2_Charakterystyka mierników do światła

www.PolskiElektryk.pl
olskiElektryk.pl
Charakterystyka mierników do badania oświetlenia
oświetlenia
Obiektywne badania warunków oświetlenia
o
opierają się na wynikach pomiarów parametrów
świetlnych. Podobnie jak każdy
żdy pomiar, równie
również te pomiary, obarczone są
ą błędem,
błę
czyli różnicą
między
dzy wynikiem pomiaru a wartością
warto
mierzonej wielkości.
ci. Tradycyjnie błę
błędy dzieli się na
przypadkowe i systematyczne.
Błąd przypadkowy jest nieprzewidywalny zarówno co do wartości
wartości jak i co do znaku, podczas
wykonywania
nywania pomiarów tej samej wielkości
wielko ci w warunkach niezmiennych, tzn. przez tą
t samą osobę,
tym samym przyrządem,
dem, w tych samych warunkach otoczenia. Błędu
Bł du przypadkowego nie mo
można
określić na podstawie pojedynczego pomiaru. Mo
Można
na jedynie oszacować,
oszacowa z określonym
prawdopodobieństwem,
stwem, granice błędu,
bł du, na podstawie serii pomiarów określonej
okre
wielkości
w niezmiennych warunkach.
Błąd systematyczny jest to błąd,
bł d, który pozostaje stały, zarówno co do warto
wartości jak i znaku,
podczas wykonywania pomiarów tej samej wielkości,
wielko
w tych samych warunkach, przez tą
t samą osobę
i tym samym miernikiem. Podczas zmiany warunków pomiarowych, błąd
błąd systematyczny może
mo
zmieniać się według określonego
ślonego prawa. Źródła błędów
dów systematycznych mogą
mog być znane lub
nieznane. Są to np. błędy
ędy wynikające
wynikaj
z nieuwzględnienia
dnienia poprawek temperaturowych, rozkładu
widmowego źródeł światła, kąta
ąta
ta padania promieniowania, złego wzorcowania mierników itp.
Znany błąd
d systematyczny, obliczony lub wyznaczony do
doświadczalnie,
wiadczalnie, można
moż wyeliminować,
wprowadzając odpowiednią poprawk
oprawkę do otrzymanych wyników pomiarowych. Nieznane bł
błędy
systematyczne o małej wartości
ści w porównaniu do dokładności
dokładno ci pomiaru, traktuje się
si przy obliczaniu
niepewności
ci
pomiaru,
jak
błędy
bł
przypadkowe.
Nieznane
błędy
ędy
systematyczne
o dużej wartości w porównaniu
niu z dokładnością
dokładno
pomiaru, należy oszacowaćć w przybliżeniu
przybliż
i uwzględnić
przy obliczaniu niepewności
ści pomiaru.
Istnieje jeszcze błąd nadmierny,
nadmierny tzw. gruby, wynikający
cy z nieprawidłowo wykonanego
pomiaru, np. omyłkowego odczytania wskazania, użycia
u
uszkodzonego przyrządu,
przyrzą
niewłaściwego
użycia przyrządu.
du. Wyniki obarczone błędem
bł
nadmiernym należy usunąć
ąć i nie uwzględniać
uwzgl
do
obliczeń
i analiz.
Rozrzut wyników pomiaru, wyznaczony przez błędy
bł
graniczne, określa
śla niepewno
niepewność pomiaru.
Niepewność pomiaru wynika
ka z faktu braku możliwości
mo
ci jednoznacznego wyznaczenia
w procesie pomiaru, wartości
ści okreś
określonej wielkości, co oznacza że
e wynik pomiaru tej samej wielkości
wielko
może być za każdym
dym pomiarem inny.
Czynniki wpływające
ce na niepewność pomiarów:
•
człowiek – brak kompetencji,
encji, brak doświadczenia,
do wiadczenia, nieprzestrzeganie instrukcji, nieprawidłowa
obsługa (zasłanianie ogniwa, jasny ubiór), przekupstwo, nieuwaga spowodowana stresem,
zmęczeniem,
czeniem, roztargnieniem;
•
media – wahania napięcia
ęcia elektrycznego, tętnienie
t
światła;
•
środowisko - promieniowanie UV, promieniowanie podczerwone, pole elektromagnetyczne,
temperatura, wilgotność,
ść, zapylenie, polaryzacja światła;
Stanisław Marzec
Sierpień 2009
1z5
www.PolskiElektryk.pl
olskiElektryk.pl
•
środki pomocnicze – przeterminowane baterie;
•
warunki pomiaru;
•
metoda badawcza – źle dobrana (mało precyzyjna, podatna na czynniki
czynniki zewnętrzne);
zewn
•
przyrządy pomiarowe – źle wywzorcowane, niezgodność krzywej widmowej fotometru z
krzywą Vl, niewłaściwa
ściwa korekcja przestrzenna, niedokładność,
niedokładność, zmęczenie
zmę
czujnika,
nieliniowość wskazań;
•
proces obliczeniowy – stosowanie nieodpowiednich wzorów
orów lub programów obliczeniowych,
niewłaściwe zaokrąglanie
ąglanie wyników
Minimalne wymagania, które powinny spełniać
spełnia luksomierze:
•
zgodność krzywej widmowej detektora z krzywą
krzyw Vl,
•
zgodność zmiany prądu
ądu fotoelektrycznego detektora z kosinusem kąta
ąta padania światła na
powierzchnię czujnika,
•
kompensacja termiczna detektora.
Poza tym, ze względu
ędu na starzenie się
si ogniw i elementów fotoelektrycznych, używanie
u
luksomierza wymaga jego okresowego wzorcowania, zwykle co pół roku dla ogniwa selenowego i co 2
lata dla elementów
ementów krzemowych.
Pod względem dokładności
ści fotometry dzielą
dziel się na 4 klasy:
L – o najwyższej dokładności
ści (maksymalny błąd
bł całkowity 3%),
A –o wysokiej dokładności
ści (maksymalny błąd
bł całkowity 5%),
B –o średniej dokładności
ci (maksymalny błąd
bł całkowity 10%),
C – o niskiej dokładności
ci (maksymalny bł
błąd całkowity 20%).
Stanisław Marzec
Sierpień 2009
2z5
www.PolskiElektryk.pl
olskiElektryk.pl
Przykłady danych technicznych luksomierzy znanych producentów odczytane z kart
katalogowych.
Producent
Model
Klasa
dokładności
ści
Błąd całkowity
Dopasowanie
widmowe
Dopasowanie
kierunkowe
MAVOLUX
5032B
B
10%
6%
3%
KonicaMinolta/T10
b.d.
b.d.
do 8%
±2% dla 30°
±6% dla 50°
±25% dla 80°
Xinye
Optoelectronic
Engineering
Co.,Ltd./XYI-III
b.d.
b.d.
5.5%
4%
Sonopan/L-100
A
≤ 2,5 %
≤2%
≤ 1,5 %
Testo/Testo 545
b.d.
b.d.
8%
Niepewność pomiaru wynikająca
wynikają
z błędów przypadkowych nazywa się
ę niepewnością
niepewno
typu
A, natomiast wynikająca z błędów
ędów systematycznych – niepewnością typu B.
Niepewność wyniku pomiaru, wyrażona
wyra ona jako odchylenie standardowe nosi
niepewności standardowej.
owej. Niepewność
Niepewno standardową można wyznaczać w dwojaki sposób:
nazw
nazwę
1. Poprzez analizę
ę statystyczną
statystyczn wyników serii pomiarów (niepewność
ść typu A).
2. Na podstawie własnej wiedzy i doświadczenia,
do
wyników wcześniejszych
niejszych pomiarów, w oparciu
o posiadane informacje o niepewności i zachowaniu się zastosowanych przyrządów,
przyrz
wyników
wzorcowania, danych producenta, udziale w powstałym błędzie
bł
użytych
żytych metod pomiarowych i
wpływie na wielkość
ść błędu
ędu innych czynników (niepewno
(niepewność typu B).
Tryb postępowania
powania w celu oszacowania niepewności
nie
standardowej pomiaru:
1. Niepewność typu A:
•
wykonać serię pomiarów tej samej wielkości,
wielko ci, w tych samych warunkach, tym samym
przyrządem, przez tę
ę samą osobę,
•
oszacować typ rozkładu prawdopodobieństwa,
prawdopodobie
Stanisław Marzec
Sierpień 2009
3z5
www.PolskiElektryk.pl
olskiElektryk.pl
•
w przypadku rozkładu normalnego (typu Gaussa) obliczyć
ob
średnią
ą arytmetyczn
arytmetyczną otrzymanych
wyników
i przyjąć ją jako wartość
ść najbardziej prawdopodobną,
prawdopodobn
•
wyznaczyć odchylenie standardowe pojedynczego pomiaru wg wzoru:
∑
gdzie: xi oznacza wartość pojedynczego pomiaru, xsr – wartość średnia
rednia z n pomiarów.
2. Niepewność typu B:
Wyznaczanie niepewności
niepewnoś standardowej metodą typu B może byćć równie wiarygodne, jak
obliczane metodą typu A, szczególnie gdy metoda typu A oparta b
będzie
dzie na małej liczbie pomiarów.
Jednak właściwe stosowanie dostępnych
dostę
informacji dotyczących
cych obliczania niepewności
niepewno
standardowej
metodą B, wymaga doświadczenia
wiadczenia i wiedzy, i jest umiejętnością,
umiej
którą można
żna nabyć wraz z praktyką.
Tryb postępowania
powania w celu określenia
okre
niepewności całkowitej pomiaru:
•
ustalenie zależności między wielkością
wielko
wyznaczaną a wielkościami
ciami mierzonymi,
•
rozpoznanie wszystkich źródeł
ź
błędów systematycznych i wprowadzenie odpowiednich
poprawek,
•
oszacowanie wielkości
ści niepewności
niepewno
standardowych pochodzących
ących ze zidentyfikowanych
źródeł,
•
obliczenie niepewności
ści standardowej zło
złożonej wielkości wyznaczanej,
•
obliczenie niepewności
ści rozszerzonej, jako iloczynu niepewności
niepewnoś złożonej
żonej i odpowiedniego
współczynnika rozszerzenia k,
•
sporządzenie budżetu
żetu niepewności,
niepewno
poprzez wyznaczenie niepewności
ści dla poszczególnych
operacji
racji jednostkowych i obliczenie niepewności
niepewno
całkowitej pomiaru.
Wartość współczynnika rozszerzenia k zależy
z
od przyjętego poziomu ufności p. Wybrane
wartości współczynnika k i odpowiadające
odpowiadaj
im poziomy ufności, przy założeniu
żeniu rozkładu normalnego
wyników
ów pomiaru, podano w poniższej
poniż
tabeli:
Współczynnik rozszerzenia k
Stanisław Marzec
Poziom ufności
ści p [%]
1
68,27
1,645
90
1,960
95
2
95,45
2,576
99
3
99,73
Sierpień 2009
4z5
www.PolskiElektryk.pl
olskiElektryk.pl
Istnieją również metody podawania niepewności
niepewno ci wyniku, oparte na odchyleniu standardowym
odtwarzalności
ci lub powtarzalności.
powtarzalnoś
W takich przypadkach niepewność
ść pomiaru jest dwukrotn
dwukrotną
wartością
(na
poziomie
ufności
ufno ci
0,05)
odchylenia
standardowego
w
zakresie
powtarzalności lub odtwarzalności.
odtwarzalnoś
Powtarzalność to rozrzut przypadkowy wyników wielokrotnego pomiaru tej samej wielkości,
wielko
tego samego obiektu, w warunkach powtarzalnych, czyli tą
t sama metodą,
ą, w tym samym miejscu,
przez tę samą osobę, przy użyciu
życiu tych samych przyrządów,
dów, w tych samych warunkach.
Odtwarzalność to rozrzut przypadkowy wyników wielokrotnego pomiaru tej samej wielkości,
wielko
tego samego obiektu w warunkach odtwarzalnych, czyli ta sama lub inna metoda pomiarowa,
stosowana w różnych
nych miejscach (laboratoriach),
(laboratoriac
przez różne osoby, przy użyciu
życiu różnych
róż
przyrządów,
w różnych warunkach.
Stanisław Marzec
Sierpień 2009
5z5