorským zákonem, občanským zákoníkem, vysokoškolským zákonem, zákonem o archivnictví, v platném znění a popř. dalšími právními předpisy. 3. Licenční smlouva byla uzavřena na základě svobodné a pravé vůle smluvních stran, s plným porozuměním jejímu textu i důsledkům, nikoliv v tísni a za nápadně nevýhodných podmínek. 4. Licenční smlouva nabývá platnosti a účinnosti dnem jejího podpisu oběma smluvními stranami.

V Brně dne: ……………………………………. ……………………………………….. Nabyvatel

………………………………………… Autor

Bibliografická citace práce: NOVOTNÝ, T. Změny spektra zářivého toku světelných zdrojů v závislosti na napětí. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2008. 100 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Jiří Drápela, Ph.D.

Prohlašuji, že jsem svou diplomovou práci vypracoval samostatně a použil jsem pouze podklady (literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v přiloženém seznamu. Zároveň bych na tomto místě chtěl poděkovat vedoucímu diplomové práce Ing. Jiřímu Drápelovi, Ph.D. za cenné rady, připomínky k mé práci a poskytnutou literaturu.

……………………………

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav elektroenergetiky

Diplomová práce

ZMĚNY SPEKTRA ZÁŘIVÉHO TOKU SVĚTELNÝCH ZDROJŮ V ZÁVISLOSTI NA NAPĚTÍ Bc. Tomáš Novotný

vedoucí: Ing. Jiří Drápela, Ph.D. Ústav elektroenergetiky, FEKT VUT v Brně, 2008

Brno

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Faculty of Electrical Engineering and Communication Department of Electrical Power Engineering

Master’s Thesis

SPECTRUM POWER DISTRIBUTION OF RADIANT FLUX DEPENDING ON SUPPLY VOLTAGE by

Bc. Tomáš Novotný

Supervisor: Ing. Jiří Drápela, Ph.D. Brno University of Technology, 2008

Brno

Abstrakt

8

ABSTRAKT Diplomová práce se skládá ze dvou částí. V první části popisuje základní veličiny světelné techniky, základní principy přeměn elektrické energie na světelnou energii, zákony popisující teplotní záření a věnuje se charakteristice teplotních a výbojových světelných zdrojů, které jsou používány k všeobecnému osvětlování. Nakonec je v této části diplomové práce uvedena teoretická analýza vlivu napětí na parametry světelného toku světelných zdrojů. V druhé části se diplomová práce zabývá návrhem a sestavením měřicího pracoviště pro měření spektrálního vyzařování světelných zdrojů v závislosti na napájecím napětí a na závěr je provedeno vyhodnocení změn spektrálního vyzařování a dalších světelných parametrů při změnách napájecího napětí světelných zdrojů.

KLÍČOVÁ SLOVA:

světelná technika; zářivý tok; spektrum; světelný zdroj; světelný tok; teplotní světelný zdroj; výbojový světelný zdroj; relativní odchylka

Abstract

9

ABSTRACT The master’s thesis consists of two parts. The first part describes base quantities of lighting engineering, basics of the electrical energy transformation to the light energy, laws of the thermal radiation and characteristics of incandescence and discharge light sources used for general illumination. This part concludes with a theoretical analysis of influence of power supply on the parameters of light source’s luminous flux. The second part of the thesis deals with the draft and configuration of a workplace for measuring spectral radiation of light sources depending on power supply. The last part of the thesis is created by the evaluation of spectral radiation and other light parameters changes according to the light source’s power supply changes.

KEY WORDS:

.

lighting engineering; radiant flux; spectrum; light source; luminous flux; incandescence light source; discharge light source; relative deviation

Obsah

10

OBSAH SEZNAM OBRÁZKŮ................................................................................................................................12 SEZNAM TABULEK ................................................................................................................................15 SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK.......................................................................................................17 1 ÚVOD .......................................................................................................................................................19 2 ZÁKLADNÍ POJMY VE SVĚTELNÉ TECHNICE ...........................................................................20 2.1 VIDITELNÉ ZÁŘENÍ A SVĚTLO .........................................................................................................20 2.2 ZÁKLADNÍ VELIČINY ........................................................................................................................20 2.3 ZÁKLADNÍ PRINCIPY PŘEMĚN ELEKTRICKÉ ENERGIE NA SVĚTELNOU ENERGII .........................25 2.4 ZÁKONY TEPLOTNÍHO ZÁŘENÍ ........................................................................................................25 3 SVĚTELNÉ ZDROJE PRO VŠEOBECNÉ OSVĚTLOVÁNÍ ...........................................................27 3.1 ROZDĚLENÍ SVĚTELNÝCH ZDROJŮ .................................................................................................27 3.2 TEPLOTNÍ SVĚTELNÉ ZDROJE .........................................................................................................27 3.2.1 KLASICKÉ ŽÁROVKY ...............................................................................................................27 3.2.2 HALOGENOVÉ ŽÁROVKY ........................................................................................................28 3.3 VÝBOJOVÉ SVĚTELNÉ ZDROJE ........................................................................................................29 3.3.1 PŘEDŘADNÉ SYSTÉMY ............................................................................................................29 3.3.2 LINEÁRNÍ ZÁŘIVKY .................................................................................................................31 3.3.3 KOMPAKTNÍ ZÁŘIVKY.............................................................................................................33 3.3.4 INDUKČNÍ VÝBOJKY ................................................................................................................33 3.3.5 NÍZKOTLAKÉ SODÍKOVÉ VÝBOJKY .........................................................................................34 3.3.6 VYSOKOTLAKÉ RTUŤOVÉ VÝBOJKY .......................................................................................34 3.3.7 VYSOKOTLAKÉ SODÍKOVÉ VÝBOJKY ......................................................................................35 3.3.8 HALOGENIDOVÉ VÝBOJKY ......................................................................................................35 4 ANALÝZA VLIVU ZMĚNY NAPĚTÍ .................................................................................................37 4.1 TEPLOTNÍ SVĚTELNÉ ZDROJE .........................................................................................................37 4.2 VÝBOJOVÉ SVĚTELNÉ ZDROJE ........................................................................................................40 5 NÁVRH A SESTAVENÍ MĚŘICÍHO PRACOVIŠTĚ .......................................................................46 5.1 VÝBĚR FILTRU A URČENÍ JEHO PROPUSTNOSTI .............................................................................46 5.2 URČENÍ PROPUSTNOSTI OTVORU KULOVÉHO INTEGRÁTORU .......................................................48 5.3 MĚŘICÍ PRACOVIŠTĚ .......................................................................................................................49 6 MĚŘENÍ A VYHODNOCENÍ ZMĚN SPEKTRA SVĚTELNÝCH ZDROJŮ ................................51 6.1 VYHODNOCENÍ ZMĚN SPEKTRA V RŮZNÝCH ČÁSTECH VÝBOJE ...................................................52 6.2 VYHODNOCENÍ VYZAŘOVACÍCH SPEKTER ŽÁROVEK....................................................................54 6.3 VYHODNOCENÍ SPEKTER VYZAŘOVÁNÍ NÍZKOTLAKÝCH RTUŤOVÝCH VÝBOJEK .......................57 6.3.1 VYHODNOCENÍ SPEKTER NÍZKOTLAKÝCH RTUŤOVÝCH VÝBOJEK S ELEKTRONICKÝM PŘEDŘADNÝM SYSTÉMEM................................................................................................................62 6.4 VYHODNOCENÍ SPEKTER VYZAŘOVÁNÍ HID VÝBOJEK .................................................................65 7 ZÁVĚR.....................................................................................................................................................72

Obsah

11

POUŽITÁ LITERATURA ........................................................................................................................75 SEZNAM PŘÍLOH ....................................................................................................................................76

Seznam obrázků

12

SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázek 1. Diagram k určení náhradní teploty chromatičnosti[7] ...............................................23 Obrázek 2. Trichromatický trojúhelník s čárou teplotních zdrojů[3] ............................................24 Obrázek 3. Rozdělení světelných zdrojů[3]....................................................................................27 Obrázek 4. Spektrum žárovky ve viditelné oblasti světla[18] ........................................................28 Obrázek 5. Zapojení zářivky s indukčním předřadníkem při paralelní kompenzaci[17]...............29 Obrázek 6. Schéma zapojení elektronického předřadníku [19] .....................................................30 Obrázek 7. Princip funkce zářivky a spektrum vyzařování [12], [13] ...........................................31 Obrázek 8. Závislost relativního světelného toku na teplotě u zářivky OSRAM T8 [9]................32 Obrázek 9. Kompaktní zářivka [19] ...............................................................................................33 Obrázek 10. Indukční výbojka Endura a její spektrum vyzařování [9], [3] ..................................33 Obrázek 11. Nízkotlaká sodíková výbojka a její spektrum vyzařování [3], [9] .............................34 Obrázek 12. Vysokotlaká rtuťová výbojka a její spektrum vyzařování [11], [9] ...........................35 Obrázek 13. Zapojení vysokotlaké sodíkové výbojky a její spektrum vyzařování [3], [10]...........35 Obrázek 14. Halogenidová výbojka a její spektrum vyzařování [11], [10]..................................36 Obrázek 15. Provozní charakteristika žárovky[15] .......................................................................39 Obrázek 16. Planckův zákon vyzařování černého tělesa [13] .......................................................39 Obrázek 17. Provozní charakteristika rtuťových výbojek s elektronickým předřadníkem[1].......41 Obrázek 18. Světelný tok u výbojek s elektronickým předřadníkem zajišťující konstantní výkon[1] ................................................................................................................................................41 Obrázek 19. Provozní charakteristika indukční výbojky[1]...........................................................42 Obrázek 20. Provozní charakteristika nízkotlaké rtuťové výbojky s elektromagnetickým předřadníkem[1] ....................................................................................................................42 Obrázek 21. Provozní charakteristika vysokotlaké sodíkové výbojky s hybridním předřadníkem[2] ................................................................................................................................................43 Obrázek 22. Provozní charakteristiky výbojek s elektromagnetickým předřadníkem[2] ..............44 Obrázek 23. Provozní charakteristiky sodíkových výbojek s elektromagnetickým předřadníkem[2] ................................................................................................................................................44 Obrázek 24. Propustnost filtru při žárovce 60W na 230V .............................................................47 Obrázek 25. Porovnání propustností pro klasickou žárovku a halogenovou žárovku ..................48 Obrázek 26. Propustnost otvoru kulového integrátoru ..................................................................49 Obrázek 27. Varianty zapojení měřicího pracoviště ......................................................................50 Obrázek 28. Relativní odchylky spekter vyzařování různých částí 36W zářivky Osram................53 Obrázek 29. Relativní odchylky spekter 60W a 100W žárovky ......................................................55

Seznam obrázků

13

Obrázek 30. Relativní odchylky spekter 150W a 300W žárovky ....................................................56 Obrázek 31. Průběhy relativních odchylek spekter 18W zářivek Osram .....................................59 Obrázek 32. Průběh relativních odchylek 36W zářivek Osram .....................................................60 Obrázek 33. Průběh relativních odchylek 36W Sylvania a Philips................................................60 Obrázek 34. Průběhy relativních odchylek 58W zářivek Osram....................................................61 Obrázek 35. Průběhy relativních odchylek spekter zářivky Osram L 36W/21-840 s elektronickými předřadníky Tridonic a Beghelli ............................................................................................64 Obrázek 36. Průběhy relativních odchylek zářivky Osram L 36W/21-840 s elektronickým předřadníkem Helvar a kompaktní zářivka Osram Dulux 23W/41-827.................................64 Obrázek 37. Průběhy relativních odchylek spekter 100W a 50W vysokotlaké sodíkové výbojky ..67 Obrázek 38. Průběhy relativních odchylek spekter 70W vysokotlakých sodíkových výbojek ........68 Obrázek 39. Průběhy relativních odchylek spekter 150W halogenidových výbojek ......................69 Obrázek 40. Průběhy relativních odchylek spekter 80W vysokotlaké rtuťové výbojky Tesla ........70 Obrázek 41. Průběhy relativních odchylek spekter 70W nízkotlaké sodíkové výbojky Osram .....71

Seznam obrázků v příloze B Obrázek B1. Proložená křivka propustnosti polynomem 6. řádu při halogenové žárovce ............78 Obrázek B2. Propustnost otvoru kulového integrátoru..................................................................79

Seznam obrázků v příloze C Obrázek C1. Relativní spektra vyzařování lineární zářivky ve vodorovném umístnění .................81 Obrázek C2. Relativní spektra vyzařování lineární zářivky ve svislém umístnění .........................81 Obrázek C3. Relativní spektra vyzařování 60W žárovky ..............................................................82 Obrázek C4. Relativní spektra vyzařování 100W žárovky .............................................................82 Obrázek C5. Relativní spektra vyzařování 150W žárovky .............................................................83 Obrázek C6. Relativní spektra vyzařování 300W žárovky .............................................................83 Obrázek C7. Relativní spektrální hustoty vyzařování zářivky Osram L 18W/20 ..........................84 Obrázek C8. Relativní spektrální hustoty vyzařování zářivky Osram L 18W/21-840....................84 Obrázek C9. Relativní spektrální hustoty vyzařování zářivky Sylvania F 36W/830 ......................85 Obrázek C10. Relativní spektrální hustoty vyzařování zářivky Osram L 36W/21-840..................85 Obrázek C11. Relativní spektrální hustoty vyzařování zářivky Osram L 36W/20 .........................86 Obrázek C12. Relativní spektrální hustoty vyzařování zářivky Philips TLD 36W/3......................86 Obrázek C13. Relativní spektrální hustoty vyzařování zářivky Osram L 58W/21-840..................87 Obrázek C14. Relativní spektrální hustoty vyzařování zářivky Osram L 58W/20 .........................87

Seznam obrázků

14

Obrázek C15. Relativní spektrální hustoty vyzařování zářivky Osram L 36W/21-840 s elektronickým předřadníkem Helvar ......................................................................................88 Obrázek C16. Relativní spektrální hustoty vyzařování kompaktní zářivky Osram Dulux 23W/41-827......................................................................................................88 Obrázek C17. Relativní spektrální hustoty vyzařování 100W vysokotlaké sodíkové výbojky Tesla ................................................................................................................................................89 Obrázek C18. Relativní spektrální hustoty vyzařování 70W vysokotlaké sodíkové výbojky Osram ................................................................................................................................................89 Obrázek C19. Relativní spektrální hustoty vyzařování 70W vysokotlaké sodíkové výbojky Tesla 90 Obrázek C20. Relativní spektrální hustoty vyzařování 50W vysokotlaké sodíkové výbojky Tesla 90 Obrázek C21. Relativní spektrální hustoty vyzařování 70W nízkotlaké sodíkové výbojky Osram.91 Obrázek C22. Relativní spektrální hustoty vyzařování 150W halogenidové výbojky Toplite........91 Obrázek C23. Relativní spektrální hustoty vyzařování 150W halogenidové výbojky Osram ........92 Obrázek C24. Relativní spektrální hustoty vyzařování 80W vysokotlaké rtuťové výbojky Tesla...92

Seznam tabulek

15

SEZNAM TABULEK Tabulka 1. Emisivita wolframu[8] .................................................................................................38 Tabulka 2. Jasy, náhradní teploty chromatičnosti a barevné souřadnice různých míst lineární zářivky ....................................................................................................................................52 Tabulka 3. Jasy, teploty chromatičnosti a barevné souřadnice u žárovek.....................................54 Tabulka 4. Jasy, náhradní teploty chromatičnosti a barevné souřadnice pro zářivky s elektromagnetickým předřadníkem ........................................................................................58 Tabulka 5. Jasy, náhradní teploty chromatičnosti a barevné souřadnice lineární zářivky a kompaktní zářivky...................................................................................................................63 Tabulka 6. Jasy, náhradní teploty chromatičnosti a barevné souřadnice u vysokotlakých sodíkových výbojek .................................................................................................................65 Tabulka 7. Jasy, náhradní teploty chromatičnosti a barevné souřadnice u halogenidových výbojek, vysokotlaké rtuťové a nízkotlaké sodíkové výbojky ..................................................66

Seznam tabulek v příloze A Tabulka A1. Podrobná specifikace spektroradiometru CS-1000A ...............................................77

Seznam tabulek v příloze B Tabulka B1. Hodnoty propustností a kalibračních koeficientů ND filtru .....................................80 Tabulka B2. Hodnoty propustností a kalibračních koeficientů otvoru kulového integrátoru........80

Seznam tabulek v příloze D Tabulka D1. Relativní odchylky v různých místech zářivky Osram L 36W/21-840 .......................93 Tabulka D2. Relativní odchylky vyzařovacích spekter 60W a 100W žárovky...............................93 Tabulka D3. Relativní odchylky vyzařovacích spekter 150W a 300W žárovky..............................94 Tabulka D4. Relativní odchylky spekter 18W zářivek Osram s elektromagnetickým předřadníkem ................................................................................................................................................94 Tabulka D5. Relativní odchylky spekter 36W zářivek Osram s elektromagnetickým předřadníkem ................................................................................................................................................95 Tabulka D6. Relativní odchylky spekter 36W zářivek Sylvania a Philips Osram s elektromagnetickým předřadníkem......................................................................................95 Tabulka D7. Relativní odchylky spekter 58W zářivek Osram s elektromagnetickým předřadníkem ................................................................................................................................................96 Tabulka D8. Relativní odchylky spekter zářivky Osram L 36W/21-840 s předřadníky Tridonic a Beghelli...................................................................................................................................96

16 Tabulka D9. Relativní odchylky spekter kompaktní zářivky Osram a 36W zářivky Osram s předřadníkem Helvar .............................................................................................................97 Tabulka D10. Relativní odchylky spekter 100W a 50W vysokotlaké sodíkové výbojky TESLA .....97 Tabulka D11. Relativní odchylky spekter 70W vysokotlakých sodíkových výbojek OSRAM a TESLA.....................................................................................................................................98 Tabulka D12. Relativní odchylky spekter 150W halogenidových výbojek Toplite a Osram..........98 Tabulka D13. Relativní odchylky spekter 80W vysokotlaké rtuťové výbojky Tesla a 70W sodíkové nízkotlaké výbojky Osram.......................................................................................................99

Seznam tabulek v příloze E Tabulka E1. Seznam použitých světelných zdrojů a předřadných systémů ..................................100

Seznam symbolů a zkratek

17

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK SYMBOL c E H I i Il Im Km K(λ) L M M(λ,T) M(T) Mš MČT m Pm Pl Qz Q QO QV Ra R S Sp S(λ) Sri(λ) Srpr(λ) Sr230(λ) Tc Tn T Tz u UV IR

JEDNOTKA NÁZEV J.kg -1.K -1 lx lm.m -2 cd A A A lm.W -1 lm.W -1 cd.m -2 lm.W -1 W.m -2.m -1 W.m -2 W.m -2 W.m -2 kg W W W.s W J W Ω m2 m2 K K K h V -

Měrná tepelná kapacita Intenzita osvětlení Světlení Svítivost Elektrický proud Proud oblouku výbojového světelného zdroje Celkový proud světelného systému Maximum světelné účinnosti monochromatického záření Světelné účinnosti monochromatického záření Jas Měrný výkon Spektrální hustota vyzařování Intenzita vyzařování Intenzita vyzařování šedého tělesa Intenzita vyzařování absolutně černého tělesa Hmotnost Příkon světelného systému Příkon elektrického oblouku výbojového světelného zdroje Zářivá energie Energie Tepelná energie Odvedená energie Index barevného podání Odpor vlákna žárovky Plocha Povrch vlákna žárovky Poměrná spektrální hustota zářivého toku Porovnávaná relativní spektrální hustota Relativní spektrální hustota uprostřed trubice zářivky Relativní spektrální hustota při napětí 230V Teplota chromatičnosti Náhradní teplota chromatičnosti Termodynamická teplota Doba života světelného zdroje Elektrické napětí Ultrafialové záření Infračervené záření

Seznam symbolů a zkratek

SYMBOL V(λ)

JEDNOTKA NÁZEV

α αČT δri

%

Poměrná světelná účinnost monochromatického záření Poměrná pohltivost Poměrná pohltivost absolutně černého tělesa Relativní odchylky spekter obecně

δrl

%

Relativní odchylky spekter levé části trubice lineární zářivky při vodorovném umístnění

δrp

%

Relativní odchylky spekter pravé části trubice lineární zářivky při vodorovném umístnění

δrd

%

Relativní odchylky spekter dolní části trubice lineární zářivky při svislém umístnění

δrh

%

Relativní odchylky spekter horní části trubice lineární zářivky při svislém umístnění

δr253

%

δr207

%

ε Φ Φe

lm W °C nm sr sr

∆ϑ

x(λ ), y (λ ), z (λ )

λm λs Ωmax Ω

18

Relativní odchylky spekter při napětí 253V od jmenovitého napětí Relativní odchylky spekter při napětí 207V od jmenovitého napětí Emisivita Světelný tok Zářivý tok Změna teploty Trichromatičtí členitelé Maximum vlnové délky spektrální citlivosti oka Skutečný účiník Maximální prostorový úhel Prostorový úhel

1 Úvod

19

1 ÚVOD Přechod na dovolené trvalé odchylky +-10% od jmenovité hodnoty napájecího napětí bude mít vliv na mnoho faktorů týkajících se světelných zdrojů. Mezi tyto faktory patří změna světelného spektra vyzařovaní, změna množství světelného toku, změna teploty chromatičnosti vyzařovaného světla respektive barvy světla, změna indexu barevného podání, změna doby života světelného zdroje a spotřeba elektrické energie. Tyto parametry jsou zejména důležité pro návrhy osvětlovacích soustav, kdy je potřeba brát v úvahu změny těchto parametrů při provozu osvětlovací soustavy. Hlavním úkolem diplomové práce je měření a určení změn spektrálního vyzařování světelných zdrojů a tomu odpovídajících parametrů, kterými jsou barevné souřadnice nebo jas v závislosti na napájecím napětí. Tomu bude předcházet seznámení se základními pojmy světelné techniky, tzn. budou uvedeny základní veličiny světelné techniky, způsoby přeměn elektrické energie na energii světelnou a zákony teplotního vyzařování. Pak bude zmíněno rozdělení teplotních a výbojových světelných zdrojů používaných k všeobecnému osvětlování a popis jejich vlastností. Dále se práce bude zabývat teoretickou analýzou vlivu změn napětí na parametry světelného toku teplotních a výbojových světelných zdrojů. Dále bude uveden způsob sestavení měřeného pracoviště a jeho zapojení a nakonec bude uvedeno vyhodnocení změn spektrálního vyzařování.

20

2 ZÁKLADNÍ POJMY VE SVĚTELNÉ TECHNICE

2 ZÁKLADNÍ POJMY VE SVĚTELNÉ TECHNICE 2.1 Viditelné záření a světlo Světlo se šíří ve formě elektromagnetických vln různých vlnových délek. Šíření těchto elektromagnetických vln tvoří elektromagnetické spektrum, ve kterém světlo patří do oblasti optického záření, které obsahuje ultrafialové záření, viditelné záření a infračervené záření. [17] Viditelné záření, které je schopné vyvolat zrakový vjem, je v rozsahu vlnových délek od 380nm do 780nm. Ultrafialové záření je přibližně v rozsahu vlnových délek od 400nm až do 1nm. Rozsah vlnových délek pro infračervené záření je v rozsahu od 780nm do 1mm. [7]

2.2 Základní veličiny • Zářivý tok Zářivý tok vyjadřuje množství zářivé energie Q z přenesené tokem fotonů za jednotku času t. Označuje se Φe a jeho jednotkou je W. [16] Vypočítá se podle vztahu: Φe =

Qz t

(W; W.s, s)

(2.2.1)

• Světelný tok Zářivý tok vyjadřuje výkon přenášený zářením. Zářivému toku odpovídá světelný tok, který vyjadřuje schopnost zářivého toku způsobit zrakový vjem. Světelný tok se označuje Φ a jeho jednotkou je 1lumen (lm). Světelný tok monochromatického záření o vlnové délce λ , jehož zářivý tok je Φe , se určí ze vztahu: [7] Φ (λ ) = K (λ ) ⋅ Φ e (λ ) = K m ⋅ V (λ ) ⋅ Φ e (λ )

Veličina

K (λ )

(lm; lm.W-1 ,W)

(2.2.2)

je světelná účinnost monochromatického záření. Maximum

Km

veličiny K (λ ) bylo určeno pro normálního fotometrického pozorovatele při denním vidění a záření základní vlnové délky odpovídající maximální spektrální citlivosti oka při vlnové délce λm = 555,155nm je tedy rovno K m = 683lm ⋅ W −1 .[7] Veličina V (λ ) je poměrná světelná účinnost monochromatického záření a je dána vztahem: V (λ ) =

K (λ ) K (λ ) = Km 683

(-; lm.W-1 , lm.W-1)

(2.2.3)


21

Světelný tok složený z více monochromatických záření je možné vypočítat podle vztahu: n

φ (λ ) = K m ∑ Φ e (λi ) ⋅ V (λi )

(lm; lm.W-1, W, -)

(2.2.4)

i =1

Světelný tok je vlastně zářivý tok, který je zhodnocený zrakovým orgánem normálního fotometrického pozorovatele při denním vidění. [7]

• Prostorový úhel Světelný tok vychází ze zdroje světla v určitém prostorovém úhlu. Prostorový úhel je tedy část prostoru vymezeného obecnou kuželosečkou, jejíž vrchol je v místě středu vycházejícího záření. Jednotkou prostorového úhlu je steradián sr, který je určený jednotkovou plochou 1m2 na povrchu jednotkové koule r=1m. Prostorový úhel se označuje Ω . Největší hodnotu Ω max = 4π nabývá prostorový úhel pro celý prostor, to je povrch koule o ploše S = 4 ⋅ π ⋅ r 2 [3]

• Svítivost Svítivost je veličina, která udává množství světelného toku, který vyzáří světelný zdroj nebo svítidlo do prostorového úhlu v určitém směru. Jednotkou svítivosti je candela se zkratkou cd a označení je I. Svítivost patří mezi základní jednotky soustavy SI. Vypočítá se podle vztahu[3]: I=

dφ dΩ

(cd; lm, sr)

(2.2.5)

• Intenzita osvětlení Intenzita osvětlení je veličina, která udává jak je určitá plocha osvětlována. To znamená, že udává množství světleného toku, který dopadá na 1m2. Jednotkou intenzity osvětlení je lux se zkratkou lx a označením E. [3] Vypočítá se podle vztahu: E=

dφ dS

(lx; lm, m2)

(2.2.6)

• Světlení Veličina světlení vyjadřuje velikost světelného toku vycházejícího z určité plochy. Udává tedy velikost světelného toku odraženého z určité plochy. Jednotkou světlení je lm.m-2 s označením H. [3] Vypočítá se podle vztahu:


H =

dφ dS

(lm.m-2; lm, m2)

22

(2.2.7)

• Jas Jas je veličina, která vyjadřuje množství světelného toku, který se odrazí od daného elementu v určitém směru k místu pozorovatele. Jednotkou jasu je cd ⋅ m −2 s označením L. [3] Vypočítá se podle vztahu: L=

Iγ

(cd.m-2; cd, m2)

dS ⋅ cos γ

(2.2.8)

• Měrný výkon Měrný výkon je poměr světelného toku zdroje světla k jeho příkonu. Vyjadřuje kolik lm světelného toku se získá z 1 W elektrického příkonu. [3] Vypočítá se podle vztahu: M =

Φ P

(lm.W-1; lm, W)

(2.2.9)

• Teplota chromatičnosti Teplotou chromatičnosti označujeme ekvivalentní teplotu černého (Planckova) zářiče, při které je spektrální složení záření černého zářiče blízké absolutně černému tělesu. Zvýší-li se teplota absolutně černého tělesa, zvýší se podíl modré části vyzařovaného spektra a sníží se jeho červený podíl. Například žárovka s teple bílým světlem má teplotu chromatičnosti 2700K a zářivka se světlem, které je podobné dennímu má teplotu chromatičnosti 6000K. Nižším hodnotám osvětlení odpovídají nižší hodnoty teploty chromatičnosti a vyšším hodnotám osvětlení odpovídají vyšší hodnoty teploty chromatičnosti. Teplota chromatičnosti se označuje Tc a jednotkou je K. [3] [17]

• Náhradní teplota chromatičnosti U výbojových světelných zdrojů, jejichž spektrální vyzařovaní vykazuje prudké změny, je možné zavést pro popsání barvy světla pojem náhradní teplota chromatičnosti Tn. Tato teplota je definována teplotou chromatičnosti bodu, který leží na čáře teplotních zdrojů nejblíže bodu, který znázorňuje chromatičnost daného světla. Stanovení náhradní teploty chromatičnosti je možné podle obrázku 1. [7]


23

Obrázek 1. Diagram k určení náhradní teploty chromatičnosti[7]

• Index barevného podání Index barevného podání vyjadřuje průměrnou odchylku barevného vnímání referenčních barevných vzorků, které jsou osvětlovány zkoumaným zdrojem světla, u nějž potřebujeme zjistit index barevného podání, a referenčního zdroje světla, který je brán jako normál. [3] Označuje se Ra a čím bude jeho hodnota větší, tím lépe bude světelný zdroj podávat všechny barvy ve světelném spektru. Index barevného podání nabývá hodnot Ra = (0 ÷ 100 ) . Čím je hodnota indexu barevného podání větší, tím je podání barev světelného zdroje lepší. [3]

• Trichromatické soustavy K popisu barev světla se používá kolorimetrických soustav, ve kterých je barva popsána pomocí tří údajů, odtud tedy trichromatické soustavy. Trichromatické soustavy jsou založeny na tom, že jakýkoliv barevný podnět je možné nahradit aditivní směsí tří vhodně zvolených barevných podnětů. Kolorimetrické množství těchto tří barevných podnětů se nazývá trichromatické složky. Trichromatické složky se označují velkými písmeny podle typu trichromatické soustavy, tedy například R,G,B; X,Y,Z nebo U,V,W. K výpočtu těchto trichromatických složek se používají trichromatické členitele. Ty se označují například pro soustavu X,Y,Z jako x(λ ), y(λ ), z (λ ) a vyjadřují energetický příspěvek příslušné vlnové délky k celkové výsledné hodnotě dané souřadnice. Potom je možné hodnoty X,Y,Z vypočítat podle vztahu 2.2.10, kde S (λ ) je poměrná spektrální hustota zářivého toku. [7]


24

∞

X = S (λ ) ⋅ x(λ ) ⋅ dλ

∫ 0

∞

Y = S (λ ) ⋅ y (λ ) ⋅ dλ

∫

(2.2.10)

0 ∞

Z = S (λ ) ⋅ z (λ ) ⋅ dλ

∫ 0

Souřadnice barevného podnětu se dají zakreslit pomocí souřadnic do trichromatického trojúhelníku barev, viz obrázek 2, [3]. Souřadnice barevného podnětu je možné spočítat podle vztahů[7]: x=

X X +Y + Z

y=

Y X +Y + Z

z=

Z X +Y + Z

Obrázek 2. Trichromatický trojúhelník s čárou teplotních zdrojů[3]

(2.2.11)


25

2.3 Základní principy přeměn elektrické energie na světelnou energii Způsob přeměny elektrické energie na energii světelnou je založen na třech základních způsobech vyzařování světla: •

vyvolané tepelným buzením

•

vybuzením atomů plynu nebo par kovů v elektrickém a v magnetickém poli

•

luminiscencí pevných látek

Vyzařování světla vyvolané tepelným buzením představuje klasický teplotní zdroj, kterým je žárovka. Průchodem elektrického proudu žárovkou dojde ke žhavení wolframové spirály na teplotu, při které dojde k emisi viditelného záření. [17] Vyzařování světla vybuzením atomů plynu nebo par kovů v elektrickém nebo v magnetickém poli představuje výbojový zdroj, který je založen na principu přeměny elektrické energie na kinetickou energii pohybujících se elektronů. Při pohybu těchto elektronů dochází ke srážkám s molekulami plynné náplně nebo s molekulami par kovů. Při těchto srážkách dojde k emisi viditelného záření. [17] Vyzařování světla luminiscencí pevných látek představují lasery a svítící diody. Luminiscence je založena na principu vybuzení atomu a následného návratu do základního stavu, při kterém dojde k vyzáření fotonu. [17]

2.4 Zákony teplotního záření •

Planckův vyřazovací zákon: M (λ , T ) =

λ ⋅ (e 5

C

1 C 2 / λT

)

−1

(W.m-2.m-1;W.m-2,m,)

(2.4.1)

M (λ , T ) - spektrální hustota vyzařování

kde

C1 = 3,73 ⋅ 10 −16 W.m-2 C 2 = 1,438 ⋅ 10 −2 m.K

λ - vlnová délka záření (m) T- teplota (K) Planckův vyzařovací zákon udává spektrální hustotu intenzity vyzařování absolutně černého tělesa. Tedy vyzářený výkon z 1m2 pro konkrétní vlnovou délku. Jinak řečeno vyjadřuje vyzářený výkon teplotního zářiče ve spektru při jeho určité teplotě. [4] •

Wienův zákon

λm = kde b = 2,897.10 −3 m.K

b T

(m; m.K, K)

(2.4.2)


26

Pomocí Wienova zákona je možné určit vlnovou délku λm, při které je vyzářená energie absolutně černého tělesa maximální. Při zvyšování teploty teplotního zářiče se totiž maximum vyzářené energie posunuje směrem ke kratším vlnovým délkám. [4]

•

Stefan – Boltzmanův zákon M (T ) = σ ⋅ T 4

(W.m-2; W.m-2.K-4, K)

(2.4.3)

kde M (T ) - intenzita vyzařování

σ = 5,6697 ⋅ 10 −8 W ⋅ m −2 ⋅ K −4 Stefan- Boltzmanova konstanta T - teplota (K) Stefan – Boltzmanův zákon vyjadřuje intenzitu vyzařování absolutně černého tělesa v závislosti na teplotě. Intenzita vyzařování absolutně černého tělesa roste se čtvrtou mocninou teploty tělesa. [4] •

Kirchhoffův zákon M Š (T ) = α ⋅ M

(W.m-2; -, W.m-2)

(2.4.4)

kde - M Š (T ) - intenzita vyzařování šedého tělesa M ČT - intenzita vyzařování absolutně černého tělesa

α - poměrná pohltivost šedého tělesa Kirchhoffův zákon popisuje vyzařování šedého tělesa ve vztahu k absolutně černému tělesu. Poměrná pohltivost šedého tělesa vyjadřuje schopnost tělesa pohlcovat elektromagnetické záření a je dána poměrem zářivého toku, který těleso pohltí, ku celkovému dopadajícímu zářivému toku. Poměrná pohltivost absolutně černého tělesa αČT = 1. Číselně je poměrná pohltivost rovna emisivitě ε, která je dána: [4]

ε=

MŠ M

(-;W.m-2, W.m-2)

(2.4.5)

V případě absolutně černého tělesa je tedy emisivita ε=1. Emisivita vlastně vyjadřuje, o kolik bude záření teplotního zářiče menší oproti absolutně černému tělesu. Příkladem šedého tělesa může být wolframové vlákno žárovky. [4] Za pomocí vztahu 2.4.3 a emisivity je možné přepsat vztah 2.4.4 pro vyzařování šedého tělesa do tvaru: M Š (T ) = ε ⋅ σ ⋅ T 4

(-; -, W.m-2.K-4, K)

(2.4.6)

27

3 SVĚTELNÉ ZDROJE PRO VŠEOBECNÉ OSVĚTLOVÁNÍ

3 SVĚTELNÉ ZDROJE PRO VŠEOBECNÉ OSVĚTLOVÁNÍ 3.1 Rozdělení světelných zdrojů Světelné zdroje je možné rozdělit na tři základní typy: teplotní, výbojové a luminiscenční. Toto rozdělení odpovídá dříve uvedeným způsobům přeměny elektrické energie na energii světelnou. Další popis světelných zdrojů bude proveden pro teplotní a výbojové zdroje světla. [3] Na obrázku 3 je uvedeno rozdělení teplotních a výbojových světelných zdrojů. Světelné zdroje

Teplotní

Žárovky

Výbojové

Halogenové Žárovky

Nízkotlaké

Rtuťové

Sodíkové

Indukční

Rtuťové

Sodíkové

Halogenidové

Vysokotlaké

Luminiscenční

Svítivé diody

Svítivé kondenzátory

Obrázek 3. Rozdělení světelných zdrojů[3]

3.2 Teplotní světelné zdroje 3.2.1 Klasické žárovky Žárovky patří mezi nejrozšířenější zdroje světla. Jejich velká rozšířenost je způsobena jejich univerzálností, širokým sortimentem, malými nároky na instalaci a údržbu. Žárovka vyzařuje světlo tepelným buzením wolframového vlákna průchodem elektrického proudu. Teplota vlákna žárovek se pohybuje v rozmezí 2000°C až 2640°C, a to pro rozsah příkonů 40W až 200W. Měrný výkon žárovek se pohybuje kolem 10 lm.W-1. Životnost žárovky je zhruba 1000h. [18] Parametry žárovky jsou velmi závislé na změnách napájecího napětí. Mezi tyto parametry je možné zařadit světelný tok Φ, příkon P, proud I, doba životnosti Tz a měrný výkon M. Například


28

při zvýšení napájecího napětí o 5% stoupne světelný tok asi o 20%, ale klesne doba životnosti žárovky na 50%.[4] Na obrázku 4 je vidět spektrum žárovky ve viditelné oblasti světla. Z obrázku je zřejmý důvod toho, proč žárovky nedosahují velkého měrného výkonu. Převážná část vyzářené světelné energie se totiž pohybuje v oblasti neviditelného infračerveného záření. [18]

Obrázek 4. Spektrum žárovky ve viditelné oblasti světla[18]

3.2.2 Halogenové žárovky Halogenové žárovky jsou založeny na principu halogenového regeneračního cyklu. Vypařené molekuly wolframu putují ke stěně baňky a v její blízkosti se slučují s halogenem na halogenid wolframu, vlivem tepelného pole se vrací zpět na nejteplejší místo vlákna, kde dochází k disociaci, to znamená, že se wolfram usadí zpět na vlákno a halogen se vrací zpět k povrchu baňky. Tím se zvýší světelný tok a prodlouží se také doba života halogenové žárovky. [7] Halogenové žárovky jsou velmi kompaktní. Mají širokou možnost použití. Vykazují o 20% větší měrný výkon než klasické žárovky. Halogenové žárovky poskytují bílé světlo s teplotou chromatičnosti 3000K. Index barevného podání je Ra= 100. Měrný výkon se pohybuje kolem 22lm.W-1 a doba života halogenových žárovek je 2000h. Vyrábějí se na napětí 230V, ale i na nízké napětí. Existují v širokém sortimentu výkonů. [18] Pro zvýšení měrného výkonu halogenových žárovek se používají reflexní selektivní povrchy – multivrstvy pro zpětný odraz tepelného záření na vlákno. [18] Halogenový regenerační cyklus zajišťuje následující výhody halogenových žárovek: •

Více světla v důsledku větší teploty vlákna

•

Delší dobu života díky neustálé obnově vlákna

•

Stálou intenzitu světla, protože nedochází k černání baňky

•

Kompaktní tvar


29

3.3 Výbojové světelné zdroje 3.3.1 Předřadné systémy Všechny výbojové světelné zdroje potřebují ke své činnosti předřadné systémy. Výbojové zdroje se chovají z elektrického hlediska jako elektrický oblouk, to znamená, že mají nelineární klesající voltampérovou charakteristiku. Při zvyšování proudu klesá napětí na výboji a tím dochází k dalšímu nárůstu proudu. Obvod výboje musí být tedy stabilizován, proud tekoucí výbojovým zdrojem světla je omezen předřadným prvkem. [3] Pro výbojové zdroje světla se používají dva základní typy předřadných systémů: elektromagnetický (indukční) a elektronický. Elektromagnetický předřadník v podobě tlumivky se používá pro střídavé napájecí napětí. Použitím tlumivky pro stabilizaci proudu vznikne fázový posun mezi napětím a proudem. Tento fázový posuv se kompenzuje pomocí kondenzátorů. Spotřeba takového předřadníku dosahuje zhruba 20% výkonu světelného zdroje. Takový předřadný systém musí být přizpůsoben příslušnému světelnému zdroji ohledně jeho příkonu, provozního napětí a kmitočtu. [19] [17]

Obrázek 5. Zapojení zářivky s indukčním předřadníkem při paralelní kompenzaci[17]

Elektronické předřadníky je možné rozdělit na: •

Samostatné, které se montují mimo svítidlo

•

Integrované, tvořící součást světelného zdroje

•

Vestavěné, zabudované do svítidla

Integrované předřadníky jsou zabudované v kompaktních zářivkách. Kompaktní zářivky mají nižší příkon, delší dobu života a větší světelně-technickou účinnost. Kompaktní zářivky s elektronickými předřadníky mají větší pořizovací náklady a zpětně ovlivňují napájecí soustavu odběrem pulzního proudu a dochází tím k zhoršování účiníku. [19] Předřadníky zabudované do svítidla ve srovnání s integrovanými předřadníky obsahují díky větším rozměrovým možnostem obvody zlepšující jejich provozní podmínky. K vlastnostem zabudovaných předřadníků patří: [19] •

Kompenzace účiníku. Na vstupu elektronického předřadníku jsou zařazeny obvody s pulzně šířkovou modulací, které potlačují pulzní odběr proudu a zabezpečují odběr proudu během celé periody napájecího napětí, které se blíží sinusovému průběhu.


30

•

Automatické odpojení vadných trubic

•

Automatické zapnutí po výměně trubic

•

Konstantní příkon. Tyto typu předřadníků jsou odolné vůči kolísání napájecího napětí.

Pracovní kmitočet elektronických předřadníků se pohybuje v rozmezí 30kHz až 100kHz. Elektronické předřadné systémy mají v porovnání s elektromagnetickými předřadníky větší energetickou účinnost a nízké ztráty. [19]

Obrázek 6. Schéma zapojení elektronického předřadníku [19] Princip činnosti je následující: po připojení na napájecí síť je síťové napětí usměrněno v usměrňovači a vyhlazeno v elektrolytickém kondenzátoru. Měnič složený z tranzistorů je převodník, který převádí stejnosměrné napětí na vysokofrekvenční energii, která je dodávána do světelného zdroje. Pomocí řídícího obvodu se spouští oscilace a monitoruje se činnost obvodu. Vysokofrekvenčním filtrem je potlačena elektromagnetická interference, která vzniká vysokorychlostním spínáním a proudovými impulsy procházejícími usměrňovačem. [19] Při srovnání elektromagnetických a elektronických předřadných systémů mají elektromagnetické předřadné systémy tyto nevýhody: [19] •

Nutnost provádět kompenzaci

•

Větší oteplení

•

Možnost vzniku stroboskopického jevu

•

Vyšší hmotnost

Elektronické předřadné systém mají oproti elektromagnetickým tyto výhody: •

Úspora energie

•

Delší životnost světelného zdroje a s tím spojené nižší náklady spojené s údržbou osvětlovací soustavy. Zvýšení životnosti je dosaženo šetrnějším způsobem jejich startu. Systému řízeného způsobu startu prodlužuje život světelného zdroje až o 50%.[17]


31

•

Menší úbytek světelného toku zdroje během života.

•

Odolnost vůči změnám napětí a rušení ze sítě.

•

Tichý provoz bez blikání.

•

Nevytváří stroboskopický jev, protože je v elektronických předřadných systémech použita vysoká frekvence.

•

Nízká hmotnost

•

Vysoká spolehlivost a životnost předřadníků, která je až 50000 hodin.

3.3.2 Lineární zářivky Zářivky patří mezi nízkotlaké rtuťové výbojky. Jejich princip je následující: ve skleněné trubici jsou na obou koncích umístněny elektrody. Trubice je naplněna nejčastěji argonem, do kterého je přidáno malé množství rtuti. Vlivem elektrického pole mezi elektrodami je výbojový prostor zásobován volnými elektrony, které naráží na atomy vypařené rtuti. Při této srážce dojde k absorbci kinetické energie a k nabuzení atomu rtuti. Atom rtuti se vrací zpět do své stabilní polohy s vyzářením většiny záření v oblasti UV záření na vlnové délce 253,7nm. Na vnitřním povrch trubice je umístněna látka-luminofor, která převádí neviditelné UV záření na viditelné světlo. Volbou luminoforu je možné ovlivnit barvu světla, které bude zářivka generovat. Na obrázku 7 je zobrazen princip funkce zářivky a vyzařovací spektrum pro teplotu chromatičnosti 3000K. [3]

Obrázek 7. Princip funkce zářivky a spektrum vyzařování [12], [13] Světelný tok zářivek poklesne během prvních 100 hodin provozu o 10%, poté klesá pomaleji. Důvody poklesu světelného toku jsou: [17] •

Ztráta účinnosti luminiscenční vrstvy

•

Zčernání vnitřního povrchu trubice vlivem rozprášeného wolframu v prostoru elektrod

•

Absorbce plynné náplně materiálem elektrod a rtuti


32

Rozprášení wolframu vzniká při svícení zářivky a také mnohem rychleji při zažehování. Z toho plyne, že rozhodující vliv na životnost zářivky má doba svícení na jedno zažehnutí. Podle [11] se každým zažehnutím zkracuje životnost zářivky, která je provozovaná s elektromagnetickým předřadníkem a doutnavým zapalovačem, asi o hodinu a půl. Zářivky potřebují ke své funkci samozřejmě předřadný systém, a to buď elektromagnetický nebo elektronický. V porovnání se zářivkami obsahujícími elektromagnetický předřadný systém dokáží elektronické předřadníky plně nahradit tlumivku i startér. Doba života je u lineárních zářivek závislá také na použitém předřadném systému. Při použití elektromagnetických předřadníků je to 10000h a u elektronických až 18000h. Měrný výkon zářivek se pohybuje v rozmezí od 50 lm.W-1 až do 106 lm.W-1. U zářivek dosahuje světelný tok své jmenovité hodnoty asi po třech minutách provozu. Zářivky jsou vhodné k osvětlování prostorů, kde se nevyskytují teploty od bodu mrazu a níže, protože jsou teplotně závislé. Na obrázku 8 je uvedena závislost relativního světelného toku lineární zářivky typu T8 od firmy Osram. Ze závislosti je patrné, že tato zářivka dosahuje největšího světelného toku přibližně v rozmezí teplot 15°C až 20°C. Při zvyšování teploty světelný tok klesá pomaleji než při jejím poklesu.

Obrázek 8. Závislost relativního světelného toku na teplotě u zářivky OSRAM T8 [9]

Jak již bylo dříve zmíněno, spektrální složení světla zářivek a jejich teplota chromatičnosti závisí na druhu použitého luminoforu. U různých typů zářivek napájených střídavým proudem nekolísá světelný tok během jedné periody stejně, to znamená, že případný stroboskopický jev není tak výrazný. Nejlepší způsob odstranění stroboskopického jevu je rozdělení zářivek do různých fází instalace tak, aby zářivky napájené z různých fází osvětlovaly točivý stroj. U svítidel se dvěma zářivkami se stroboskopickému jevu zabraňuje zapojením kondenzátoru do série k jedné ze zářivek. Tím dojde k fázovému posunutí proudů v obvodu zářivek. [11] Použitím elektronických předřadníků místo elektromagnetických dochází k odstranění stroboskopického jevu, protože jsou zářivky napájeny proudem vysoké frekvence. [11]


33

3.3.3 Kompaktní zářivky Nevýhodu lineárních zářivek v podobě rozměrnosti řeší kompaktní zářivky. Kompaktní zářivky vyrábějí světlo na stejném principu jako lineární zářivky. To znamená, že páry rtuti jsou vlivem elektrického pole mezi elektrodami vybuzeny k emisi neviditelného UV záření. Luminofor, který je umístněn na vnitřní straně trubice, přeměňuje neviditelné UV záření na viditelné světlo. Volbou luminoforu je možné docílit různé barvy světla tak jak u lineárních zářivek. [18] Kompaktní zářivky je možné použít namísto klasických žárovek. Spotřebovávají mnohem méně energie a vyznačují se delší dobou života než klasické žárovky. Mají vysoký index podání barev. Potlačují stroboskopický efekt a kmitání světelného toku. Jsou odolné vůči častému spínání. [18] K nevýhodám kompaktních zářivek patří to, že jejich světelný tok nenaběhne na jmenovitou hodnotu okamžitě po startu, tak jak je tomu u klasických žárovek. [18] Kompaktní zářivky mohou být buď v provedení, kde je předřadník součástí světelného zdroje nebo je předřadník a trubice, pomocí které dochází k generaci světla, jako dvě samostatné části. Jejich spojením se vytvoří funkční celek. [18]

Obrázek 9. Kompaktní zářivka [19]

3.3.4 Indukční výbojky Indukční výbojka vychází ze stejných základů jako nízkotlaké rtuťové výbojky s tím rozdílem, že k buzení atomů rtuti se používá silného vysokofrekvenčního pole. Vytvořené záření je transformováno z UV oblasti na vlnové délce 185nm a 257nm do viditelné oblasti pomocí luminoforu, který je nanesen na vnitřní straně baňky. [3]

Obrázek 10. Indukční výbojka Endura a její spektrum vyzařování [9], [3]


34

Indukční výbojky nemají elektrody, takže jejich životnost je dána elektronickými částmi světelného zdroje. Výrobci udávaná životnost je 60000h. Měrný výkon se pohybuje okolo 70lm.W-1. Firma Osram vyrábí indukční výbojku Endura, která je na obrázku 10 spolu s vyzařovacím spektrem, které tato výbojka generuje. Tyto výbojky s příkonem 150W produkují světelný tok 12000lm. [3]

3.3.5 Nízkotlaké sodíkové výbojky V nízkotlakých sodíkových výbojkách vzniká výboj při tlaku sodíkových par p=0,5Pa a teplotě výbojové trubice 270°C až 300°C. Vyzařují záření v pásmu dvou blízkých vlnových délek 589nm a 589,6nm. Tyto vlnové délky jsou blízké maximu spektrální citlivosti oka. To má za následek, že tyto výbojky dosahují měrného výkonu až 200 lm.W-1. Vzhledem k prakticky monochromatickém záření, které generuje nízkotlaká sodíková výbojka, neobsahuje další vlnové délky, proto u nich není možné rozlišovat barvy a index barevného podání je roven Ra=0. Životnost tohoto zdroje je až 24000 hodin. Využívají se k venkovnímu osvětlení silnic. [7] [19]

Obrázek 11. Nízkotlaká sodíková výbojka a její spektrum vyzařování [3], [9]

3.3.6 Vysokotlaké rtuťové výbojky Vysokotlaké rtuťové výbojky vyzařují viditelné záření pomocí výboje v parách rtuti o tlaku 0,1MPa. Do viditelné oblasti vyzařují asi 15% přivedené energie. Červená složka světla chybí, proto se na vnitřní stranu baňky nanáší luminofor, který transformuje UV záření do červené oblasti spektra. [18] Životnost se pohybuje v rozmezí 12000 až 15000 hodin. Index barevného podání je Ra=50. Měrný výkon těchto zdrojů je 50 až 80 lm.W-1. K ustálení výboje dochází po 5 minutách. Proto se tyto výbojky hodí spíše k osvětlování venkovních prostorů typu ulice, sportoviště, průmyslové prostory. [18]


35

Obrázek 12. Vysokotlaká rtuťová výbojka a její spektrum vyzařování [11], [9]

3.3.7 Vysokotlaké sodíkové výbojky Při výboji v parách sodíku je generováno záření v oblasti žluté části viditelného spektra s vlnovou délkou 589nm a 589,6nm, které jsou blízké maximu spektrální citlivosti oka. [18] Vyzařovací spektrum této výbojky je závislé na tlaku ve výbojovém prostoru. Při tlaku kolem 27kPa dochází ve výboji v parách sodíku k rozšíření spektrálních čar a vzniku spojitého záření. Spektrum záření je při vyšším tlaku bohatší, a proto dosahují vysokotlaké sodíkové výbojky lepšího podání barev než nízkotlaké. Měrný výkon dosahují až 150lm.W-1. Životnost se pohybuje v rozmezí 16000 až 28000hodin. [18] Používají se ve veřejném osvětlení, hlavně jako náhrada rtuťových výbojek. Vysokotlaké sodíkové výbojky se provozují v obvodu s tlumivkou a zapalovačem. [18]

Obrázek 13. Zapojení vysokotlaké sodíkové výbojky a její spektrum vyzařování [3], [10]

3.3.8 Halogenidové výbojky Halogenidové výbojky jsou založeny na rtuťových výbojkách, které mají ve výbojovém prostoru přidány příměsi v podobě sloučenin halových prvků například se sodíkem, galiem, thaliem. Tyto příměsi vedou k zvýšení indexu barevného podání až na Ra=90 a zvýšení měrného výkonu na 130lm.W-1. [18] [3] Výboj je zapálen vysokým napětím z externího zapalovače. Postupně se zvyšuje teplota a tlak a tím i koncentrace halogenidů. Ve výboji dochází k jejich štěpení a vybuzení atomů příslušných kovů. Rozdíl koncentrace halogenidů, samostatných atomů kovů a halogenů nutí


36

produkty štěpení pronikat ke stěnám baňky, kde se při nižších teplotách slučují na halogenidy. Jde o uzavřený cyklus, tak jak je tomu u halogenových žárovek. [18] [3] Provozní tlak rtuťových par je 0,5MPa a tlak příměsí je 1,33.102 Pa. Pracují při okolní teplotě -20°C až 60°C. Životnost dosahují až 15000hodin. Vzhledem ke své náročnosti výroby jsou drahé, není možné jejich masové nasazení ve veřejném osvětlení. Používají se k osvětlování velkých prostranství a osvětlování objektů. [18] [3]

Obrázek 14. Halogenidová výbojka a její spektrum vyzařování [11], [10]

4 ANALÝZA VLIVU ZMĚNY NAPĚTÍ

37

4 ANALÝZA VLIVU ZMĚNY NAPĚTÍ Všechny světelné zdroje jsou do jisté míry závislé na napájecím napětí. Světelný tok žárovky respektive teplotních světelných zdrojů, je značně závislý na napájecím napětí. V případě výbojových světelných zdrojů se závislost světelného toku na napětí odvíjí od použitého předřadného systému. [1]

4.1 Teplotní světelné zdroje Při vzrůstu nebo naopak poklesu napájecího napětí roste nebo klesá teplota vlákna žárovky a adekvátně s tím se samozřejmě mění i teplota chromatičnosti. Vyzařovací spektrum se pak podle Planckova zákona mění s měnící se teplotou vlákna. Při známé teplotě vlákna žárovky, která souvisí s napájecím napětím je tedy možné pomocí Planckova zákona určit vyzářenou energii v oblasti viditelného zářením respektive spektrum vyzařování. Rovnici, která vyjadřuje přeměnu energie vzniklé průchodem proudu na vyzářenou energii, je možné vyjádřit pomocí vztahu 2.4.6 a základních vztahů popisující elektrický obvod. Průchod elektrického proudu wolframovým vláknem způsobí ohřev vlákna podle vztahu: [6], [12] t

Q = R ⋅ ∫ i 2 (t )dt (W; Ω, A, s)

(4.1.1)

0

Pro časovou změnu energie dQ platí: u 2 (t ) -1 dt (W; V, Ω , s) dQ = R ⋅ i (t )dt = R 2

(4.1.2)

Tato energie, která vznikla průchodem proudu wolframovým vláknem, se uplatňuje jednak jako tepelná energie, která způsobí ohřev wolframového vlákna a jako energie která se odvede z povrchu wolframového vlákna. Tepelná energie QO, která ohřeje vlákno žárovky je možné vyjádřit pomocí kalorimetrické rovnice: [8] dQO = m ⋅ c ⋅ d∆ϑ

(J; kg, J.kg-1.K-1, K)

(4.1.3)

kde m - hmotnost materiálu c - měrná teplená kapacita ∆ϑ - změna teploty Odvedenou (vyzářenou) energii QV je možné s pomocí Stefan-Boltzmanova zákona vyjádřit jako: [8] dQV = σ ⋅ S P ⋅ T 4 dt

kde σ - Stefan-Boltzmanova konstanta Sp - povrch vlákna žárovky

(W; W.m-2.K-4, m-2, K)

(4.1.4)

38


Porovnáním rovnice 4.1.2 pro energii vzniklou průchodem elektrického proudu a rovnice 4.1.4 je při respektování emisivity možné vyjádřit rovnici 4.1.5 popisující přeměnu energie vyrobené průchodem elektrického proudu vláknem žárovky na vyzářenou energii dQ = dQV u 2 (t ) dt = σ ⋅ S P ⋅ ε ⋅ T 4 ⋅ dt R

(4.1.5) (V, Ω ;W.m-2.K-4, m2,K)

Po integraci a dalších úpravách je možné vztah 4.1.5 upravit na vztah vyjadřující teplotu vlákna:

T4 =

u2 σ ⋅ Sp ⋅ε ⋅ R

(K; V, W.m-2.K-4,m2,Ω)

(4.1.6)

kde R je odpor vlákna žárovky. Ze vztahu 4.1.6 je zřejmé, že teplota vlákna je přímo závislá na napájecím napětí žárovky a nepřímo závislá na povrchu vlákna žárovky, emisivitě vlákna i odporu vlákna. Je uvažován stav po odeznění přechodného děje, protože odpor vlákna žárovky roste s teplotou. Z toho tedy plyne, že při zapnutí žárovky teče vláknem žárovky větší proud, než při v ustáleném stavu. Emisivita je také závislá na teplotě wolframového vlákna. Pro různé teploty wolframu je emisivita uvedena v tabulce 1. [8] Při předpokladu uvažování wolframového vlákna jako šedého zářiče je možné brát emisivitu jako konstantu pro danou teplotu vlákna. Emisivita nebude závislá na vlnové délce. Při znalosti všech potřebných veličin rovnice 4.1.6 je možné určit teplotu vlákna žárovky. Dosazením této teploty do Planckova zákona je možné výpočtem pro každou vlnovou délku viditelného spektra určit průběh vyzařovacího spektra žárovky.

Tabulka 1. Emisivita wolframu[8] T (K) ε (−)

1600 0,21

1800 0,232

2000 2200 0,255 0,276

2400 2600 0,297 0,318

2800 3000 0,337 0,357

3200 0,375

3400 0,393

Na obrázku 15 je uvedena křížová charakteristika žárovky, což je závislost provozních vlastností na napájecím napětí. Z této charakteristiky je patrné, že pří zvýšení napájecího napětí o 10%, tedy na 253V, stoupne světelný tok žárovky na 140%. S tím ovšem dojde k velkému poklesu doby života až na 30%. Naopak při snížení napětí o 10%, tedy na 207V, klesne světelný tok na 70% a dojde k navýšení doby života na 300%.


39

Obrázek 15. Provozní charakteristika žárovky[15]

Teplota chromatičnosti pro normalizované světlo A je 2856K, normalizované světlo A je realizováno plynem plněnou žárovkou s dvojitě vinutou wolframovou spirálou. Vyzařovací spektrum klasických žárovek a halogenových žárovek je velmi blízké černému zářiči, proto je u žárovek velmi blízká souvislost mezi vyzařovacím spektrem a teplotou chromatičnosti. Vyšším hodnotám osvětlení odpovídá vyšší teplota chromatičnosti, proto s rostoucím napájecím napětím žárovek roste teplota chromatičnosti. Na obrázku 16 jsou znázorněny křivky vyzařování absolutně černého tělesa pro různé teploty chromatičnosti. Z těchto křivek je patrné, že při zvýšení napájecího napětí roste teplota chromatičnosti a zvyšuje se výrazněji podíl červené barvy ve spektru vyzařování než u ostatních barev. Při snížení napájecího napětí se snižuje teplota chromatičnosti a snižuje se také podíl všech barev ve vyzařovacím spektru. Jako výchozí teplota pro toto porovnání je brána teplota chromatičnosti normalizovaného světla A. [14], [13]

Obrázek 16. Planckův zákon vyzařování černého tělesa [13]


40

Z průběhů na obrázku 16 je zřejmé, že spektrální hustota vyzařování není v celém spektru konstantní, ale určitým způsobem se mění. Průběh spektrální hustoty vyzařování se řídí podle Planckova vyzařovacího zákona, vztah 2.4.1.

4.2 Výbojové světelné zdroje Nižší napětí než jmenovité napětí sítě může mít na výbojové světelné zdroje následující vliv: [1]

•

Snížení světelného toku

•

Změna barvy světla

•

V extrémních případech problémy se zapálením oblouku

Při vyšším než jmenovitém napětí sítě: [1]

•

Snížení doby životnosti světelného zdroje

•

Snížení doby životnosti předřadného systému

•

Změna barvy světla

•

Vzrůst odběru energie ze sítě

•

Zvýšené riziko prasknutí výbojové trubice

Nízkotlaké rtuťové výbojky, jak bylo dříve zmíněno, mohou obsahovat elektronické předřadníky, které neobsahují obvody k zajištění konstantního výstupního výkonu. Provozní charakteristika takových výbojek je na obrázku 17. Z této provozní charakteristiky je zřejmé, že se vzrůstajícím napájecím napětím roste nejen světelný tok Φ, ale také příkon výboje P1 , který ovšem roste více než světelný tok. Z toho plyne, že klesá měrný výkon, který je dán poměrem světelného toku Φ a příkonu Pl. Naopak s klesajícím napájecím napětím klesá více příkon výboje než světelný tok, takže měrný výkon bude s klesajícím napětím spíše vzrůstat. To znamená, že s klesajícím napájecím napětím roste množství vyzářeného světla ve viditelné oblasti a při zvyšování napájecího napětí množství tohoto světla klesá. Barva vyzařovaného světla závisí na typu použitého luminoforu. Konkrétní změnu barvy není možné přesně odhadnout, neboť jde o nespojité vyzařované spektrum. Změnu barvy světla v závislosti na napájecím napětí je tedy možné určit jen měřením. Ve firemní literatuře Philips [1] je uvedeno, že příkon Pl je veličina vztahující se přímo k výboji. To znamená, že v ní není uvažován příkon předřadného systému. V případě, že by se jednalo o příkon celého systému, tj. předřadný systém a světelný zdroj, není možné uvažovat, že měrný výkon daný poměrem světelného toku Φ a celkového příkonu systému P vyjadřuje množství vyzářeného světla ve viditelné oblasti.


41

Ve [1] se uvádí, že provozní charakteristika na obrázku 17 se vztahuje na nízkotlaké rtuťové výbojky se staršími typy elektronických předřadníků. Na obrázku 18 je pak závislost poměrné hodnoty světelného toku na napájecím napětí pro jmenovitou hodnotu 220V. Tato závislost se vztahuje na nízkotlaké rtuťové výbojky s elektronickými předřadníky, které zajišťují konstantní výstupní výkon, respektive světelný tok při změně napájecího napětí. K určité změně přesto dochází, pro změnu napětí ±10% dochází ke změně světelného toku v rozmezí ±2%. V tomto případě budou změny parametrů světelného toku velmi malé.

Obrázek 17. Provozní charakteristika rtuťových výbojek s elektronickým předřadníkem[1]

Obrázek 18. Světelný tok u výbojek s elektronickým předřadníkem zajišťující konstantní výkon[1] Z provozní charakteristiky indukční výbojky na obrázku 19 je zřejmé, že napájecí napětí ovlivňuje světelný tok jen velmi málo. Při změně napájecího napětí v rozsahu ±10% se světelný tok mění zhruba v rozsahu ±1%. To znamená, že množství vyzářené energie, spektrum i barva světla budou při změnách napájecího napětí stálé.


42

Obrázek 19. Provozní charakteristika indukční výbojky[1]

Obrázek 20. Provozní charakteristika nízkotlaké rtuťové výbojky s elektromagnetickým předřadníkem[1]

Na obrázku 20 je uvedena provozní charakteristika nízkotlaké rtuťové výbojky s indukčním předřadníkem. Z této charakteristiky je zřejmé, že při vzrůstu napájecího napětí o 10% vzroste světelný tok zdroje o 10% a příkon výboje zhruba o 11%. To znamená, že se vzrůstajícím napájecím napětím klesá měrný výkon, tím pádem se sníží i množství světla vyzařovaného ve viditelné oblasti. Při snížení napájecího napětí o10% světelný tok klesne asi o 9% a příkon výboje klesne zhruba o 11%. Z toho plyne, že naopak při snížení napájecího napětí se sice sníží světelný


43

tok světelného zdroje, ale měrný výkon vzroste, takže množství vyzářeného světla ve viditelné oblasti naroste. Vysokotlaká sodíková, vysokotlaká rtuťová, halogenidová a nízkotlaká sodíková výbojka tvoří skupinu výbojových zdrojů označovaných jako HID1. Pro stabilizaci výboje se používají elektronické i elektromagnetické předřadné systémy. S elektronickými předřadníky dosahují tyto výbojové světelné zdroje mnohem lepších vlastností. To ovšem nelze říct u vysokotlakých rtuťových výbojek, které dosahují lepších vlastností s klasickými elektromagnetickými předřadníky. Elektronické předřadné systémy se používají asi do příkonu světelného zdroje 200W, protože pro vyšší výkon jsou tyto předřadníky drahé díky vysokým proudům, na které musí byt dimenzované. V této skupině světelných zdrojů jsou tedy stále hodně používané elektromagnetické předřadníky, protože se příkony těchto světelných zdrojů pohybují v rozsahu 35W až 2000W. [2] Na obrázku 21 je uvedena provozní charakteristika vysokotlaké sodíkové výbojky s hybridním předřadníkem. Hybridní předřadník obsahuje klasickou tlumivku k stabilizaci proudu, kompenzační kondenzátor a elektronickou kontrolní jednotku zajišťující zapálení oblouku a také zajišťuje, že tato výbojka v rozmezí odchylky napětí ±8% od jmenovité hodnoty vykazuje konstantní světelný tok. Napětí, příkon i proud obloukem se při této odchylce mění. Se vzrůstajícím napájecím napětím klesá příkon oblouku a při konstantním světelném toku to znamená, že roste měrný výkon a s tím i množství vyzářeného světla. Naopak při klesajícím napájecím napětí roste příkon oblouku a tím klesá měrný výkon a zároveň množství vyzářeného světla. [2]

Obrázek 21. Provozní charakteristika vysokotlaké sodíkové výbojky s hybridním předřadníkem[2] Elektronické předřadníky se u halogenidových výbojek používají do příkonu 200W, z důvodů uvedených dříve. Elektronický předřadný systém zajišťuje konstantní příkon výboje. Světelný tok a barva světla se během života světelného zdroje mění jen minimálně. [2]

1

high intensity-discharge – vysoce intenzivní výboj


44

Nízkotlaké sodíkové výbojky s elektronickým předřadným systémem zajišťují konstantní světelný tok při konstantním příkonu světelného zdroje. To znamená, že se spektrum a tím i barva světla se bude měnit jen minimálně. [2] Provozní charakteristiky výbojek ve skupině HID s elektromagnetickým předřadným systémem jsou uvedeny na obrázku 22 a 23. Na obrázku 22 je uvedena provozní charakteristika vysokotlaké rtuťové a halogenidové výbojky. Obě výbojky mají velmi obdobné provozní charakteristiky, ze kterých je zřejmé, že se vzrůstajícím napájecím napětím roste světelný tok, příkon, proud a napětí výboje. Měrný výkon u obou výbojek se zvyšujícím se napájecím napětím roste a tím roste i množství vyzářeného světla ve viditelné oblasti. Naopak při klesajícím napájecím napětí všechny sledované veličiny klesají. Světelný tok klesá více než příkon výboje a měrný výkon bude tedy klesat a spolu s ním i množství světla ve viditelné oblasti.

Obrázek 22. Provozní charakteristiky výbojek s elektromagnetickým předřadníkem[2]

Obrázek 23. Provozní charakteristiky sodíkových výbojek s elektromagnetickým předřadníkem[2]


45

Na obrázku 23 jsou uvedeny provozní charakteristiky nízkotlaké a vysokotlaké sodíkové výbojky. V případě nízkotlaké sodíkové výbojky je vidět, že se vzrůstajícím napájecím napětím klesá světelný tok a příkon výboje mírně vzroste, to znamená že měrný výkon klesne. Dalo by se tedy odhadnout, že dojde k omezení dominantních vlnové délky v oblasti žluté části spektra. Při klesajícím napájecím napětí klesá světelný tok i příkon výboje. Příkon výboje klesá o něco více než světelný tok, takže měrný výkon spíše nepatrně vzroste. U vysokotlaké sodíkové výbojky při zvyšování napájecího napětí roste světelný tok více než ostatní sledované veličiny a při klesajícím napájecím napětí naopak světelný tok klesá více než ostatní veličiny. Při rostoucím napájecím napětí tedy roste měrný výkon světelného zdroje a tím i množství vyzářeného viditelného světla a při klesajícím napájecím napětí klesá. Tato skupina výbojek HID má také nespojité vyzařovací spektrum, takže nelze říct jakým způsobem dojde ke změně barvy vyzařovaného spektra. Konkrétní změna je závislá na více parametrech jako jsou: typ luminoforu, účinnost luminoforu, která je dána teplotou ve výbojovém prostoru a okolní teplotou, energie přivedená na elektrody výbojky, která je určená napájecím napětím a použitým předřadným systémem. Konkrétní změnu vyzařovacího spektra je možné určit měřením.

5 Návrh a sestavení měřicího pracoviště

46

5 NÁVRH A SESTAVENÍ MĚŘICÍHO PRACOVIŠTĚ Hlavním úkolem práce je určit změn spektra různých světelných zdrojů v závislosti na velikosti napájecího napětí. Je tedy nutné použít přístroj, který je schopný určit spektrum vyzařování světleného zdroje ve viditelné oblasti. Měřicí přístroj, který bude k tomuto účelu použit, je Spektroradiometr CS-1000A od firmy Konica Minolta. Spektroradiometr měří spektrální vyzařování a vyhodnocuje barevné souřadnice světla, teplotu chromatičnosti a další parametry pomocí ovládacího programu v připojeném PC. Spektroradiometr má ovšem určité omezení velikosti jasu světelného zdroje u něhož měří spektrum. V případě použití macro objektivu je tato horní hranice L = 80000 cd.m-2. Při použití standardního objektivu je horní hranice jasu L = 8000 cd.m-2. [20] Podrobná specifikace spektroradiometru je uvedena v příloze A. Většina světelných zdrojů vykazuje mnohem větší jas. Z toho plyne, že je nutné použít nějaký prvek k omezení světla vstupujícího do objektivu měřicího přístroje. Převážná část měření bude provedena se světelným zdrojem umístněným v kulovém integrátoru, kde funkci omezujícího prvku bude vykonávat otvor v kulovém integrátoru. Zbylá část měření bude provedena mimo kulový integrátor s použitím filtru plnícího funkci omezujícího prvku připevněného na objektivu měřicího přístroje. Pro oba omezující prvky je potřeba sestavit křivku spektrální propustnosti. Jako první bude popsán způsob určení spektrální propustnosti u filtru, protože byl určován dříve než u otvoru v kulovém integrátoru a některé aspekty zjištěné při určování propustnosti byly využity i pro otvor v kulovém integrátoru.

5.1 Výběr filtru a určení jeho propustnosti Filtr musí pouze omezit intenzitu světla vstupujícího do objektivu a nesmí ovlivnit vyzařování světelného zdroje. Tyto dvě podmínky splňuje ND2 filtr s označením ND8. Číslo osm v označení znamená osminásobné zmenšení intenzity světla vstupujícího do objektivu. V procentuálním vyjádření to znamená, že se dá předpokládat utlumení intenzity světla na 12,5% z původních 100%. Využití filtru na běžné měření je možné při znalosti jeho propustnosti v rozsahu vlnových délek 380nm až 780nm. Určení spektrální propustnosti je důležité pro vytvoření korekčního souboru, který je pak implementován do ovládacího programu spektroradiometru. Ovládací program bude pak schopný provést korekci měřeného spektra v závislosti na propustnosti filtru. Po zakoupení filtru bylo nutné přistoupit k určení jeho spektrální propustnosti. Nejdříve je nezbytné stanovit metodu, pomocí které se spektrální propustnost určí. Byla stanovena následující metoda: spektrální propustnost se určí jako poměr spektrálního vyzařování Mf světelného zdroje při použití ND filtru a spektrálního vyzařování Mbzf téhož světelného zdroje bez použití tohoto filtru.

2

Neutral density – neutrální hustota


47

Pomocí vzorce je možné tento poměr vyjádřit jako:

τ =

Mf M bzf

(-;W.m-2; W.m-2)

(5.1.1)

Dalším aspektem stanovení propustnosti filtru je výběr vhodného světelného zdroje, na který se bude výše uvedená metoda aplikovat. Musel být vybrán takový světelný zdroj, který by svým jasem nepřekročil horní hranici použitelnosti spektroradiometru, jehož spektrální vyzařování obsahuje všechny vlnové délky viditelného spektra a má spojité vyzařovací spektrum. Těmto požadavkům nejlépe vyhovuje obyčejná žárovka. Jako napájecí zdroj byl použit střídavý stabilizovaný zdroj. Žárovka ovšem vyzařuje málo energie v oblasti krátkých vlnových délek. Tato skutečnost měla za následek, že při jmenovitém napětí žárovky docházelo v oblasti krátkých vlnových délek k velkým změnám propustnosti. Průběh spektrální propustnosti filtru při jmenovitém napětí 60W žárovky je uveden na obrázku 24. Takové změny jsou samozřejmě nežádoucí. V oblasti vyšších vlnových délek k takovým velkým změnám nedocházelo. Tím se nabízí řešení k eliminaci velkých změn propustnosti přežhavením vlákna žárovky. To znamená určení propustnosti filtru při vyšších napětích než jmenovitém proto, aby se dosáhlo větší energie v oblasti krátkých vlnových délek.

τ (-)

0,120

0,115

0,110

0,105

0,100 370

430

490

550

610

670

730 λ (nm) 790

Obrázek 24. Propustnost filtru při žárovce 60W na 230V Bylo tedy provedeno měření propustnosti filtru při použití žárovky na 270V a 320V, jednotlivé propustnosti se příliš nelišily, proto se určil jejich průměr. Výsledná propustnost již nevykazovala tak výrazných změn v oblasti krátkých vlnových délek. Výsledky byly již uspokojivější, ale nabízela se ještě možnost určení propustnosti filtru přežhavením halogenové žárovky na malé napětí 12V. Pro napájení byl tedy použit stejnosměrný stabilizovaný napájecí zdroj. Měření bylo provedeno na několika úrovních napětí, od 17V do 20V. Z jednotlivých měření byla určena opět průměrná hodnota propustnosti. Tato propustnost vycházela ještě lépe než při použití klasické žárovky. Porovnání propustnosti filtru při použití přežhavené klasické žárovky a přežhavené halogenové žárovky je vidět na obrázku 25. Menší změny propustnosti při použití halogenové žárovky jsou zapříčiněny stejnosměrným stabilním zdrojem napájení, takže

48


světelný tok halogenové žárovky je konstantní. Naopak při napájení klasické žárovky střídavým stabilizovaným napájecím zdrojem s frekvencí 50Hz generuje žárovka absolutní hodnotu světelného toku s frekvencí 100Hz.

τ (-)

0,120

0,115

0,110

0,105 propustnost při halogenové žárovce propustnost při klasické žárovce

0,100 370

430

490

550

610

670

730

790

λ (nm)

Obrázek 25. Porovnání propustností pro klasickou žárovku a halogenovou žárovku

Zjištěná propustnost při použití halogenové žárovky je již přijatelná. Průběh propustnosti byl aproximován v programu Excel polynomem 6. řádu a pomocí regresní rovnice byly spočítány body proloženého polynomu, respektive spektrální propustnosti ND filtru. Hodnoty potřebné k sestavení korekčního souboru jsou inverzní k hodnotám spektrální propustnosti. Proložený průběh propustnosti spolu s regresní rovnicí proloženého polynomu šestého řádu s redukovanou tabulkou hodnot propustností a koeficientů korekčního souboru a také příklad sestavení korekčního souboru ND filtru jsou uvedeny v Příloze B.

5.2 Určení propustnosti otvoru kulového integrátoru Kulový integrátor je zařízení, které pomocí mnohonásobných rozptylných odrazů provádí integraci světelného respektive zářivého toku. Výsledkem je rovnoměrné rozložení osvětlenosti vnitřní stěny kulového integrátoru. Spektrum vyzařování světelného zdroje může být v každé části světelného zdroje odlišné. V kulového integrátoru v podstatě dojde ke sloučení spektra a tedy k přesnějšímu měření spektrálního vyzařování celého světelného zdroje. Otvor v kulovém integrátoru má určitou propustnost, kterou je nutné určit pro správné měření spektrálního vyzařování světelných zdrojů spektroradiometrem CS-1000A. Pomocí zjištěné spektrální propustnosti je nutné sestavit korekční soubor kulového integrátoru, který bude implementován do ovládacího programu spektroradiometru. Celý postup od měření propustnosti až po sestavení korekčního souboru je obdobný jako u dříve uvedeného ND filtru, s tím rozdílem, že jako světelný zdroj pro určení propustnosti byla použita jen klasická

49


přežhavená žárovka 60W při 320V. Bylo změřeno několik spekter vyzařování této žárovky mimo kulový integrátor a několik při umístnění této žárovky uvnitř kulového integrátoru. Z každé skupiny byly určeny průměry, poté byla analogicky podle vztahu 5.1.1 spočítána propustnost otvoru kulového integrátoru. Na obrázku 26 je znázorněna změřená propustnost otvoru kulového integrátoru.

τ(-)

0,003

0,002

0,001

0 370

430

490

550

610

670

730 λ(nm) 790

Obrázek 26. Propustnost otvoru kulového integrátoru

Průběh propustnosti na obrázku 24. musel být znovu aproximován v programu Excel polynomem 6. řádu, ovšem tentokrát bylo nutné tento průběh rozdělit na 4 křivky, aby byla aproximace správná. Aproximovaný průběh, regresní rovnice, redukovaná tabulka hodnot propustností a koeficientů korekčního souboru, spolu s příkladem sestaveného korekčního souboru kulového integrátoru jsou uvedeny rovněž v příloze B.

5.3 Měřicí pracoviště Pracoviště pro měření spektrálního vyzařování světelných zdrojů bude mít dvě varianty. První varianta bude s ND filtrem umístněným na objektivu spektroradiometru a světelný zdroj bude mimo kulový integrátor. Druhá varianta nebude obsahovat ND filtr a světelný zdroj bude umístněný v kulovém integrátoru. Světelný zdroj bude napájen ze stabilizovaného střídavého napájecího zdroje. Stabilní napájecí napětí je důležité z hlediska následného vyhodnocení změn spekter vyzařování, aby bylo zajištěno, že vyzářené spektrum daného světelného zdroje odpovídá příslušnému napájecímu napětí. Změna výstupního napětí se provádí připojeným PC. Měření spektrálního vyzařování probíhá pomocí připojeného PC k spektroradiometru. Obě varianty složení měřicího pracoviště jsou uvedeny na obrázku 27.

50


a) První varianta pracoviště s ND filtrem a bez kulového integrátoru

PC

Spektroradiometr CS-1000A

Světelný Zdroj

Napájecí Zdroj

PC

b) Druhá varianta pracoviště bez ND filtru a s kulovým integrátorem

PC

Spektroradiometr CS-1000A

Světelný Zdroj

Napájecí Zdroj

Obrázek 27. Varianty zapojení měřicího pracoviště

PC

6 Měření a vyhodnocení změn spektra světelných zdrojů

51

6 MĚŘENÍ A VYHODNOCENÍ ZMĚN SPEKTRA SVĚTELNÝCH ZDROJŮ Měření vyzařovacího spektra světelných zdrojů bylo rozděleno na dvě části. V první části byla měřena změna spektra v různých částech výboje při jmenovitém napětí a v druhé části se bylo měřeno celkové spektrum světelných zdrojů při změnách napájecího napětí. K měření a vyhodnocení změn vyzařovacích spekter byly použity tři skupiny světelných zdrojů a to klasické žárovky, nízkotlaké rtuťové výbojky s kompaktní zářivkou a poslední skupinou byly výbojky HID. V první části bylo změřeno spektrální vyzařování lineární zářivky a vysokotlaké sodíkové výbojky v různých částech jejich výboje, a to při napájecím napětí 230V. V druhé části měření bylo spektrální vyzařování všech světelných zdrojů měřeno stejným způsobem, světelný zdroj byl umístněný v kulovém integrátoru a hodnoty napájecího napětí byly voleny s důrazem na odchylky ±10% od jmenovité hodnoty. Hodnoty byly voleny 253V, 240V, 230V, 220V, 207V a níže již podle druhu světelného zdroje a předřadného systému. Na každé napěťové hladině byly provedeny tři měření a z nich byla určena průměrná hodnota kvůli eliminaci náhodných změn spektra. Ve skupině klasických žárovek byly změřeny následující žárovky:

•

Osram 60W

•

Osram 100W

•

Tesla 150W

•

Tungsram 300W

Ve skupině nízkotlakých rtuťových výbojek byly změřeny tyto světelné zdroje:

•

Osram L18W/20

•

Osram L18W/21-840

•

Sylvania F 36W/830

•

Osram L 36W/21-840

•

Osram L 36W/20

•

Philips TLD 36W/33

•

Osram L 58W/21-840

•

Osram L 58W/20

•

Osram Dulux EL 23W/41-827

52


Ve skupině výbojek HID byly změřeny následující světelné zdroje:

•

Vysokotlaká sodíková výbojka Tesla 100W

•

Vysokotlaká sodíková výbojka Osram 70W

•


•


•

Vysokotlaká rtuťová výbojka Tesla 80W

•

Halogenidová Osram 150W

•

Halogenidová Toplite 150W

•

Nízkotlaká sodíková výbojka Osram 70W

6.1 Vyhodnocení změn spektra v různých částech výboje Pro změření vyzařovacích spekter na různých částech výboje byla použita lineární zářivka Osram L 36W/21-840 s příslušným elektromagnetickým předřadným systémem. Měření spektrálního vyzařování bylo provedeno na třech místech trubice, a to na obou krajích u elektrod, vpravo i vlevo a uprostřed, ve vodorovné a svislé poloze. U vysokotlaké sodíkové výbojky měření nakonec neproběhlo, protože kvůli správnému změření různých částí výboje musel být spektroradiometr zaostřen na malou část výboje a tím pádem musel být velmi blízko této výbojce, zhruba okolo 0,5m. Útlum ND filtru na tak malou vzdálenost byl již nevyhovující a spektroradiometr neprovedl změření spektrálního vyzařování. Řešením by byl filtr s větším útlumem, ale jedná se již o velmi neobvyklou záležitost a objednání takového filtru je otázkou mnoha měsíců, což je pro časový horizont této práce nevyhovující. V tabulce 2 jsou uvedeny jasy, náhradní teploty chromatičnosti a barevné souřadnice odpovídající poloze zářivky a měřenému místu na zářivce. V příloze C na obrázku C1 je vidět porovnání relativních spekter vyzařování lineární zářivky ve vodorovné poloze a pak na obrázku C2 ve svislé poloze. Z hodnot jasů v jednotlivých místech a polohách je zřejmé, že nejvyšší jas vykazuje zářivka při měření spektrálního vyzařování uprostřed trubice. V oblasti elektrod je pak vykazovaný jas velmi podobný. Hodnotám barevných souřadnic odpovídá velikost náhradní teploty chromatičnosti. Náhradní teploty chromatičnosti se při měření zleva doprava a zdola nahoru posouvají k nižším hodnotám,

Tabulka 2. Jasy, náhradní teploty chromatičnosti a barevné souřadnice různých míst lineární zářivky

-2

L (cd.m ) T (K) x y

levá část 7773 4059 0,3803 0,3845

vodorovná poloha prostřední část pravá část 13209 7466 3958 3929 0,3844 0,3855 0,3854 0,3852

spodní část 7617 4018 0,3820 0,3849

svislá poloha prostřední část 11875 3947 0,3850 0,3861

horní část 7434 3915 0,3863 0,3861

53


Na obrázku 28 jsou uvedeny průběhy relativních odchylek spekter v okrajových částech dané lineární zářivky od spektra uprostřed trubice, v příloze D jsou v tabulce D1 uvedeny redukované hodnoty relativních odchylek. Tyto odchylky δ ri jsou spočteny podle následujícího vzorce

δ ri =

S ri (λ ) − S rpr (λ ) S rpr (λ )

⋅ 100

(%; -, -)

(6.1.1)

kde: S ri (λ ) relativní spektrální hustota v porovnávaném místě trubice zářivky

S rpr (λ ) relativní spektrální hustota uprostřed trubice zářivky

δr(%)

1150

950

750

550 δrl δrp δrd δrh

350

150

-50370

430

490

550

610

670

730 λ(nm) 790

Obrázek 28. Relativní odchylky spekter vyzařování různých částí 36W zářivky Osram

Z průběhů relativních odchylek na výše uvedeném obrázku 28 a z tabulky D1 v příloze D je zřejmé, že vyšší relativní odchylky od spektra uprostřed trubice dosahují odchylky δrl levého konce při vodorovném umístnění a odchylky δrd dolního konce při svislém umístnění. Jde o totožné konce s rozdílnou pracovní polohou. Tyto odchylky se do vlnové délky 730nm pohybují do hodnoty 15%, s výjimkou oblasti kolem 405nm kde odchylky δrl dosahují hodnoty kolem 25%. Z tabulky D1 je také vidět, že vyšší relativní odchylky δrl dosahují o 2% až 3% vyšších hodnot oproti odchylkám δrd. Odchylky δrp spektrálního vyzařování pravého konce trubice při vodorovném umístnění a odchylky δrh spektrálního vyzařování horního konce trubice při svislém


54

umístnění, se od začátku spektra do 730nm pohybují do 10%. Nejvyšších hodnot dosahují odchylky v rozmezí 730nm až 780nm. V případě odchylek δrp a δrh, které dosahují odchylky do 10%, tak na konci spektra dosahují maximální hodnoty kolem 1000% a odchylky δrl a δrd, které se v průběhu spektra pohybují do hodnoty 25%, dosahují na konci spektra hodnot kolem 500%. Tato velikost odchylek v koncové oblasti je zřejmá již z průběhů relativních spekter. Je tedy zřejmé, že pracovní poloha zářivky nebude mít výrazný vliv na spektrální vyzařování. Spektrální hustota vyzařování bude v každém místě výboje odlišná a je z důvodů uvedených v kapitole 5.2 vhodnější pro měření použít kulový integrátor.

6.2 Vyhodnocení vyzařovacích spekter žárovek U klasických žárovek byla měřena spektra vyzařování u výše uvedené výkonové řady V tabulce 3 jsou uvedeny hodnoty jasu, teploty chromatičnosti a barevné souřadnice. Z tabulky 3 je zřejmý již dříve uvedený fakt, že vyzařování žárovky je silně závislé na velikosti napájecího napětí. S poklesem napájecího napětí klesá jas žárovky a také teplota chromatičnosti. Průsečík barevných souřadnic se posouvá na čáře teplotních zdrojů do leva směrem k oranžové barvě. Jas i teplota chromatičnosti jsou samozřejmě větší s rostoucím výkonem žárovek.

Tabulka 3. Jasy, teploty chromatičnosti a barevné souřadnice u žárovek 253V 22959 2795 0,4528 0,4093

240V 18990 2739 0,4574 0,4105

230V 16191 2692 0,4613 0,4113

-

43867 2848 0,4486 0,4083

36593 2792 0,4530 0,4095

31423 2746,5 0,4568 0,4104

-

64769 2888 0,4459 0,4081

53892 2829 0,4504 0,4093

46255 2783 0,4541 0,4103

-

172221 2951 0,4407 0,4057

143250 2886 0,4455 0,4073

123895 2838 0,4493 0,4083

-2

L (cd.m ) Tc (K) x y L (cd.m 2) Tc (K) x y L (cd.m 2) Tc (K) x y L (cd.m 2) Tc (K) x y

60W 220V 13913 2654 0,4646 0,4120 100W 26988 2704,5 0,4603 0,4112 150W 39332 2736 0,4580 0,4112 300W 108993 2804 0,4520 0,4091

207V 11096 2591 0,4698 0,4130

160V 3971 2349 0,4921 0,4154

100V 436 0,5330 0,4124

21729 2645 0,4654 0,4123

8105 2397 0,4872 0,4152

1003 0,5270 0,4135

31353 2673 0,4633 0,4123

11231 2412 0,4861 0,4155

1199 0,5284 0,4135

88881 2743 0,4569 0,4103

35110 2491 0,4783 0,4141

5038 0,5172 0,4146

Relativní spektra vyzařování každé žárovky jsou uvedena v příloze C. Na obrázku C3 jsou zobrazena relativní spektra vyzařování pro 60W žárovku. Dále je zřejmé, že většina vyzářené energie se pohybuje v oblasti středních a delších vlnových délek, tedy v oblasti žluté až červené barvy. Při napájecím napětí 100V vyzařuje žárovka již velmi malou energii v oblasti krátkých vlnových délek a rozkmitaný průběh relativního spektra v oblasti vlnových délek 380nm až

55


400nm je způsoben velmi malou vyzařovanou energií, spektroradiometr měří spíše šum energie. Z průběhů pro ostatní žárovky v příloze C je vidět, že již v případě 300W žárovky je u spektra pro 100V v oblasti krátkých vlnových délek energie dostatečně velká a nedochází k takovým změnám jako u 60W žárovky. Velké nerovnosti v průbězích relativních spektrálních hustot od 610nm a výš mohou být způsobené méně přesnou kalibrací kulového integrátoru oproti ND filtru. Křivka propustnosti musela být aproximována čtyřmi křivkami. Odchylky od spektra při jmenovitém napájecím napětí od ostatních spekter je možné vypočítat pomocí relativních odchylek, které budou spočteny stejným způsobem jako v předcházející kapitole. Relativní odchylku δ ri pro jednu vlnovou délku lze určit podle vztahu:

δ ri = kde

S ri (λ ) − S r 230 (λ ) ⋅ 100 S r 230 (λ )

(%; -, -)

(6.2.1)

S r 230 (λ ) je hodnota relativní spektrální hustoty při jmenovitém napájecím napětí 230V S ri (λ )

je hodnota porovnávané relativní spektrální hustoty

δr(%)

Z důvodu velkého množství dat a z toho plynoucí nutnosti přehlednosti budou dále uváděny jen relativní odchylky pro spektra při napětích 253V, 207V, tedy napětích reprezentujících povolené odchylky ±10%. Hodnoty odchylek budou uvedeny v příloze D v podobě redukovaných tabulek, kde jsou uvedeny hodnoty v kroku 10nm. Tyto tabulky s hodnotami relativních odchylek budou uvedeny pro každý světelný zdroj, u něhož bylo měřeno spektrální vyzařování. 50 40 30

δr253,60W δr207,60W δr253,100W δr207,100W

20 10 0 370

430

490

550

610

670

730

λ(nm) 790

-10 -20 -30 -40

Obrázek 29. Relativní odchylky spekter 60W a 100W žárovky

Na obrázku 29. a obrázku 30 jsou uvedeny relativní odchylky δr253 a δr207 pro všechny měřené žárovky. Jak bylo uvedeno výše, žárovka vyzařuje v oblasti krátkých vlnových délek malou

56


δr(%)

úroveň energie a hodně proměnlivou, to způsobuje velký rozkmit relativních odchylek. Tyto změny odchylek se zmenšují s rostoucí vyzářenou energií, což je vidět při srovnání odchylek 60W a 300W žárovky. Relativní odchylky se dále zmenšují s rostoucí vlnovou délkou, tedy se zvyšující se vyzářenou energií. Relativní odchylky pro všechny žárovky se příliš neliší s výjimkou odchylek δr207 300W žárovky, které jsou menší zhruba o 2% oproti ostatním žárovkám při stejném napětí a tento rozdíl se zmenšuje s rostoucí vlnovou délkou, jak je vidět na obrázku 30 a v tabulkách D2 a D3 v příloze D.

80 70 60 50 40 δr253,150W δr207,150W δr253,300W δr207,300W

30 20 10 0 370 -10

430

490

550

610

670

730

-20 -30 -40

Obrázek 30. Relativní odchylky spekter 150W a 300W žárovky

λ(nm) 790


57

6.3 Vyhodnocení spekter vyzařování nízkotlakých rtuťových výbojek V této skupině světelných zdrojů byly měřeny dříve uvedené lineární zářivky a kompaktní zářivka. U všech uvedených lineárních zářivek byly změřeny změny spektra vyzařování při použití elektromagnetického předřadného systému. Pro srovnání při použití elektronického předřadného systému byly změřeny změny spektra vyzařování u jedné z 36W lineárních zářivek a u kompaktní zářivky. V tabulce 4 jsou uvedeny jasy, náhradní teploty chromatičnosti a barevné souřadnice pro všechny zářivky s elektromagnetickým předřadným systémem. V tabulce je uvedena taky délka trubice pro daný výkonový typ zářivky. Před dalším vysvětlení je vhodné pro přehlednost uvést systém v označení lineárních zářivek. Například pro zářivku Osram L 18W/21-840. Osram L označuje výrobce a označení typu světelného zdroje. 18W označuje příkon, 21 staré označení barvy světla. Číslo 840 je nové značení, kde číslo 8 znační podání barev, které je v rozsahu Ra = 80 až 89 a číslo 40 označuje náhradní teplotu chromatičnosti 4000K. [12], [13] Hodnoty napájecího napětí, při kterém bylo měřeno spektrální vyzařování, jsou v standardním rozsahu, který byl uveden již dříve. Spodní hranice napájecího napětí je napětí, při kterém ještě nedošlo k zhasnutí oblouku zářivky. Je zřejmé, že toto napětí bude dáno délkou trubice zářivky, protože čím bude vzdálenost elektrod zářivky větší tím bude potřeba větší napětí k udržení oblouku. Dále tato spodní hranice závisí na typu předřadného systému, elektronický předřadný systém udrží zářivku v chodu při nižším napětí než elektromagnetický, to bude vidět později. Je zřejmé, že velikost jasu zářivek bude závislá na výkonové řadě zářivek. U 18W zářivky bude nejmenší a naopak u 58W největší. Dále jas zářivek závisí na velikosti napájecího napětí. Jas zářivek také závisí na barvě vyzařovaného světla respektive na typu luminoforu, kterým je barva světla určena. Porovnáním jasu 18W zářivek uvedených v tabulce 4 je vidět, že při jmenovitém napětí je vyzařovaný jas větší u zářivky Osram L 18W/21-840 než u Osram L 18W/20 a tento rozdíl je 2291 cd.m-2. Při vyšším než jmenovitém napájecím napětí tento rozdíl vzrůstá a při nižším klesá. Stejné tvrzení platí také u zářivek 36W a 58W výrobce Osram, kdy zářivky s barevným označením 21-840 vykazují větší jas než zářivky s barevným označením 20. Rozdíl jasu se také zvětšuje s rostoucím typovým příkonem. U 36W zářivek Osram je rozdíl jasu při jmenovitém napětí 8890 cd.m-2 a u 58W zářivek Osram je tento rozdíl 34978 cd.m-2. U zářivky Sylvania F 36W/830 je jas v porovnání se zářivkou Osram L 36W/21840 menší, což je dáno menší náhradní teplotou chromatičnosti. Rozdíl při jmenovitém napětí je 398 cd.m-2 a s rostoucím napětím klesá a s klesajícím roste. Stejné tvrzení pak platí i při porovnání zářivky Philips TLD 36W/33 a zářivky Osram L 36W/20. Rozdíl jasu při jmenovitém napětí je 814 cd.m-2. Náhradní teploty chromatičnosti u každé měřené zářivky odpovídají označení výrobce. Barevné souřadnice vyzařovaného světla zářivek se v závislosti na napájecím

58


napětí mění jen minimálně, to znamená, že změna napájecího napětí nebude mít velký vliv na barvu vyzařovaného světla. Relativní spektrální hustoty vyzařování při napájecích napětích uvedených v tabulce 4 jsou pro každou lineární zářivku uvedené v příloze C. Z těchto vyzařovacích spekter je zřejmé, že průběh spektrálního vyzařování závisí na barvě vyzařovaného světla, respektive na použitém luminoforu.

Tabulka 4. Jasy, náhradní teploty chromatičnosti a barevné souřadnice pro zářivky s elektromagnetickým předřadníkem l=590mm

253V 28969 4106 0,3786 0,3846

240V 27347 4095 0,3789 0,3841

230V 26166 4090 0,3790 0,3837

32121 3985 0,3801 0,3734

30206 3985 0,3799 0,3729

28457 4003 0,3788 0,3710

253V 78917 3148 0,4273 0,4018

240V 73971 3143 0,4276 0,4016

230V 69956 3141 0,4276 0,4014

-

79728 3960 0,3841 0,3844

74699 3955 0,3841 0,3839

70354 3956 0,3839 0,3832

-

69015 4046 0,3805 0,3831

64987 4028 0,3810 0,3825

61484 4013 0,3812 0,3814

-

69722 4213 0,3735 0,3793

65599 4197 0,3739 0,3789

62298 4182 0,3742 0,3781

253V 127808 3985 0,3824 0,3819

240V 123315 3969 0,3831 0,3823

230V 117230 3953 0,3838 0,3827

109982 4190 0,3752 0,3833

104531 4149 0,3767 0,3835

82252 4058 0,3797 0,3821

-2

L (cd.m ) Tn (K) x y -

L (cd.m 2) Tn (K) x y l=1200mm -2

L (cd.m ) Tn (K) x y L (cd.m 2) Tn (K) x y L (cd.m 2) Tn (K) x y L (cd.m 2) Tn (K) x y l=1500mm -2

L (cd.m ) Tn (K) x y -

L (cd.m 2) Tn (K) x y

Osram L 18W/20 220V 207V 24992 23510 4081 4074 0,3792 0,3793 0,3833 0,3825 Osram L 18W/21-840 27619 25875 3980 3986 0,3801 0,3797 0,3729 0,3720 Sylvania F 36W/830 220V 207V 65705 59018 3137 3136 0,4279 0,4275 0,4015 0,4007 Osram L 36W/21-840 66400 60013 3947 3948 0,3844 0,3841 0,3839 0,3829 Osram L 36W/20 57923 52568 4009 3996 0,3814 0,3817 0,3818 0,3806 Philips TLD 36W/33 58554 53415 4182 4168 0,3744 0,3746 0,3785 0,3773 Osram L 58W/21-840 220V 207V 110028 98091 3939 3924 0,3845 0,3850 0,3830 0,3829 Osram L 58W/20 92968 83116 4106 4064 0,3783 0,3796 0,3835 0,3826

190V 21485 4069 0,3792 0,3815

150V 16048 4060 0,3789 0,3791

100V 6169 4048 0,3785 0,3760

23565 3991 0,3792 0,3711

17604 4008 0,3781 0,3694

6450 4046 0,3759 0,3658

190V 48047 3140 0,4267 0,3992

170V 28399 3153 0,4247 0,3967

50200 3951 0,3837 0,3819

33950 3960 0,3829 0,3802

43881 3981 0,3818 0,3793

29952 3963 0,3820 0,3776

45085 4153 0,3748 0,3760

32040 4139 0,3749 0,3745

190V 98091 3924 0,3850 0,3829 57083 4009 0,3806 0,3786


59

Na obrázku 31 jsou uvedeny průběhy relativních odchylek 18W zářivek Osram. Příslušná tabulka s redukovanými hodnotami odchylek je uvedena v příloze D jako tabulka D4. Z průběhů jsou zřejmé velké a velmi se měnící relativní odchylky na obou koncích viditelného spektra, které dosahují i hranice 100%. Větší a výraznější změny se vyskytují u zářivky Osram 18W/21-840. Důvodem těchto změn je malá úroveň vyzařované energie na krajích viditelného spektra, tato energie se také dosti mění, proto dochází k velkým relativním odchylkám.

δr(%)

200

150

100 δr253,Osram18W/20 δr207,Osram18W/20 δr253,Osram18W/21-840 δr207,Osram18W/21-840

50

0 370

430

490

550

610

670

λ(nm) 730

790

-50

-100

Obrázek 31. Průběhy relativních odchylek spekter 18W zářivek Osram

Jak bylo dříve uvedeno, spektroradiometr měří spíše energetický šum v popsaných okrajových oblastech viditelného spektra. Z průběhů relativních spekter těchto zářivek uvedených v příloze C jako obrázky C7 a C8 je vidět důvod větších a výraznějších změn zářivky s koncovým označením 21-840. Tato zářivka vyzařuje na krajích spektra mnohem menší úroveň energie. Z průběhů je vidět zvětšení odchylek u vlnové délky 400nm, 550nm a 580nm, tedy v oblasti zelené a žluté barvy. Těmto oblastem odpovídají maxima relativní spektrální hustoty u obou zářivek s výjimkou vlnové délky 580nm u zářivky Osram L 18W/21-840. V oblasti 550nm dosahuje větších odchylek zářivka Osram 18W/20 a v oblasti 580nm zářivka Osram 18W/21-840. Na obrázku 32 jsou uvedeny průběhy relativních spekter 36W zářivek Osram. U těchto zářivek je situace obdobná jako u 18W zářivek. To znamená velké odchylky na krajích viditelného spektra s většími odchylkami pro zářivku s koncovým označením 21-840. Také zvýšené odchylky v oblasti 400nm, 550nm a 580nm, ale větší než u 18W zářivek. Příslušná tabulka D5 s redukovanými hodnotami relativních odchylek je uvedena příloze D. Průběhy relativních spektrálních hustot vyzařování těchto 36W zářivek Osram jsou uvedeny v příloze C na obrázku C10 a obrázku C11.

60


δr(%)

100 80 60

δr253,Osram36W/21-840 δr207,Osram36W/21-840 δr253,Osram36W/20 δr207,Osram36W/20

40 20 0 370 -20

430

490

550

610

670 λ(nm)

730

790

-40 -60 -80 -100

Obrázek 32. Průběh relativních odchylek 36W zářivek Osram Na obrázku 33 jsou uvedeny průběhy relativních odchylek 36W zářivek Sylvania a Philips. Průběhy odchylek jsou obdobné jako u výše uvedených zářivek. Větší odchylky na okrajích viditelného spektra vykazuje zářivka Sylvania s barevným označením 830 také z důvodů menší vyzařované energie než u zářivky Philips. Příslušná tabulka s redukovanými hodnotami je uvedena v příloze D jako tabulka D5. Průběhy spektrálních hustot vyzařování jsou uvedeny v příloze C jako obrázek C9 a obrázek C12. δr(%)

100 80 60

δr253,Sylvania36W/830 δr207,Sylvania36W/830 δr253,Philips36W/33 δr207,Philips36W/33

40 20 0 370 -20

430

490

550

610

670 λ(nm)

730

-40 -60 -80 -100

Obrázek 33. Průběh relativních odchylek 36W Sylvania a Philips

790

61


Odlišná situace nastává u relativních odchylek spekter 58W zářivek Osram, které jsou uvedeny na obrázku 34. U zářivky s označením 21-840 jsou relativní odchylky na začátku viditelného spektra velké a výrazně se mění. V oblastech 400nm, 440nm, 550nm a 580nm dochází k nárůstu odchylek. Tyto oblasti, s výjimkou oblasti 580nm, odpovídají opět maximu relativních spektrálních hustot. V oblasti 440nm a 550nm dojde k nárůstu do 10% a v oblasti 400nm a 580nm dochází k navýšení odchylek nad 10%. Na konci viditelného spektra dochází opět ke zvýšení odchylek. Průběhy relativních spektrálních hustot jsou uvedeny na obrázku C13 v příloze C. δr(%)

100 80 60

δr253,58WOsram58W/21-840 δr207,58WOsram58W/21-840

40

δr253,58WOsram58W/20 δr207,58WOsram58W/20

20 0 370 -20

430

490

550

610

670

λ(nm)

730

790

-40 -60 -80

Obrázek 34. Průběhy relativních odchylek 58W zářivek Osram U zářivky s barevným označením 20 dochází vysokým odchylkám jen na začátku spektra, ale na konci vyzařuje tato zářivka více energie než na začátku spektra, proto na konci nedochází k tak výrazným změnám. V průběhu spektra se pak odchylky δr207 pohybují kolem 4% a odchylky δr253 kolem -7%, což je také patrné z obrázku 34 a v tabulce D7. K odlišným změnám opět dochází u oblastí vlnových délek 400nm, 440nm, 550nm a 580nm. Všechny tyto oblasti odpovídají maximu vyzařování, jak je vidět z průběhů relativních spekter vyzařování na obrázku C14 v příloze C. Dále je z obrázku C14 a z průběhu odchylek této zářivky zřejmé, že relativní spektrální hustota je při napětí 253V menší něž při jmenovitém napětí a naopak při napětí 207V větší. Výjimku pak tvoří výše uvedené oblasti. Relativní odchylky δr253 a δr207 se v oblasti 440nm a 580nm dostanou až na nulovou hodnotu, relativní spektrální hustoty budou mít úroveň spektrální hustoty při jmenovitém napětí. V oblasti 400nm a 550nm se odchylky δr253 dostanou ze záporných hodnot do kladných na úroveň odchylek při napětí 207V a odchylky δr207 z kladných hodnot do záporných na úroveň při napětí 253V. V případě odchylek δr253 to znamená, že se relativní spektrální hustota zvětší nad hodnotu při jmenovitém napětí a naopak u odchylek δr207 se


62

relativní spektrální hustota sníží pod hodnotu při jmenovitém napětí. Příslušná tabulka s redukovanými hodnotami odchylek je uvedena příloze D jako tabulka D7. U lineárních zářivek s elektromagnetickým předřadným systémem se bude velikost relativních odchylek zvětšovat se zvětšujícím se výkonem zářivek. V oblasti 430nm až 730nm u měřeného spektrálního vyzařování daných zářivek s elektromagnetickými předřadníky nevznikne v rozsahu napětí ±10% od jmenovité hodnoty relativní odchylka větší něž 15%. Jak je vidět z tabulky 4, tyto odchylky nezapříčiní výrazné změny v barvě vyzařovaného světla. Změnou napájecího napětí bude tedy docházet hlavně ke změně jasu světelného zdroje respektive světelného toku.

6.3.1 Vyhodnocení spekter nízkotlakých rtuťových výbojek s elektronickým předřadným systémem Jako zástupce lineárních zářivek pro měření spektrálního vyzařování v závislosti na napájecím napětí byla vybrána zářivka Osram L 36W/21-840. Její spektrální vyzařování bylo změřeno se třemi různými elektronickými předřadnými systémy reprezentujícími vestavěné elektronické předřadné systémy. Ze skupiny kompaktních zářivek byla měřena kompaktní zářivka Osram Dulux EL 23W/41-827, která obsahuje integrovaný elektronický předřadný systém. Z hodnot jasů uvedených v tabulce 5 pro danou zářivku s různými typy elektronických předřadných systémů je vidět, že jejich velikost je závislá na typu konkrétního elektronického předřadného systému. Předřadný systém Tridonic obsahuje pasivní PFC3 obvod, předřadník Beghelli má podobné vlastnosti jako integrovaný předřadný systém kompaktní výbojky a předřadný systém Helvar obsahuje aktivní PFC obvod. Tyto obvody slouží v elektronických předřadných systémech ke snižování úrovně harmonických proudů, které předřadný systém generuje. Slouží tedy k zabránění nepříznivého vlivu elektronických předřadných systémů na napájecí síť. Pasivní PFC obvod obsahuje indukční cívku a soustavu zapojení kondenzátorů a diod ke snižování úrovně harmonických. Aktivní PFC obvod řídí napájení měniče (střídače), který pak napájí výbojku. Řízením napájení měniče aktivním PFC obvodem elektronického předřadného systému je také zajištěno konstantní napájení zářivkové trubice a tím konstantní výstupní světelný tok respektive jas při změnách napájecího napětí (podrobnější popis zapojení, principů a vlastností těchto elektronických předřadných systému není obsahem této práce). To potvrzují naměřené hodnoty jasu v tabulce 5 při použití předřadníku č.3, který obsahuje aktivní PFC obvod. Jas, který zářivka vykazuje v rozmezí 207V až 253V, je téměř konstantní. Ke zmenšení hodnoty jasu dochází až při větším zmenšení napájecího napětí. Téměř neměnné tím pádem zůstávají i barevné souřadnice a náhradní teplota chromatičnosti. Jas u zbylých dvou předřadných systémů lineární zářivky stoupá se vzrůstajícím napětím. Největšího jasu dosahuje zářivka s předřadníkem č.1 s pasivním PFC obvodem. Nejmenší jas vykazuje lineární zářivka s elektronickým předřadným systémem s aktivním PFC obvodem. Jas kompaktní zářivky je také 3

Power factor corrector – korekce skutečného účiníku

63


závislý na velikosti napájecího napětí. V rozmezí ±10% od jmenovitého napájecího napětí u kompaktní zářivky a lineární zářivky s prvními dvěma předřadnými systémy dochází také jen k malým změnám barevných souřadnic a náhradních teplot chromatičnosti.

Tabulka 5. Jasy, náhradní teploty chromatičnosti a barevné souřadnice lineární zářivky a kompaktní zářivky

-


-


-


-2

L (cd.m ) Tn (K) x y

253V 39355 2810 0,4555 0,4160 253V 84861 3914 0,3867 0,3873 253V 74786 3934 0,3859 0,3874 253V 71816 3899 0,3871 0,3866

Osram Dulux EL 23W/41-827 240V 230V 220V 207V 190V 150V 38016 36269 34234 31982 28781 20113 2779 2762 2768 2753 2734 2709 0,4572 0,4579 0,4579 0,4586 0,4589 0,4578 0,4153 0,4143 0,4151 0,4143 0,4125 0,4076 Osram L 36W/21-840 předřadný systém č.1 Tridonic 240V 230V 220V 207V 190V 150V 76629 70316 64428 56899 48326 30347 3912 3912 3912 3922 3934 3958 0,3865 0,3863 0,3862 0,3853 0,3843 0,3824 0,3865 0,3859 0,3854 0,3835 0,3817 0,3784 Osram L 36W/21-840 předřadný systém č.2 Beghelli 240V 230V 220V 207V 190V 150V 69296 64674 62229 56428 49351 35011 3919 3909 3908 3904 3901 3909 0,3865 0,3870 0,3870 0,3871 0,3871 0,3861 0,3876 0,3876 0,3876 0,3874 0,3869 0,3847 Osram L 36W/21-840 předřadný systém č.3 Helvar 240V 230V 220V 207V 150V 110V 71304 71842 71874 71865 67830 44240 3899 3899 3898 3898 3899 3940 0,3869 0,3871 0,3872 0,3871 0,3870 0,3838 0,3808 0,3862 0,3866 0,3867 0,3867 0,3863

90V 3503 2703 0,4531 0,3988 110V 6798 4040 0,3781 0,3735 110V 10311 3998 0,3802 0,3758

Na obrázku 35 jsou uvedeny průběhy relativních odchylek δr253 a δr207 dané 36W zářivky Osram s elektronickými předřadnými systémy Tridonic a Beghelli. Průběhy relativních odchylek jsou velmi obdobné jako při použití této zářivky s elektromagnetickým předřadníkem. Ovšem oproti elektromagnetickém předřadníku dochází ke zvětšení odchylek v oblasti 440nm, které se v této oblasti začaly projevovat až u 58W zářivek. Z tabulky D8 v příloze D je vidět, že relativní odchylky se pohybují v rozsahu do hodnoty ±1%, s výjimkou okrajových částí spektra a čtyř oblastí se zvětšenými odchylkami. V uvedený čtyřech oblastech nebudou odchylky větší než 15% nebo -15%. Pro srovnání při použití dané zářivky s elektromagnetickým předřadníkem jsou odchylky δr253 vyšší zhruba o 1% až 2%. Průběhy relativních spekter vyzařování při použití těchto dvou elektronických předřadných systémů nebudou v příloze C uvedeny, protože jsou prakticky totožné jako při použití elektromagnetického předřadného systému.

64


δr(%)

120 100 80 60 δr253,Tridonic δr207,Tridonic δr253,Beghelli δr207,Beghelli

40 20 0 370 -20

430

490

550

610

670

λ(nm)

730

790

-40 -60 -80

Obrázek 35. Průběhy relativních odchylek spekter zářivky Osram L 36W/21-840 s elektronickými předřadníky Tridonic a Beghelli

δr(%)

Na obrázku 36 jsou uvedeny průběhy realitních odchylek spekter dané 36W zářivky s elektronickým předřadníkem Helvar a kompaktní zářivky. Příslušná tabulka s redukovanými hodnotami je uvedena v příloze D jako tabulka D8. Při použití předřadného systému Helvar s aktivním PFC obvodem je vidět, že se relativní odchylky mění jen v okrajových oblastech viditelného spektra. 120 100 80 60

δr253,Helvar δr207,Helvar

40

δr253,kompaktOsram δr207,kompaktOsram

20 0 370 -20

430

490

550

610

670

λ(nm)

730

790

-40 -60 -80 -100

Obrázek 36. Průběhy relativních odchylek zářivky Osram L 36W/21-840 s elektronickým předřadníkem Helvar a kompaktní zářivka Osram Dulux 23W/41-827


65

V oblasti 420nm až po 720nm se pak odchylky pohybují do hodnoty ±0,5%, s velkým počtem 0% hodnot odchylek, jak je vidět v tabulce D6. Malé odchylky bylo možno předpokládat už z podstatě konstantních hodnot jasů a barevných souřadnic, uvedených v tabulce 5. V příloze C na obrázku C15 jsou uvedeny průběhy relativních spektrálních hustot vyzařování použité zářivky s elektronickým předřadníkem Helvar. Z průběhů relativních odchylek δr253 a δr207 kompaktní zářivky jsou opět zřejmé velké odchylky na obou koncích viditelného spektra. Na rozdíl od lineárních zářivek vykazuje vyšší odchylky asi do 580nm, tedy do poloviny spektra. Tyto zvýšené relativní odchylky jsou tak jako na okrajích spektra způsobeny, malou úrovní vyzařování. To je zřejmé z průběhů relativních spektrálních hustot vyzařovaní kompaktní zářivky na obrázku C16 v příloze C. Větší odchylky vznikly při napětí 253V a nedosahují větších hodnot než 20%. Je tedy zřejmé, že velikost relativních odchylek nízkotlakých rtuťových výbojek při změně napájecího napětí, bude záviset na typu předřadníku a na použitém luminoforu.

6.4 Vyhodnocení spekter vyzařování HID výbojek Při měření spektrálního vyzařování byly použity HID výbojky s výkonově příslušným elektromagnetickým předřadným systémem. V tabulce 6 jsou uvedeny jasy, náhradní teploty chromatičnosti a barevné souřadnice vysokotlakých sodíkových výbojek. Náhradní teploty chromatičnosti sodíkových výbojek nebyly spektroradiometrem určeny, protože jejich barevné souřadnice leží mimo oblast vymezenou pro určení náhradích teplot chromatičnosti, uvedenou v diagramu na obrázku 1.

Tabulka 6. Jasy, náhradní teploty chromatičnosti a barevné souřadnice u vysokotlakých sodíkových výbojek

-


-


-


-


253V 253849 0,5292 0,4165 253V 99154 0,5398 0,4176 253V 116067 0,5351 0,4180 253V 119545 0,5086 0,4037

100W Vysokotlaká sodíková výbojka Tesla 240V 230V 220V 207V 140V 191978 154320 132455 98129 24245 0,5344 0,5371 0,5395 0,5430 0,5626 0,4192 0,4210 0,4210 0,4228 0,4252 70W Vysokotlaká sodíková výbojka Osram 240V 230V 220V 207V 150V 79505 67116 55120 43823 16690 0,5420 0,5436 0,5458 0,5484 0,5618 0,4191 0,4204 0,4212 0,4222 0,4241 70W Vysokotlaká sodíková výbojka Tesla 240V 230V 220V 207V 150V 93764 78809 67126 52248 16827 0,5382 0,5405 0,5427 0,5459 0,5614 0,4195 0,4206 0,4213 0,4222 0,4243 50W Vysokotlaká sodíková výbojka Tesla 240V 230V 220V 207V 190V 106871 102758 87134 77429 60236 0,5185 0,5294 0,5292 0,5399 0,5447 0,4051 0,4086 0,4068 0,4104 0,4127

80V 9091 0,5700 0,4255 80V 5443 0,5703 0,4265 80V 3483 0,5692 0,4269


66

Z tabulky 6 je vidět, že se vzrůstajícím napájecím napětím roste jas vysokotlakých sodíkových výbojek. Největších hodnot jasů dosahuje 100W vysokotlaká sodíková výbojka Tesla a nejmenších jasů dosahuje 70W výbojka Osram. Ve srovnání 70W výbojek dosahuje většího jasu výbojka Tesla. Z tabulky je také zřejmé, že 50W vysokotlaká sodíková výbojka dosahovala většího jasu než 70W výbojky. Z barevných souřadnic a z trichromatického trojúhelníku na obrázku 2 je patrné, že barva vyzařovaného světla vysokotlakých sodíkových výbojek je žlutooranžová. Barevné souřadnice se s napájecím napětím mění výrazněji, než například u lineárních zářivek s elektromagnetickými předřadníky, čemuž bude pak odpovídat i větší velikost relativních odchylek.

Tabulka 7. Jasy, náhradní teploty chromatičnosti a barevné souřadnice u halogenidových výbojek, vysokotlaké rtuťové a nízkotlaké sodíkové výbojky

-


-


-


-


253V 36936 0,5711 0,4271 253V 333988 3853 0,3886 0,3856 253V 265916 3478 0,4071 0,3930 253V 93735 4077 0,3745 0,3645

70W Nízkotlaká sodíková výbojka Osram 240V 230V 220V 207V 140V 37569 39030 37066 37122 20698 0,5712 0,5711 0,5714 0,5713 0,3810 0,4272 0,4272 0,4270 0,4270 0,2846 150W Halogenidová výbojka Toplite 240V 230V 220V 207V 190V 301201 276473 252529 222094 178306 3896 4019 3962 4022 4193 0,3866 0,3815 0,3836 0,3811 0,3747 0,3846 0,3832 0,3830 0,3823 0,3814 150W Halogenidová výbojka Osram 240V 230V 220V 207V 190V 243656 220285 197238 163384 122234 3622 3757 3831 4031 4346 0,3996 0,3931 0,3898 0,3815 0,3699 0,3898 0,3877 0,3867 0,3850 0,3845 80W Vysokotlaká rtuťová výbojka Tesla 240V 230V 220V 207V 190V 83081 75095 67077 57563 43108 4094 4104 4087 4104 4091 0,3738 0,3735 0,3741 0,3735 0,3741 0,3642 0,3642 0,3643 0,3643 0,3651

100V 6968 0,5716 0,4262 170V 97013 4406 0,3678 0,3845 170V 78679 4890 0,3524 0,3887

V tabulce 7 jsou uvedeny jasy, náhradní teploty chromatičnosti a barevné souřadnice nízkotlaké sodíkové výbojky, halogenidových výbojek a vysokotlaké rtuťové výbojky. V případě nízkotlaké sodíkové výbojky dochází ke snížení jasu při zvýšení a snížení napětí od jmenovité hodnoty. Toto snížení je zhruba o 2000cd.m-2 pro změnu napětí ±10% od jmenovité hodnoty napětí. V porovnání s dalšími výbojkami jde o velmi malou změnu jasu. Barevné souřadnice jsou v rozmezí změny napětí ±10% od jmenovité hodnoty, téměř konstantní. K výraznější změně barevných souřadnic a jasů dochází až s větším poklesem napájecího napětí. U zbývajících výbojek v tabulce 7 jas roste se zvyšujícím se napětím. Většího jasu z halogenidových výbojek dosahuje výbojka Toplite. U halogenidových výbojek se náhradní teplota chromatičnosti se vzrůstajícím napětí zmenšuje, to znamená, že se výsledný barevný podnět posouvá v trichromatickém trojúhelníku směrem doprava. U vysokotlaké rtuťové výbojky se při změně

67


napětí teplota chromatičnosti a barevné souřadnice mění jen minimálně a relativní odchylky spekter by tedy měly být menší než u ostatních výbojek v této skupině světelných zdrojů, s výjimkou nízkotlaké sodíkové výbojky, jak vyplývá z výše uvedeného popisu. Pro všechny měřené světelné zdroje v této skupině jsou průběhy relativních spektrálních hustot uvedeny v příloze C. Příslušné tabulky v redukované podobě obsahující relativní odchylky jsou uvedeny v příloze D. δr(%)

450 400 350 300 250

δr253,100WTesla δr207,100WTesla δr253,50WTesla δr207,50WTesla

200 150 100 50 0 370 -50

430

490

550

610

670

730

790 λ(nm)

-100

Obrázek 37. Průběhy relativních odchylek spekter 100W a 50W vysokotlaké sodíkové výbojky

Na obrázku 37 jsou uvedeny průběhy relativních odchylek spekter 100W a 50W vysokotlaké sodíkové výbojky. Na začátku spektra jsou vidět velké a měnící se odchylky obou výbojek, což je opět způsobeno nízkou úrovní vyzářené energie v této oblasti, jak ukazuje obrázek C17 a obrázek C20 v příloze C. Menších odchylek dosahuje na začátku spektra 50W výbojka, což je vidět z průběhů relativních odchylek i z příslušné tabulky D10 v příloze D. Důvodem je větší energie vyzařovaná na začátku spektra oproti 100W výbojce. Snižující a zvyšující se relativní odchylky v průběhu celého spektra jsou dány průběhem relativní spektrální hustoty vyzařování. Například u 100W výbojky pro vlnovou délku 500nm, kdy dochází k nárůstu vyzařované energie, jak je vidět na obrázku C17 v příloze C. Při této vlnové délce pak dochází k poklesu relativní odchylky. V zápětí dochází k poklesu vyzařované energie a relativní odchylky pak vzrůstají. V oblasti kolem 590nm relativní odchylky klesají k nulové hodnotě a následně rostou do hodnot s opačným znaménkem. To znamená, že při přechodu odchylek δr207 ze záporných hodnot, kdy je relativní spektrální hustota při napájecím napětí 230V větší než při napětí 207V, do kladných hodnot, je pak relativní spektrální hustota při 207V větší než při 230V. Prakticky to znamená, že na této vlnové délce vyzařuje sodíková vysokotlaká výbojka více energie při napětí 207V. Pro

68


relativní odchylky δr253 pak platí v oblasti 590nm opačné tvrzení. Odchylky přecházejí z kladných hodnot do záporných a při napětí 253V dochází k omezení vyzařované energie, což je také vidět na obrázku C17 a C20. To platí pro obě srovnávané výbojky, i když 50W výbojka má v oblasti 590nm jiný průběh. U 50W výbojky je patrný nárůst odchylek δr207 v oblasti 590nm ze záporných hodnot do kladných a dosahuje hodnoty 300%. Vyzařovaná energie je zde při napětí 207V větší než při napětí 230V.

δr(%)

Srovnáním odchylek δr207 a δr253 obou výbojek vznikají vyšší relativní odchylky v průběhu celého spektra u 100W výbojky, a to odchylky δr253 a pohybují se okolo 100% . Větší odchylky u 100W výbojky při vyšším napětí než jmenovitém budou způsobeny vyšší teplotou a tlakem ve výbojovém prostoru, při kterém dochází k omezování energie v oblasti vlnové délky 590nm. [3]

550 500 450 400 350 300 250 δr253,70WOsram δr207,70WOsram δr253,70WTesla δr207,70WTesla

200 150 100 50 0 370 -50

430

490

550

610

670

730

790

λ(nm)

-100

Obrázek 38. Průběhy relativních odchylek spekter 70W vysokotlakých sodíkových výbojek

Na obrázku 38 jsou uvedeny průběhy relativních odchylek spekter 70W vysokotlakých sodíkových výbojek Osram a Tesla. Příslušná tabulka s relativními odchylkami je uvedena v příloze D jako tabulka D11. Veškeré důvody tvaru průběhu relativních odchylek spekter těchto 70W výbojek jsou stejné jako u výše uvedených výbojek, protože relativní spektrum vyzařování je velmi podobné. Relativní spektrální hustoty vyzařování 70W vysokotlaké sodíkové výbojky Osram a Tesla jsou uvedeny na obrázcích C18 a C19 v příloze C. Odchylky δr207 u obou výbojek dosahují přibližně stejných hodnot a s výjimkou začátku spektra a oblasti kolem 590nm nepřesahují hodnotu -50%. Odchylky δr253 se pohybují kolem hodnoty 50%, přičemž větších odchylek dosahuje výbojka Tesla.

69


Z průběhů relativních spekter 100W a 70W vysokotlakých sodíkových výbojek je vidět, že při výraznějším snížení napájecího napětí dojde k většímu snížení tlaku a teploty ve výbojovém prostoru a tím dojde k nárůstu vyzařované energie na této vlnové délce. Vysokotlaká sodíková výbojka bude mít tedy spektrální průběh obdobný jako nízkotlaká sodíková výbojka. Na obrázku 39 jsou uvedeny průběhy relativních odchylek spekter 150W halogenidových výbojek Toplite a Osram. Příslušná tabulka s redukovanými hodnotami relativních odchylek je uvedena v příloze D jako tabulka D12. Průběhy relativních spektrálních hustot vyzařování halogenidové výbojky Toplite a Osram jsou uvedeny v příloze C jako obrázek C22 a C23. Průběhy relativních odchylek opět odpovídají průběhům relativních spektrálních hustot halogenidových výbojek tak, jako tomu bylo u výše uvedených sodíkových výbojek. V případě výbojky Toplite největší změna odchylek vznikla při největší změně průběhu spektrální hustoty vyzařování v oblasti 590nm. Stejně jako u sodíkových výbojek, přechod relativních odchylek δr207 ze záporných hodnot do kladných znamená zvětšení relativní spektrální hustoty při napětí 207V nad spektrální hustotu při jmenovitém napětí. Přechod relativních odchylek δr253 z kladných hodnot do záporných pak znamená zmenšení relativní spektrální hustoty při napětí 253V pod velikost relativní spektrální hustoty při jmenovitém napětí. U halogenidové výbojky Osram je vidět větší rozkmit na začátku spektra z důvodů nízké úrovně vyzařování. Na obrázku C23 je vidět výrazný nárůst relativní spektrální hustoty v oblasti 530nm a 590nm, čemuž odpovídají relativní odchylky spekter. Příčiny změn odchylek ze záporných hodnot do kladných a obráceně mají stejný důvod jako u výbojky Toplite a u výše uvedených sodíkových výbojek. 80 δr(%)

δr253,150WToplite δr207,150WToplite δr253,150WOsram δr207,150WOsram

60

40

20

0 370

430

490

550

610

670

730

λ(nm)

-20

-40

-60

-80

Obrázek 39. Průběhy relativních odchylek spekter 150W halogenidových výbojek

790

70


Na obrázku 40 jsou uvedeny průběhy relativních odchylek 80W vysokotlaké rtuťové výbojky a na obrázku 41 jsou uvedeny průběhy relativních odchylek 70W nízkotlaké sodíkové výbojky Osram. Příslušná tabulka s redukovanými hodnotami odchylek těchto výbojek je uvedena v tabulce D13 v příloze D. Průběhy relativních spektrálních hustot nízkotlaké sodíkové výbojky jsou uvedeny v příloze C jako obrázek C21 a pro vysokotlakou rtuťovou výbojku na obrázku C24. Z relativních odchylek spekter vysokotlaké rtuťové výbojky je opět vidět velký rozkmit odchylek na začátku spektra způsobený nízkou úrovní vyzařované energie. Poklesy relativních odchylek k nule v průběhu celého spektra pak odpovídají zvětšenému množství vyzářené energie na příslušné vlnové délce, tak jak tomu bylo u sodíkových výbojek. Přechod odchylek ze záporných hodnot do kladných a obráceně má také stejný důvod jako u výše uvedených výbojek. Odchylky spekter u této výbojky nepřesáhnou, s výjimkou začátku spektra, ±20%.

δr(%)

80

60

40 δr253 δr207

20

0 370 -20

430

490

550

610

670

730

790 λ(nm)

-40

-60

-80

Obrázek 40. Průběhy relativních odchylek spekter 80W vysokotlaké rtuťové výbojky Tesla

Z průběhu relativních odchylek spekter nízkotlaké sodíkové výbojky na obrázku 41 jsou vidět velké a měnící se odchylky od začátku spektra až po oblast 590nm, což je způsobeno prakticky nulovou úrovní vyzařované energie. Na vlnové délce 589nm a 589,6nm vyzařuje nízkotlaká sodíková výbojka svoje maximum energie, v této oblasti klesnou odchylky téměř na nulovou hodnotu. Ve zbývající části spektra dosahují odchylky také velkých hodnot, ale menších než v první polovině, protože zde vyzařuje výbojka více energie. Z výše uvedených relativních odchylek HID výbojek je zřejmá vysoká závislost jejich vyzařovacího spektra na napájecím napětí, vyšší než u ostatních světelných zdrojů. Tyto výbojky

71


se ovšem ve většině případů používají pro venkovní osvětlení, takže ve srovnání s ostatními světelnými zdroji používanými k osvětlení interiérů není tento nedostatek tak citelným problémem. δr(%)

500

400

300

200

δr253 δr207

100

0 λ(nm) -100 370

430

490

550

610

670

730

Obrázek 41. Průběhy relativních odchylek spekter 70W nízkotlaké sodíkové výbojky Osram

790

7 Závěr

72

7 ZÁVĚR Každý světelný zdroj ze skupiny teplotních a výbojových světelných zdrojů se svými parametry hodí pro různé aplikace v osvětlování. Klasická žárovka je univerzální a rozšířený světelný zdroj, vhodný k osvětlení prostorů, které nekladou vysoké nároky na hodnoty osvětlení. Dále je vhodný do prostorů, kde je nutné, aby okamžitě po zapnutí dosáhl světelný tok použitého světelného zdroje jmenovité hodnoty. Lineární zářivky a kompaktní zářivky jsou světelné zdroje dosahující většího světelného toku, měrného výkonu i životnosti než klasické žárovky. Patří také k velmi rozšířeným světelným zdrojům, používaných hlavně k osvětlení interiérů. Skupina výbojových světelných zdrojů HID dosahuje nejvyšších hodnot měrných výkonů a životnosti. Hlavně svou vysokou životností a pomalejším náběhem světelného toku na jmenovitou hodnotu se tedy spíše hodí k osvětlování venkovních prostorů. Vyzařovací spektrum teplotních a výbojových světelných zdrojů je závislé na změnách napájecího napětí. Vyzařování teplotních světelných zdrojů je značně závislé na napájecím napětí, protože jejich funkčnost není podmíněna předřadným systémem. Jejich vyzařovací spektrum je velmi blízké vyzařovacímu spektru černého zářiče a tudíž není obtížné určit, bez provedeného měření, jakým způsobem ovlivní změna napájecího napětí vyzařovací spektrum teplotního světelného zdroje a tím i barvu vyzařovaného světla. Vyzařování výbojových světelných zdrojů souvisí s použitým typem předřadného systému, který je nezbytný k zajištění jeho správného fungování. V případě elektronických předřadných systému je závislost světelného toku a jeho parametrů na napájecím napětí závislá na typu elektronického předřadného systému. U elektronických předřadných systémů, které zajišťují konstantní výstupní světelný tok, bude docházet jen k nepatrným změnám světelného toku a jeho parametrů. U ostatních typů elektronických předřadných systémů bude změna parametrů světelného toku obdobná jako při použití elektromagnetického předřadného systému. V případě elektromagnetického předřadného systému dochází k větším změnám parametrů světelného toku při změně napájecího napětí a tím i k větším změnám vyzařovacího spektra. Vyzařovací spektrum výbojových světelných zdrojů má oproti teplotním světelným zdrojům nespojitý charakter a změna spektra v závislosti na napájecím napětí nelze analyzovat bez provedeného měření spektrálního vyzařování. Byly sestaveny dvě varianty měřicího pracoviště, pomocí kterých byla změřena vyzařovací spektra teplotních a výbojových světelných zdrojů. První varianta s útlumový ND filtrem a světelným zdrojem umístněným mimo kulový integrátor byla použita k měření spekter vyzařování v různých částech lineární zářivky při jmenovitém napětí, a to ve vodorovné a svislé poloze. Druhá varianta bez útlumového členu ND a světelným zdrojem umístněným v kulovém integrátoru byla použita k měření spektrálního vyzařování světelných zdrojů v závislosti na napájecím napětí. Ze spektrálních průběhů vyzařování byly vyhodnocovány jasy, teploty chromatičnosti, barevné souřadnice a relativní odchylky spekter vyzařování. Z vyhodnocení měření spektrálního vyzařování v různých částech a polohách lineární zářivky plyne, že na obou krajích a uprostřed zářivky je odlišné spektrum vyzařování. Nejvyšší odchylky spekter na okrajích zářivky od spektra uprostřed zářivky vznikly na konci spektra v oblasti kolem 760nm pro obě pracovní polohy. S výjimkou této koncové oblasti spektra

7 Závěr

73

nepřesánou odchylky velikost ±25%. Pracovní poloha nemá výrazný vliv na velikost odchylek spektra okrajových části trubice zářivky od spektra uprostřed zářivky. Z důvodů odlišného spektrálního vyzařování, v různých částech trubice lineární zářivky, byla dále používána druhá varianta měřicího pracoviště s kulovým integrátorem. U klasických žárovek jako zástupců teplotních světelných zdrojů se z měření spektrálního vyzařování potvrzuje výrazná závislost jejich parametrů na napájecím napětí. Při změně napájecího napětí se výrazně mění všechny sledované parametry. Relativní odchylky se zmenšují se vzrůstající vlnovou délkou respektive vyzařovanou energií z hodnoty ±30% na 0% a dosahují téměř totožných hodnot pro každou žárovku. U nízkotlakých rtuťových výbojek reprezentovaných lineárními zářivkami a kompaktní zářivkou je patrná menší závislost sledovaných parametrů na napájecím napětí, než u klasických žárovek. V této skupině světelných zdrojů závisí změna vyzařování na typu předřadného systému. Při použití elektromagnetického předřadného systému dochází k největším změnám vyzařování až v případě 58W zářivek. V porovnání s použitím elektronického předřadného systému, který neumožňuje dodržet konstantní výstupní světelný tok, a elektromagnetického předřadného systému u zářivky Osram L 36W/21-840, dosahuje tato zářivka o 1% až 2% menší odchylky spektrálního vyzařování s elektronickým předřadným systémem. Důvodem pro použití elektronický předřadných systémů jsou tedy jejich výhody, které uvádí kapitola 3.3.1. Spektrální vyzařování uvedené zářivky s elektronickým předřadným systémem obsahujícím aktivní PFC obvod vykazuje odchylky do hodnoty ±0,5%. Kompaktní zářivka s integrovaným předřadným systémem vykazuje větší změnu sledovaných parametrů než lineární zářivky s externími elektronickými předřadnými systémy. U žádného světelného zdroje v této skupině nepřesáhly relativní odchylky, s výjimkou okrajových oblastí ±25%. Odlišná situace nastává u výbojek HID, a to zvláště u vysokotlakých sodíkových a halogenidových výbojek. U vysokotlakých sodíkových výbojek změnou napájecího napětí dochází k výraznému ovlivnění všech sledovaných parametrů. Relativní odchylky spekter jsou větší se vzrůstajícím výkonem výbojek a větší odchylky vznikají při napětí 253V, což bude způsobeno větší teplotou a tlakem ve výbojovém prostoru. V případě 100W vysokotlaké sodíkové výbojky se maximální odchylky pohybují kolem 100%. Sledované parametry vyzařování halogenidových výbojek ovlivňuje napájecí napětí méně, než u vysokotlakých sodíkových výbojek a tím pádem relativní odchylky spekter také dosahují menších hodnot. Relativní odchylky rostou se vzrůstající vlnovou délkou. Při srovnání relativních odchylek spekter těchto halogenidových výbojek dosahuje větších hodnot halogenidová výbojka Osram a to opět při napětí 253V, maximum relativních odchylek se pohybuje kolem 60%. Z vysokotlakých výbojových světelných zdrojů dochází u vysokotlaké rtuťové výbojky k nejmenšímu ovlivnění sledovaných parametrů napájecím napětím. Tomu také odpovídá velikost relativních odchylek, které nepřesánou velikost ±20%. Zvláštním členem této skupiny výbojek je nízkotlaká sodíková výbojka, která maximum vyzařované energie vyzařuje na vlnových délkách 589nm a 589,6nm a v zbylé části spektra, s výjimkou konce spektra, vyzařuje prakticky nulovou energii. V rámci změny napájecího napětí ±10% od jmenovitého napětí dochází u této výbojky jen k velmi malému ovlivnění sledovaných parametrů. Relativní odchylky

7 Závěr

74

v oblasti maximální vyzařované energie klesnou téměř k nulové hodnotě. Ve zbylé části spektra ovšem dosahují výrazně velkých hodnot, které se blíží i k 500%. To je způsobeno téměř nulovou vyzařovanou energií ve zbylé části spektra, to znamená, že velikost těchto odchylek nemá vliv na vyzařovanou barvu světla. Vyzařování těchto světelných zdrojů je výrazně ovlivňováno velikostí napájecího napětí. Ve většině případů se tyto světelné zdroje používají k venkovnímu osvětlení a změna vyzařování není tak citelným problémem jako při osvětlení vnitřních prostorů. U teplotních světelných zdrojů je vyzařování světla závislé na teplotě vlákna žárovky a teplotu vlákna přímo ovlivňuje velikost napájecího napětí. U výbojových světelných zdrojů závisí vyzařování světla na typu výbojového zdroje a příslušného typu předřadného systému, dále pak na použitém luminoforu a jeho účinnosti, kterou bude ovlivňovat teplota ve výbojovém prostoru a okolní teplota, a samozřejmě na energii dodané světelnému zdroji, která závisí na velikosti napájecího napětí. Nejméně tedy, změna napájecího napětí v rozsahu ±10% od jmenovité hodnoty, ze všech měřených světelných zdrojů, ovlivňovala vyzařování lineární zářivky a nízkotlaké sodíkové výbojky. Nejmenší změny vyzařování pak dosahovala lineární zářivka Osram L 36W/21-840 při použití s elektronickým předřadným systémem obsahujícím aktivní PFC obvod, který udržuje konstantní napájecí napětí zářivkové trubice. Naopak nejvíce ovlivňuje změna napájecího napětí vyzařování žárovek a vysokotlakých výbojek, zvláště pak vysokotlakých sodíkových výbojek.

Použitá literatura

75

POUŽITÁ LITERATURA [1] Application guide to lamp control gear ´TL´, CFL, QL and halogen lamps, www.ueen.feec.vutbr.cz/cz/mosv/applgfluo.pdf [2] Application guide to lamp control gear high-intensity discharge lamps, www.ueen.feec.vutbr.cz/cz/mosv/applghid.pdf [3] BAXANT P., Světelná technika, skripta VUT 2006 [4] BAXANT P., Užití elektrické energie, skripta VUT 2003 [5] BAXANT P., Elektrotepelná technika, skripta VUT [6] BRANČÍK L., Elektrotechnika 1, Brno: VUT, 2003, 130 stran. ISBN 80-214-2501-6 [7] HABEL J., Osvětlování, Praha: ČVUT, 1995, 328 stran. ISBN 80-01-01770 [8] HORŇÁK P., TREMBAČ V., AJZENBERG, J.B., Svietidlá a svetelné zdroje, Bratislava: ALFA, 1983, 400stran [9] Katalog světelných zdrojů, www.osram.cz [10] Katalogy světelných zdrojů, www.philips.com [11] KLEIN V., Měření a hodnocení světelně technických veličin, Ústí nad Labem 2004 [12] KOUDELKA F., Modely světelných zdrojů pro simulace jejich chování v elektrické síti, Diplomová práce, Brno 2006 [13] LIBRA M., KLUIBER Z., Klasická žárovka neztrácí svůj význam ani ve třetím tisíciletí, 2007, http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=22957, [14] MACLSAAC D., BANNER G., ANDERSON G., Basic physics of the Incadescent Lamp, http://my.ece.ucsb.edu, 1999 [15] MAJDA F., Správná volba napětí žárovky, www.elektrika.cz, 7.06.2007, www.elektrika.cz [16] MIŠKAŘÍK S., Elektrické zdroje světla, Praha: Lumax,1992, 117 stran [17] PLCH J., Světelná technika v praxi, Praha: IN-EL, 1999, 210 stran, ISBN 80-86230-09-0 [18] SOKANSKÝ K., Racionalizace v osvětlování venkovních prostor, Ostrava 2005 [19] SOKANSKÝ K., Inteligentní řízení osvětlovacích soustav vnitřního osvětlení, Ostrava 2003 [20] Spectroradiometer CS-1000 instruction manual, www.ueen.feec.vutbr.cz/light-laboratory/files/manuals/CS-1000A_Manual.pdf

Seznam příloh

76

SEZNAM PŘÍLOH Příloha A: Podrobná specifikace spektroradiometru CS-1000A Příloha B: Příklady a způsob sestavení korekčního souboru ND filtru a otvoru kulového integrátoru

Příloha C: Relativní spektrální hustoty vyzařování měřených světelných zdrojů Příloha D: Tabulky s redukovanými hodnotami relativních odchylek relativních spektrálních hustot vyzařování

Příloha E: Seznam použitých světelných zdrojů a příslušných předřadných systémů

77

Přílohy

Příloha A Podrobná specifikace spektroradiometru CS-1000A Tabulka A1. Podrobná specifikace spektroradiometru CS-1000A [20] Model Rozsah měřených vlnových délek Rozlišení vlnových délek Rozdělení měřeného spektra Rozložení spektra Detektor světla Minimální měřená oblast Minimální vzdálenost měření Rozsah hodnoty jasu Přesnost Jasový rozsah Spektrální přesnost Polarizační odchylka Doba integrace Zobrazení veličin na displeji Napájení Rozhraní pro připojení PC Provozní teplota a vlhkost Skladovací teplota a vlhkost Rozměry Hmotnost

CS-1000A 380nm až 780nm 0,9nm/pixel po 1nm difrakční mřížka 512 lineárních světelných snímačů, termoelektricky chlazených 7,9mm pro standardní objektiv 1,15mm pro macro objektiv 45cm pro standardní objektiv 20cm pro macro objektiv 2 0,01 až 80000cd/m Jas: ±4%, ±1digit Barevné souřadnice: x: ±0.0015, y:±0,001 3 až 8000cd.m 2 pro standardní objektiv 30 až 80000cd.m 2 pro makro objektiv ±0,3nm méně něž 5% 40ms až 60s Le, Lvxy, Lvu' v', LvT∆uv, ∆Lvxy, ∆Lvu' v' AC adaptér RS-232C 5°C až 35°C, 80% a mén ě 0°C až 45°C, 80% a mén ě 146mm x 148mm x 255mm 4,7kg

78

Přílohy

Příloha B

Příklady a způsob sestavení korekčního souboru ND filtru a otvoru kulového integrátoru

Korekční soubor ND filtru

0,120

6

5

4

3

2

τ (-)

y = -4E-17x + 1E-13x - 2E-10x + 9E-08x - 3E-05x + 0,0036x + 0,0659

0,115

0,110

0,105 propustnost při halogenové žárovce

0,100 370

430

490

550

610

670

730

790

λ (nm)

Obrázek B1. Proložená křivka propustnosti polynomem 6. řádu při halogenové žárovce Konečné hodnoty propustnosti ND filtru dostaneme vyjádřením hodnoty polynomu 6. řádu pro každou vlnovou délku. Příklad hodnot propustnosti filtru po aproximaci: 380nm

0,117400

381nm

0,117309

Pro sestavení korekčního souboru musí být korekční koeficienty inverzní k výše uvedeným hodnotám propustnosti a musí být zapsány s desetinou tečkou: 380nm

8.5179

381nm

8.8245

Korekční soubor je pak sestaven v textovém souboru zapsáním uvedeným korekčních koeficientů pod sebe pro každou vlnovou délku viditelného spektra. Na prvním řádku musí být navíc uveden v popis o jaké koeficienty se jedná. Soubor bude mít tedy 402 řádků a pro implementaci do ovládacího programu musí mít příponu *.ncf Příklad prvních tří řádků: "Korekční koeficienty ND filtru" 8.5179 8.8245

79

Přílohy

Korekční soubor otvoru kulového integrátoru

τ(-)

0,003

0,002

0,001

0 370

430

490

550

610

670

730

λ(nm) 790

Obrázek B2. Propustnost otvoru kulového integrátoru

Rovnice regrese popisující:

Červenou křivku: y = 2E-12.x6 - 5E-09.x5 + 5E-06.x4 - 0,0027.x3 + 0,809.x2 - 129,94.x + 8691,5 Modrou křivku: y = 8E-17.x6 - 2E-13.x5 + 3E-10.x4 - 2E-07.x3 + 7E-05.x2 - 0,0122.x + 0,923

Černou křivku:

y = 7E-15.x6 - 3E-11.x5 + 5E-08.x4 - 4E-05.x3 + 0,0218.x2 - 5,8502.x + 653,43

Žlutou křivku:

y = -2E-15.x6 - 2E-11.x5 + 8E-08.x4 - 0,0001.x3 + 0,0975:x2 - 37,586.x + 5756,1

Postup sestavení korekčního souboru pro otvor kulového integrátoru je, po vyjádření spektrální propustnosti otvoru, stejná jako u výše uvedeného ND filtru. Propustnost pro příslušnou vlnovou délku se vyjádří z odpovídající regresní rovnice. Příklad propustnosti otvoru kulového integrátoru 380nm

0,000230672

381nm

0,000231967

Příklad prvních tří řádků korekčního souboru pro otvor kulového integrátoru. Opět jako inverzní hodnoty propustnosti. Soubor bude mít stejné náležitosti jako u ND filtru

"Korekční koeficienty otvoru kulového integrátoru" 4335.160499 4310.952747

80

Přílohy

Tabulka B1. Hodnoty propustností a kalibračních koeficientů ND filtru λ(nm)

τND (-)

kND (-)

λ(nm)

τND (-)

kND (-)

380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580

0,11739983 0,11659370 0,11599460 0,11557770 0,11531791 0,11519027 0,11517023 0,11523396 0,11535861 0,11552253 0,11570551 0,11588891 0,11605587 0,11619140 0,11628247 0,11631813 0,11628952 0,11618987 0,11601454 0,11576095 0,11542852

8,51789968 8,57679300 8,62109103 8,65218835 8,67167993 8,68128895 8,68279953 8,67799742 8,66862053 8,65631992 8,64263086 8,62895320 8,61653947 8,60648926 8,59974850 8,59711185 8,59922742 8,60660244 8,61960939 8,63849196 8,66337050

590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780

0,11501859 0,11453429 0,11398042 0,11336324 0,11269029 0,11197018 0,11121231 0,11042662 0,10962323 0,10881218 0,10800299 0,10720433 0,10642358 0,10566640 0,10493623 0,10423383 0,10355673 0,10289869 0,10224911 0,10159245

8,69424701 8,73100959 8,77343677 8,82120203 8,87387921 8,93094937 8,99181002 9,05578757 9,12215391 9,19014801 9,25900334 9,32798164 9,39641357 9,46374615 9,52959686 9,59381401 9,65654284 9,71829702 9,78003621 9,84325094

Tabulka B2. Hodnoty propustností a kalibračních koeficientů otvoru kulového integrátoru λ(nm)

τKI (-)

kKI (-)

λ(nm)

τKI (-)

kKI (-)

380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580

0,00023067 0,00029713 0,00047427 0,00092370 0,00139287 0,00158400 0,00169022 0,00178190 0,00185910 0,00192609 0,00198660 0,00204370 0,00209968 0,00215596 0,00221314 0,00227099 0,00232864 0,00238471 0,00243753 0,00248544 0,00252716

4335,16049949 3365,54684524 2108,48505085 1082,59890608 717,94055456 631,31313131 591,63925745 561,20026012 537,89450500 519,18771870 503,37366910 489,30846300 476,26322929 463,82985708 451,84759041 440,33651073 429,43434583 419,33796305 410,25168515 402,34273137 395,70124032

590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780

0,00256213 0,00259103 0,00261626 0,00263483 0,00266069 0,00267666 0,00266977 0,00264661 0,00261905 0,00259512 0,00257501 0,00255218 0,00251960 0,00248122 0,00246842 0,00258521 0,00272067 0,00277214 0,00281728 0,00283365

390,29980067 385,94624530 382,22494721 379,53088031 375,84196475 373,59971749 374,56413310 377,84244239 381,81829992 385,33820038 388,34747079 391,82256186 396,88773837 403,02680373 405,11789517 386,81528288 367,55586590 360,73274884 354,95247623 352,90215270

81

Přílohy

relativní spektrální hustota

Příloha C

Relativní spektrální hustoty vyzařování měřených světelných zdrojů

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 vlevo uprostřed vpravo

0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730

λ(nm) 790


Obrázek C1. Relativní spektra vyzařování lineární zářivky ve vodorovném umístnění

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4

dole uprostřed nahoře

0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730

λ(nm) 790

Obrázek C2. Relativní spektra vyzařování lineární zářivky ve svislém umístnění

82


Přílohy

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4

230V 240V 253V 220V 207V 160V 100V

0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730 λ(nm)

790

730 λ(nm)

790


Obrázek C3. Relativní spektra vyzařování 60W žárovky

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4

230V 240V 253V 220V 207V 160V 100V

0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670


83


Přílohy

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4

230V 240V 253V 220V 207V 160V 100V

0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730

λ(nm) 790



1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4

230V 240V 253V 220V 207V 160V 100V

0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670


730 λ(nm)

790

84


Přílohy 1 0,9 0,8 0,7 230V 240V 253V 220V 207V 190V 150V 100V

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730

λ(nm) 790


Obrázek C7. Relativní spektrální hustoty vyzařování zářivky Osram L 18W/20

1 0,9 0,8 0,7 230V 240V 253V 220V 207V 190V 150V 100V

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730 λ(nm)

Obrázek C8. Relativní spektrální hustoty vyzařování zářivky Osram L 18W/21-840

790

85


Přílohy

1 0,9 0,8 0,7 0,6

230V 240V 253V 220V 207V 190V 170V

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730 λ(nm)

790


Obrázek C9. Relativní spektrální hustoty vyzařování zářivky Sylvania F 36W/830

1 0,9 0,8 0,7 230V 240V 253V 220V 207V 190V 170V

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730

λ(nm)


790

86

Přílohy


1 0,9 0,8 0,7 0,6 230V 240V 253V 220V 207V 190V 170V

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730

λ(nm) 790



1 0,9 0,8 0,7 0,6 230V 240V 253V 220V 207V 190V 170V

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730

λ(nm) 790

Obrázek C12. Relativní spektrální hustoty vyzařování zářivky Philips TLD 36W/33

87

1 0,9 0,8 0,7 0,6 230V 240V 253V 220V 207V 190V

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730

λ(nm) 790




Přílohy

1 0,9 0,8 0,7 0,6 230V 240V 253V 220V 207V 190V

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730

λ(nm)


790

88


Přílohy

1 0,9 0,8 0,7 0,6

230V 240V 253V 220V 207V 150V 120V

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730

λ(nm) 790


Obrázek C15. Relativní spektrální hustoty vyzařování zářivky Osram L 36W/21-840 s elektronickým předřadníkem Helvar

1 0,9 0,8 0,7 0,6 230V 240V 253V 220V 207V 190V 150V 90V

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730

Obrázek C16. Relativní spektrální hustoty vyzařování kompaktní zářivky Osram Dulux EL 23W/41-827

λ(nm)

790

89


Přílohy

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

230V 240V 253V 220V 207V 140V 80V

430

490

550

610

670

730

λ(nm) 790


Obrázek C17. Relativní spektrální hustoty vyzařování 100W vysokotlaké sodíkové výbojky Tesla

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

230V 240V 253V 220V 207V 150V 80V

430

490

550

610

670

730 λ(nm) 790

Obrázek C18. Relativní spektrální hustoty vyzařování 70W vysokotlaké sodíkové výbojky Osram

90


Přílohy

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

230V 240V 253V 220V 207V 150V 80V

430

490

550

610

670

730 λ(nm) 790



1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2

230V 240V 253V 220V 207V 190V

0,1 0 370

430

490

550

610

670

730 λ(nm) 790


91


Přílohy

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

230V 240V 253V 220V 207V 140V 100V

430

490

550

610

670

730 λ(nm) 790


Obrázek C21. Relativní spektrální hustoty vyzařování 70W nízkotlaké sodíkové výbojky Osram

1 0,9 0,8 0,7 0,6

230V 220V 207V 240V 253V 190V 170V

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730

λ(nm)

790

Obrázek C22. Relativní spektrální hustoty vyzařování 150W halogenidové výbojky Toplite

92


Přílohy

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

230V 240V 253V 220V 207V 190V 170V

0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730

λ(nm) 790

Obrázek C23. Relativní spektrální hustoty vyzařování 150W halogenidové výbojky Osram


1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 230V 240V 253V 220V 207V 190V

0,4 0,3 0,2 0,1 0 370

430

490

550

610

670

730 λ(nm) 790

Obrázek C24. Relativní spektrální hustoty vyzařování 80W vysokotlaké rtuťové výbojky Tesla

93

Přílohy

Příloha D

Tabulky s redukovanými hodnotami relativních odchylek relativních spektrálních hustot vyzařování

Tabulka D1. Relativní odchylky v různých místech zářivky Osram L 36W/21-840 λ(nm) 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580

δrl (%) 1,18 0,81 12,64 15,39 -8,35 -7,68 -6,42 -13,61 -14,42 -14,51 -12,93 -10,63 -11,81 -14,97 -14,53 -13,16 -10,64 -8,28 -13,15 -15,56 1,34

δrp (%) 0,36 6,78 3,45 12,09 5,97 3,12 0,61 -1,83 -2,50 -2,46 -0,84 -2,17 -1,55 -0,09 3,17 5,28 -2,14 -0,74 3,28 3,61 4,69

δrd (%) -3,28 7,72 6,74 10,35 -5,28 -5,38 -4,24 -10,46 -11,19 -11,36 -9,92 -7,88 -9,03 -11,15 -11,64 -8,64 -8,50 -6,03 -9,63 -11,43 -0,23

δrh (%) -19,35 5,72 -2,63 8,52 4,87 3,37 -0,65 0,45 0,09 0,09 1,15 -1,53 -0,79 2,16 4,15 6,97 -0,58 -1,65 4,04 5,08 4,33

λ(nm) 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780

δrl (%) -11,26 -11,40 -10,80 -9,60 -10,04 -10,73 -10,94 -9,95 -10,23 -9,28 -5,46 -6,55 -8,32 -11,71 -6,58 -3,46 25,91 485,07 177,97 -0,01

δrp (%) 0,95 0,50 0,12 2,28 0,68 3,47 0,51 1,05 2,03 1,88 3,66 5,94 1,53 5,34 9,31 31,94 190,91 1031,04 412,28 27,21

δrd (%) -8,31 -8,15 -8,81 -7,34 -7,53 -7,36 -7,93 -7,65 -6,96 -7,04 -4,18 -8,64 -6,02 -1,64 -1,26 12,45 30,66 544,07 206,28 1,31

δrh (%) 1,15 1,52 1,51 1,60 0,98 3,92 1,67 1,67 1,60 2,08 0,90 2,49 0,90 7,52 2,22 23,81 54,42 1060,36 393,83 -0,06

Tabulka D2. Relativní odchylky vyzařovacích spekter 60W a 100W žárovky λ (nm) 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580

δr253,60W (%) 35,04 33,40 23,92 26,72 24,99 23,60 22,24 20,86 20,16 19,09 17,39 16,29 15,66 14,87 13,72 13,04 12,27 11,45 10,60 10,05 9,27

δr207,60W (%) 3,33 -18,36 -23,80 -20,58 -20,36 -19,20 -18,50 -17,51 -16,89 -15,90 -15,14 -14,46 -13,60 -12,92 -12,21 -11,60 -10,79 -10,40 -9,89 -8,89 -8,55

δr253,100W (%) 47,12 12,16 28,49 24,04 23,17 22,02 21,26 19,64 18,83 17,39 16,70 15,54 14,80 13,92 12,96 12,43 11,46 10,77 10,19 9,37 8,81

δr207,100W (%) 18,10 -31,86 -19,04 -22,00 -20,02 -19,36 -18,24 -17,73 -16,81 -16,03 -15,60 -14,42 -13,84 -13,21 -12,40 -11,60 -11,18 -10,38 -9,61 -9,15 -8,56

λ (nm) 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780

δr253,60W (%) 8,74 7,90 7,44 6,90 6,19 5,79 5,26 4,73 4,28 3,80 3,41 2,94 2,58 2,18 1,73 1,47 1,01 0,73 0,29 0

δr207,60W (%) -7,77 -7,41 -6,86 -6,28 -6,06 -5,40 -5,04 -4,59 -4,09 -3,72 -3,17 -2,82 -2,34 -2,01 -1,65 -1,19 -0,81 -0,51 -0,16 0

δr253,100W (%) 8,22 7,69 6,99 6,59 6,03 5,47 4,98 4,49 4,16 3,62 3,71 2,97 2,28 2,09 1,52 0,93 1,26 1,04 0,40 0

δr207,100W (%) -8,14 -7,42 -6,88 -6,42 -5,87 -5,50 -4,93 -4,46 -4,09 -3,64 -3,20 -2,81 -2,45 -2,05 -1,68 -1,71 -0,94 -0,25 -0,10 0

94

Přílohy

Tabulka D3. Relativní odchylky vyzařovacích spekter 150W a 300W žárovky λ (nm) 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580

δr253,150W (%) 44,05 35,99 25,88 24,05 22,92 21,64 20,70 19,12 18,11 17,34 16,34 15,19 14,20 13,58 12,67 11,89 11,21 10,35 9,73 9,01 8,85

δr207,150W (%) -30,28 -16,14 -22,95 -21,80 -21,35 -20,39 -19,18 -18,93 -17,86 -16,64 -15,82 -15,13 -14,32 -13,67 -12,82 -12,29 -11,52 -10,78 -10,16 -9,60 -8,98

δr253,300W (%) 41,70 22,53 27,00 25,60 23,86 22,69 21,39 20,29 19,07 18,01 17,04 16,06 15,04 14,24 13,42 12,56 11,73 10,89 10,48 9,58 8,84

δr207,300W (%) -10,92 -16,85 -20,39 -18,45 -17,96 -16,76 -16,29 -15,42 -14,64 -14,03 -13,26 -12,52 -11,93 -11,18 -10,73 -10,22 -9,63 -8,77 -8,42 -7,74 -7,66

λ (nm) 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780

δr253,150W (%) 8,28 7,70 6,70 6,04 5,67 4,66 4,86 3,66 3,89 3,03 2,85 2,27 1,92 1,70 1,29 0,80 0,87 0,37 0,11 0

δr207,150W (%) -8,30 -7,75 -7,23 -6,63 -6,18 -5,91 -5,19 -5,02 -4,22 -3,86 -3,42 -3,18 -2,40 -2,15 -1,80 -1,06 -1,26 -0,46 -0,11 0

δr253,300W (%) 8,24 7,71 7,11 6,57 6,02 5,59 5,07 4,53 4,02 3,70 3,23 2,80 2,49 2,13 1,70 1,36 0,95 0,65 0,32 0

δr207,300W (%) -7,12 -6,65 -6,07 -5,55 -5,35 -4,68 -4,18 -4,17 -3,52 -3,23 -2,76 -2,50 -2,35 -1,76 -1,64 -1,18 -0,90 -0,43 -0,27 0

Tabulka D4. Relativní odchylky spekter 18W zářivek Osram s elektromagnetickým předřadníkem Osram 18W/20 λ (nm) δr253 (%) δr207 (%) 380 13,75 -6,65 390 8,34 0,51 400 2,20 -5,00 410 3,63 -2,85 420 0,61 -1,36 430 0,41 -0,52 440 0,18 -0,10 450 0,06 -0,69 460 -0,31 -0,48 470 -0,52 -0,23 480 -0,63 -0,10 490 -0,73 -0,41 500 -0,81 0,13 510 -0,03 -0,13 520 -0,12 -0,49 530 -0,05 -0,80 540 -0,01 -0,86 550 0,51 -0,87 560 -0,13 -0,45 570 -0,27 -0,31 580 1,35 -1,59

Osram 18W/21-840 δr253 (%) δr207 (%) 4,85 -20,47 -18,78 -76,73 3,66 1,49 8,28 -2,13 3,30 -0,14 -0,13 -0,54 -1,11 -0,93 -1,47 -1,62 -1,79 -1,81 -1,07 -1,11 -0,24 -0,36 -0,49 0,07 -0,81 -0,67 -0,19 -1,11 -1,18 -0,11 1,88 0,14 -0,56 0,58 -0,11 0,15 0,47 0,32 0,67 0,68 3,76 -1,44

λ (nm) 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780

Osram 18W/20 δr253 (%) δr207 (%) -0,31 -0,04 -0,32 -0,05 -0,22 0,01 -0,14 0,10 -0,17 0,03 -0,03 -0,13 0,09 -0,03 -0,22 -0,26 -0,20 -0,39 -0,10 -0,36 -0,32 -0,01 -0,42 -0,62 0,47 -0,01 0,54 -0,24 4,05 0,36 -1,16 -1,18 0,53 -3,33 2,35 12,46 -0,99 4,96 0,62 -0,20

Osram 18W/21-840 δr253 (%) δr207 (%) 0,25 0,17 0,21 0,06 0,59 0,19 0,86 0,57 0,29 0,24 1,95 1,16 0,00 -0,34 0,34 -0,29 -0,08 -0,19 0,82 0,00 1,12 0,55 -0,58 -2,26 0,53 0,09 0,38 -4,63 2,92 -6,63 10,73 6,48 5,45 11,92 -21,23 -20,44 -5,25 -9,17 -23,99 -13,69

95

Přílohy

Tabulka D5. Relativní odchylky spekter 36W zářivek Osram s elektromagnetickým předřadníkem λ (nm) 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580

Osram 36W/21-840 δr253 (%) δr207 (%) -3,40 5,06 -82,95 33,00 14,26 -3,32 9,27 -3,33 -0,52 -1,65 -1,21 -0,51 -1,51 0,07 -1,96 -0,41 -1,76 -0,01 -2,14 -0,29 -1,84 -0,08 -2,05 0,46 -2,08 0,16 -1,84 -0,42 -1,50 0,15 -0,84 0,56 -2,02 0,42 -1,57 0,36 -1,80 0,40 -2,02 0,32 1,98 -1,95

Osram 36W/20 δr253 (%) δr207 (%) -1,21 -23,46 14,50 13,42 9,00 -2,41 5,98 -3,88 1,36 -0,81 0,85 -0,27 0,17 -0,14 0,18 -0,06 -0,31 -0,18 -0,80 -0,22 -0,87 -0,07 -0,94 -0,14 -1,11 -0,15 -0,89 0,07 -0,32 -0,11 0,26 -0,06 0,60 0,09 1,02 -0,24 0,07 0,09 -0,01 0,03 1,93 -1,58

λ (nm) 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780

Osram 36W/21-840 δr253 (%) δr207 (%) -1,66 0,37 -1,68 0,14 -1,27 0,09 -1,42 0,27 -1,63 0,12 -1,02 0,51 -1,29 0,18 -1,23 -0,13 -1,90 0,64 -2,22 0,23 -0,63 0,58 -1,77 -0,39 -1,06 0,12 -3,03 0,34 0,30 1,20 -0,63 -0,55 1,11 -5,73 -17,62 -2,72 -10,55 0,64 -5,83 10,34

Osram 36W/20 δr253 (%) δr207 (%) -0,87 -0,52 -0,49 0,49 -0,68 0,24 -0,61 0,27 -0,62 0,24 -0,51 0,35 -0,52 0,31 -0,26 0,36 -0,28 0,34 -0,13 0,03 -0,33 0,12 -0,25 0,50 -1,04 -0,58 -0,62 -0,46 -0,20 1,41 0,14 -0,54 -0,60 -0,16 -7,71 1,61 -4,81 0,25 -4,74 2,54

Tabulka D6. Relativní odchylky spekter 36W zářivek Sylvania a Philips s elektromagnetickým předřadníkem λ (nm) 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580

Sylvania 36W/830 δr253 (%) δr207 (%) -69,50 -13,70 -64,38 -77,49 9,68 12,08 12,41 -2,93 0,06 2,14 0,55 0,82 0,75 0,28 -0,20 0,20 -0,60 0,43 -0,47 0,19 -0,13 -0,08 -0,80 0,36 -0,50 0,29 -0,97 -1,04 0,47 -1,00 1,47 2,39 -0,78 -0,15 -0,40 0,00 -0,51 0,48 1,48 1,01 2,69 -2,29

Philips 36W/33 δr253 (%) δr207 (%) 1,87 11,16 6,83 -2,26 2,08 -4,34 4,80 -3,05 0,52 -0,67 0,06 -0,78 -0,16 -0,31 -0,66 -0,40 -0,82 -0,47 -1,22 -0,41 -1,21 -0,29 -1,15 -0,17 -1,39 -0,13 -1,30 -0,36 -0,95 -0,30 -0,56 -0,39 -0,38 -0,39 0,08 -0,60 -0,73 -0,24 -0,44 -0,24 1,33 -1,42

λ (nm) 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780

Sylvania 36W/830 δr253 (%) δr207 (%) -0,25 0,25 0,00 -0,13 -0,03 -0,02 -0,24 0,07 0,27 -0,12 0,62 -0,09 -0,07 0,00 0,68 0,20 0,84 0,84 -0,05 0,62 0,47 -0,80 -0,68 0,68 -0,02 -0,31 1,48 3,78 -3,00 -1,18 2,24 3,65 2,96 -1,17 -3,00 -4,08 -18,35 -11,19 -3,43 -0,73

Philips 36W/33 δr253 (%) δr207 (%) -0,62 0,32 -1,41 -0,24 -1,17 -0,02 -1,22 -0,08 -1,18 -0,02 -1,15 -0,11 -1,05 -0,08 -1,03 -0,38 -0,68 0,13 -1,11 -0,54 -0,90 0,28 -0,97 0,34 -0,55 0,29 -0,62 0,05 1,34 2,22 0,40 1,30 -3,63 -1,33 -12,37 -8,33 -8,07 -2,25 2,57 3,77

96

Přílohy

Tabulka D7. Relativní odchylky spekter 58W zářivek Osram s elektromagnetickým předřadníkem Osram 58W/21-840 λ (nm) δr253 (%) δr207 (%) 380 4,36 -60,97 390 -77,23 -2,23 400 12,83 -8,60 410 12,39 -12,32 420 0,86 -2,67 430 2,04 -1,62 440 2,03 -1,71 450 0,15 -0,48 460 -0,10 -0,80 470 -0,02 -0,60 480 -0,13 -1,10 490 -0,80 0,22 500 -0,66 -0,27 510 0,96 -0,20 520 -0,50 -2,00 530 1,03 -1,80 540 -1,09 0,65 550 -0,50 0,08 560 -0,95 -0,02 570 -1,04 -0,92 580 6,01 -6,88

Osram 58W/20 δr253 (%) δr207 (%) -42,46 -20,69 11,90 19,84 1,87 -3,55 2,48 -4,35 -6,24 3,38 -5,13 2,86 -4,37 2,63 -6,98 4,25 -7,20 4,59 -7,32 4,87 -7,42 5,10 -7,31 4,93 -7,68 5,12 -7,44 4,97 -7,04 4,74 -6,58 4,29 -6,44 4,04 -5,84 3,16 -6,61 4,80 -6,94 4,65 -2,85 0,48

Osram 58W/21-840 λ (nm) δr253 (%) δr207 (%) 590 -0,56 -0,04 600 -0,33 -0,33 610 -0,12 -0,19 620 -0,71 -0,96 630 -0,43 -0,20 640 -0,30 -0,68 650 -0,45 -0,17 660 -0,38 -0,67 670 -0,33 0,14 680 -2,40 -0,83 690 -0,27 -1,48 700 0,75 0,92 710 -0,48 -0,47 720 -3,64 -0,46 730 4,19 6,05 740 -1,60 1,53 750 -14,55 -15,24 760 2,63 4,36 770 -13,33 2,62 780 1,47 -0,15

Osram 58W/20 δr253 (%) δr207 (%) -7,05 4,74 -7,22 4,99 -7,20 5,24 -7,15 4,76 -7,18 4,79 -7,08 4,89 -7,07 4,75 -7,23 4,66 -7,26 4,44 -6,90 4,55 -5,84 4,32 -6,47 4,92 -6,65 5,00 -6,07 4,65 -6,24 6,14 -4,67 8,52 -9,27 3,61 -6,50 9,63 -6,43 8,77 -2,34 1,80

Tabulka D8. Relativní odchylky spekter zářivky Osram L 36W/21-840 s předřadníky Tridonic a Beghelli λ (nm) 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580

Tridonic δr253 (%) δr207 (%) -16,48 -49,15 4,07 -10,39 3,01 -5,45 6,57 -8,67 1,86 -1,08 -0,11 0,31 -0,40 1,63 -0,33 0,38 -0,51 0,36 -0,36 0,66 -0,10 0,34 -0,42 0,38 -0,63 0,28 -0,97 0,52 -1,03 0,18 -0,76 -0,99 -0,72 0,45 -0,01 0,31 -0,49 0,29 -0,77 0,19 3,27 -2,44

Beghelli δr253 (%) δr207 (%) -29,01 -65,66 2,86 -5,09 16,66 3,53 7,52 -4,18 1,04 -0,36 -0,03 -0,82 0,35 0,00 -1,13 -0,10 -1,65 -0,34 -1,29 0,00 -0,96 -0,20 -0,92 0,23 -1,51 0,12 -1,33 0,63 -1,43 0,28 -0,60 0,47 -1,65 0,26 -1,11 -0,12 -1,46 0,09 -1,52 0,34 2,99 -1,80

λ (nm) 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780

Tridonic δr253 (%) δr207 (%) -0,64 0,24 -0,30 0,06 -0,03 -0,08 0,14 0,01 0,01 -0,15 -0,47 0,03 -0,50 0,20 0,57 0,21 -0,01 0,36 -0,29 -0,62 -0,23 -0,05 0,32 1,67 0,26 -0,62 -0,37 -3,41 4,16 0,81 5,96 0,32 -7,98 -3,85 -6,74 4,91 -11,90 2,85 22,96 48,24

Beghelli δr253 (%) δr207 (%) -1,37 0,12 -1,26 -0,08 -1,10 -0,17 -1,05 0,05 -1,09 -0,11 -1,06 0,16 -1,18 0,26 -1,01 0,06 -1,55 0,10 -1,71 -0,33 -0,28 0,91 -1,40 -1,00 -1,21 -0,39 -1,44 3,02 -1,18 0,28 -4,44 3,67 -7,65 3,67 -17,98 -9,23 -7,24 -5,36 -17,53 -4,56

97

Přílohy

Tabulka D9. Relativní odchylky spekter kompaktní zářivky Osram a 36W zářivky Osram s předřadníkem Helvar λ (nm) 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580

Helvar δr253 (%) δr207 (%) 48,25 -46,98 25,67 57,95 0,82 6,04 1,04 -0,78 -0,19 0,37 -0,10 -0,29 0,12 -0,06 0,08 0,08 0,17 0,00 0,10 -0,10 0,00 -0,10 0,00 0,00 -0,39 0,00 0,54 0,00 0,36 -0,22 -0,89 -0,30 0,00 0,00 -0,17 0,00 -0,12 0,12 -0,14 -0,28 -0,08 0,04

kompakt Osram δr253 (%) δr207 (%) -2,06 50,50 -70,12 17,04 15,11 -8,41 25,71 -2,74 14,25 11,47 3,66 -3,34 2,98 -0,06 -2,10 7,88 -9,68 0,93 -4,56 -2,17 2,67 0,38 1,14 0,09 1,30 -0,08 5,32 1,70 4,12 0,63 8,10 0,03 1,18 0,06 1,66 0,29 2,62 0,01 3,58 0,66 8,09 0,84

λ (nm) 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780

Helvar δr253 (%) δr207 (%) -0,08 -0,04 0,00 0,00 0,00 0,08 -0,04 0,11 -0,10 0,00 0,00 0,00 0,11 0,11 -0,19 -0,19 0,53 0,00 0,28 0,28 -0,25 -0,25 -0,08 -0,84 0,00 -0,08 2,47 2,22 -1,47 -3,10 1,94 3,56 -5,57 3,78 0,72 -1,95 -1,13 -6,52 -4,41 7,66

kompakt Osram δr253 (%) δr207 (%) 1,27 0,24 0,50 0,30 0,30 0,14 1,99 0,56 0,76 0,34 3,31 1,57 0,67 0,32 1,22 0,24 1,37 0,18 1,13 -0,34 1,64 0,71 2,40 -1,69 0,47 0,25 5,14 0,01 7,63 -0,55 -4,49 -3,76 -9,45 -2,90 6,85 12,61 -17,90 -1,88 -25,64 -14,61

Tabulka D10. Relativní odchylky spekter 100W a 50W vysokotlaké sodíkové výbojky Tesla λ (nm) 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580

100W Na Tesla δr253 (%) δr207 (%) -12,61 -22,89 132,05 -33,42 120,71 -43,78 72,22 -30,94 70,67 -36,09 76,57 -36,25 64,31 -33,97 56,84 -30,81 125,12 -45,72 88,44 -40,44 138,96 -48,16 114,03 -49,27 41,88 -29,87 133,97 -46,74 133,69 -45,04 143,82 -47,96 140,95 -46,11 149,03 -47,95 111,04 -39,44 30,76 -25,37 83,05 -41,19

50W Na Tesla δr253 (%) δr207 (%) 16,13 -22,86 47,81 -78,88 46,84 -14,09 47,94 -22,79 53,24 -22,01 55,18 -22,60 54,07 -21,00 47,74 -18,24 75,65 -29,38 55,58 -23,40 77,83 -32,48 67,35 -28,78 16,56 -9,05 79,37 -32,23 80,05 -32,27 83,91 -33,01 84,73 -33,54 67,74 -31,62 60,07 -28,45 3,62 -2,92 -19,29 -3,75

λ (nm) 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780

100W Na Tesla δr253 (%) δr207 (%) -80,27 93,49 56,92 -35,51 104,17 -39,77 113,78 -40,19 121,04 -40,28 122,10 -39,86 122,83 -39,58 116,69 -37,94 119,12 -38,29 118,95 -37,88 114,43 -37,11 114,28 -36,89 114,34 -36,21 115,83 -37,09 111,61 -38,36 115,04 -37,98 113,98 -38,80 113,07 -37,68 42,94 -17,46 105,70 -33,91

50W Na Tesla δr253 (%) δr207 (%) -56,17 195,65 -50,52 20,21 10,50 -14,04 38,53 -21,57 54,09 -24,40 62,27 -25,93 68,15 -26,90 70,87 -26,69 71,61 -26,64 78,48 -27,90 82,82 -29,01 84,10 -29,32 85,45 -29,15 86,00 -29,71 86,14 -29,56 86,78 -29,51 84,36 -29,31 86,61 -28,93 49,61 -14,11 83,20 -28,35

98

Přílohy

Tabulka D11. Relativní odchylky spekter 70W vysokotlakých sodíkových výbojek Osram a Tesla λ (nm) 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580

70W Na Osram δr253 (%) δr207 (%) 59,77 328,60 225,65 6,88 87,91 -32,74 27,65 -46,14 41,31 -38,48 42,52 -38,02 37,03 -32,03 34,20 -30,64 70,29 -44,32 52,98 -40,58 71,48 -51,59 68,75 -48,89 33,02 -30,53 57,13 -42,59 56,66 -45,42 62,96 -44,21 64,58 -46,13 60,76 -46,87 46,75 -37,43 26,79 -27,61 50,92 -42,29

70W Na Tesla δr253 (%) δr207 (%) 514,91 52,84 -32,77 -48,92 40,99 -37,18 42,36 -44,84 55,04 -36,47 61,02 -32,64 51,30 -31,30 45,89 -30,57 91,38 -43,56 65,20 -40,12 87,40 -48,11 82,11 -47,00 39,27 -29,72 85,21 -46,27 81,12 -42,44 87,39 -45,18 88,75 -45,75 91,27 -46,65 77,59 -40,86 32,72 -26,84 66,33 -41,46

λ (nm) 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780

70W Na Osram δr253 (%) δr207 (%) -33,69 38,99 44,19 -37,15 51,90 -38,61 52,08 -37,87 52,92 -37,89 52,32 -36,74 50,49 -36,74 47,32 -34,64 48,98 -35,05 47,83 -35,10 43,38 -34,41 45,09 -32,88 42,70 -33,47 43,82 -34,23 43,41 -33,21 43,32 -34,36 47,03 -35,55 37,35 -38,25 24,83 -25,32 43,58 -32,74

70W Na Tesla δr253 (%) δr207 (%) -60,81 82,20 50,84 -35,94 71,38 -39,43 74,71 -39,43 76,31 -39,59 76,35 -38,94 75,90 -38,41 71,87 -37,00 72,87 -37,41 73,60 -36,80 68,90 -36,24 69,38 -35,67 67,83 -37,03 69,37 -35,75 67,10 -35,84 68,40 -37,25 70,56 -36,83 68,12 -36,40 31,62 -17,65 59,68 -33,52

Tabulka D12. Relativní odchylky spekter 150W halogenidových výbojek Toplite a Osram λ (nm) 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580

150W Toplite δr253 (%) δr207 (%) -15,55 -7,56 -11,80 1,59 -6,55 -2,48 2,52 -9,66 8,82 -14,93 5,91 -10,79 8,36 -10,15 14,97 -16,99 19,20 -21,39 16,92 -18,45 18,28 -18,48 20,68 -20,95 24,54 -22,98 7,99 -11,96 21,14 -20,99 22,63 -21,78 19,83 -20,82 13,02 -14,26 23,88 -21,28 18,80 -15,07 12,96 -5,09

150W Osram δr253 (%) δr207 (%) -67,60 45,47 -32,67 23,40 -28,81 6,30 -32,20 9,41 -25,26 2,62 -3,34 -17,12 3,28 -19,09 12,16 -26,19 13,73 -25,69 18,59 -28,61 23,32 -30,66 25,00 -31,31 27,75 -32,64 27,40 -32,28 24,42 -31,27 20,74 -28,73 10,23 -21,20 29,62 -33,75 31,74 -34,60 27,63 -34,63 31,07 -31,86

λ (nm) 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780

150W Toplite δr253 (%) δr207 (%) -18,58 15,99 31,14 -22,68 39,78 -25,60 22,56 -17,25 20,31 -15,80 28,00 -20,75 39,00 -25,98 26,60 -19,55 30,96 -17,74 35,91 -26,43 33,94 -23,36 32,83 -23,72 37,20 -24,72 32,68 -23,36 40,60 -27,67 36,66 -26,25 40,69 -28,43 37,13 -27,06 38,36 -28,44 33,91 -26,32

150W Osram δr253 (%) δr207 (%) -28,04 7,04 24,60 -32,07 32,83 -34,94 36,76 -34,72 45,49 -37,82 49,41 -38,95 54,81 -40,14 43,87 -34,67 42,82 -34,03 56,48 -40,01 60,16 -40,71 58,14 -39,39 65,82 -41,94 62,28 -41,46 67,28 -42,14 62,69 -40,54 61,15 -40,56 60,91 -40,03 57,52 -39,89 59,20 -40,05

99

Přílohy

Tabulka D13. Relativní odchylky spekter 80W vysokotlaké rtuťové výbojky Tesla a 70W sodíkové nízkotlaké výbojky Osram λ (nm) 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580

80W Hg Tesla δr253 (%) δr207 (%) 13,10 11,11 -23,37 -37,61 5,09 -1,26 6,23 -4,28 4,76 -10,05 5,29 -5,43 6,13 -6,55 7,61 -6,64 5,12 -6,55 5,54 -6,29 7,13 -6,75 7,40 -4,60 5,81 -4,04 6,28 -6,06 7,65 -5,60 7,72 -7,48 8,97 -5,88 7,16 -8,17 9,28 -8,18 9,45 -8,03 5,70 -4,27

70W Na Osram δr253 (%) δr207 (%) 49,66 26,00 68,36 100,00 -100,00 -70,65 115,39 47,32 -92,62 -30,92 -68,54 -98,90 -30,51 32,43 240,92 45,00 72,82 -98,31 63,29 102,93 382,58 343,74 -64,89 -65,60 -26,83 -31,83 -49,00 -81,96 134,00 120,00 79,65 64,49 -86,47 49,93 165,50 99,88 267,78 110,85 -0,86 -3,91 9,63 1,89

λ (nm) 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780

80W Hg Tesla δr253 (%) δr207 (%) 6,68 -4,01 6,94 -4,32 4,29 -1,76 0,75 0,33 4,79 -3,93 7,65 -6,06 4,10 -3,17 4,92 -6,12 8,10 -5,88 7,09 -9,37 6,00 -4,89 2,17 -0,68 7,27 -5,75 6,28 -8,67 5,80 -8,27 7,28 -9,40 4,65 -9,96 7,50 -12,30 8,46 -9,40 4,00 -9,31

70W Na Osram δr253 (%) δr207 (%) -0,04 0,20 31,67 -0,24 4,44 21,44 11,48 9,60 14,98 23,05 2,50 13,26 4,27 16,43 1,67 10,13 1,11 16,40 5,30 -0,06 -4,92 4,15 -8,36 -9,29 -4,24 35,42 1,66 -21,04 41,54 39,59 -20,10 -10,03 2,17 -10,97 38,71 2,62 9,93 -6,96 18,94 0,65

100

Přílohy

Příloha E

Seznam použitých světelných zdrojů a příslušných předřadných systémů

Tabulka E1. Seznam použitých světelných zdrojů a předřadných systémů Světelný zdroj 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

60W Osram E27 100W Osram E27 150W Tesla E27 300W Tungsram E40

Osram L 18W/20 Osram L 18W/21-840 Sylvania F 36W/830 Osram L 36W/21-840 Osram L 36W/20 Philips TLD 36W/33 Osram L 58W/21-840 Osram L 58W/20 Osram L 18W/21-840 Osram L 18W/21-840 Osram L 18W/21-840 Kompaktní zářivka 16 Osram Dulux EL 23W/41-827

17 18 19 20 21 22 23 24

Předřadný systém Žárovky Žádný Žádný Žádný Žádný Lineární zářivky Elektromagnetický 18W Helvar Elektromagnetický 18W Helvar Elektromagnetický 36W Helvar Elektromagnetický 36W Helvar Elektromagnetický 36W Helvar Elektromagnetický 36W Helvar Elektromagnetický 58W Helvar Elektromagnetický 58W Helvar Elektronický 1x36W Tridonic Elektronický 2x36W Helvar Elektronický 2x36W Beghelli

Vysokotlaké sodíkové Tesla SON 100W Osram Vialox SON -T 70W Tesla SHC 70W Tesla SHL 50W Nízkotlaká sodíková Osram 70W Halogenidové BLV-TOPLITE 150W PONESTAR Osram 150W Vysokotlaká rtuťová výbojka Tesla RVLX 80W

Elektronický integrovaný HID výbojky Elektromagnetický Layrton 100W Elektromagnetický ERC 70W Elektromagnetický ERC 70W Elektromagnetický SV 50W Elektromagnetický Elektromagnetický Concord Sylvania 150W Elektromagnetický Concord Sylvania 150W Elektromagnetický ERC 80W

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Recommend Documents