Индикатор пульсаций яркости осветительных ламп

Такой параметр осветительных ламп, как пульсации их яркости, является одним из важных показателей качества, на который, к сожалению, редко обра­щают внимания, поскольку его трудно оценить без измерительных приборов. Как известно, пульсации яркости ока­зывают неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Поэтому их оценка и проведение сравнительных исследований различных осветитель­ных ламп является важной задачей. Для её решения не потребуется сложного оборудования. Подойдут солнечная ба­тарея (U_{вых макс} = 2,5 В) от аккумулятор­ного светодиодного газонного светильника и вольтметр с режимами измере­ния постоянного и переменного напря­жения. Схема их соединения показана на рис. 1. Если в качестве такого вольт­метра применить мультиметр, то индикатор будет как приставка к нему.

Рис. 1

Принцип работы такого индикатора основан на том, что выходное напряже­ние солнечной батареи зависит от её освещённости. Чем больше освещён­ность, тем больше напряжение и макси­мальный выходной ток. Резистор R1 — нагрузочный. На рис. 2 показаны типо­вые зависимости выходного налряжения U_вых (при малом токе нагрузки) и тока короткого замыкания I_кз кремние­вой солнечной батареи. Максимальное напряжение (в данном случае 2,4…2,5 В) определяется числом последовательно соединённых р-n переходов, а макси­мальный ток — её площадью. Причём при малой освещённости (ниже точки перегиба на кривой U_вых) зависимость напряжения от освещённости близка к линейной. Именно этот участок и ис­пользован в первом варианте индика­тора.

Рис. 2

Если солнечную батарею осветить исследуемой лампой, то на ней будет присутствовать постоянная составляющая U_пост, которая зависит от яркости лампы, и переменная составляющая амплитудой зависящая от пульса­ций её яркости. В этом случае надо из­мерить эти составляющие и опреде­лить коэффициент пульсаций по фор­муле K_п = U_пер/U_пост. Основные частот­ные составляющие пульсаций яркости осветительных ламп — 50 и 100 Гц. Ис­следования показали, что применённая солнечная батарея на этих частотах работает хорошо.

Чувствительность распространён­ных мультиметров серии М83х при из­мерении переменного напряжения не­достаточна, поэтому в этом индикаторе был применён мультиметр APPA61. Минимальный предел измерения на­пряжения — 200 мВ при разрешающей способности 0,1 мВ. Он измеряет сред­неквадратичное значение переменного напряжения, имеет автоматическое и ручное переключение предела измере­ния и ещё одну важную функцию «HOLD» — удержание показаний. Но можно, конечно, применить и другие мультиметры.

Поскольку мультиметр измеряет среднеквадратичное значение пере­менного напряжения, для сигнала сину­соидальной формы (а именно близкую к ней имеют пульсации яркости), оно равно действующему значению U_д, тогда U_пер = 1,41 ·U_д. Поэтому, чтобы уп­ростить процедуру определения коэф­фициента пульсаций, мультиметр уста­навливают в режим измерения посто­янного напряжения на пределе 2 В и, изменяя расстояние между батареей и лампой, добиваются показаний мульти­метра: U_пост = 1,41 В. При этом батарея будет работать на участке характерис­тики до перегиба.

Затем мультиметр переключают в режим измерения переменного напря­жения и снимают показания — U_д. Если применён мультиметр АРРА 61, нажи­мают на кнопку «HOLD» и показания останутся на табло. В результате полу­чим К_п = U_пер/U_пост = 1,41 U_д/1,41 = U_д или К_п = 100·U_д(%), т. е. показания мульти­метра, умноженные на сто, будут чис­ленно равны коэффициенту пульсаций в процентах.

В этом варианте конструкции был применён аккумуляторный светодиод­ный светильник с солнечной батареей размерами 30×30 мм, но подойдут и с батареями меньшего размера. Все лишние элементы из корпуса удалены. Резистор (МЛТ, С2-23) приклеен термо­клеем к внутренней стенке корпуса. К его выводам припаивают выводы сол­нечной батареи и провод длиной 1…2 м, соединяющий индикатор с мультимет­ром. Следует применить экранирован­ный провод, чтобы уменьшить вероят­ность наводок переменного напряжения.

Но устанавливать требуемые пока­зания мультиметра за счёт изменения расстояния между лампой и солнечной батареей не совсем удобно. Поэтому можно использовать зависимость тока І_кз от освещённости (см. рис. 2), изме­няя выходное напряжение за счёт изменения сопротивления нагрузки. Для реализации режима, близкого к режиму КЗ, выходное напряжение не должно превышать 0,2…0,3 В. Схема второго варианта индикатора, использующего этот режим, показана на рис. 3. Изме­рения проводят в следующем порядке. Движки переменных резисторов устанавливают в крайне правое по схеме положение. Мультиметр устанавливают в режим измерения постоянного напря­жения и размещают солнечную бата­рею на таком расстоянии от светильни­ка, чтобы было напряжение 0,5… 1 В. Резисторами R1 (плавно) и R2 (грубо) устанавливают показания вольтметра 141 мВ. Переключают мультиметр в режим измерения переменного напря­жения и снимают показания, которые численно будут равны коэффициенту пульсаций в процентах.

Рис. 3

Конструкция этого варианта отлича­ется тем, что переменные резисторы (любые малогабаритные) размещают в небольшой пластмассовой коробке, на которой можно установить гнёзда для подключения к мультиметру.

Проводить последовательно изме­рение сначала постоянного, а затем и переменного напряжения кому-то мо­жет показаться неудобным. Чтобы по­высить оперативность работы, для ин­дикации получения требуемого посто­янного выходного напряжения можно применить светодиоды. При этом до­полнительного источника питания не потребуется, поскольку хватит мощно­сти солнечной батареи.

Схема третьего варианта индикато­ра показана на рис. 4. На большом удалении от лампы напряжения солнеч­ной батареи недостаточно для свечения светодиодов, и они погашены. При­ближение к лампе ведёт к росту напря­жения, и при 1,5…1,7 В (в зависимости от типа) станет светить светодиод HL1.

Рис. 4

За счёт диода VD1 светодиод HL2 при этом не светит. При приближении к лампе он начинает светить, и в даль­нейшем его яркость растёт быстрее, чем у светодиода HL1. При одинаковой яркости светодиодов нажимают на кнопку SB1 и снимают показания муль­тиметра (он постоянно включён в

режиме измере­ния переменно­го напряжения), получают резуль­тат К_п(%) = 100·U_пер(В).

Светодиоды должны быть по­вышенной яркос­ти красного цве­та свечения од­ного типа и из од­ной партии, под­строенный резис­тор— СПЗ- 19, ди­од — маломощ­ный германиевый или Шотки. Кноп­ка — КМ1-1 или любая малогабаритная, подстроенный резистор — СПЗ-19. Поскольку яркость свечения светодиодов невысока, они установле­ны так, чтобы внешнее освещение не мешало (рис. 5).

Рис. 5

Для этого светоди­од 3 вставляют в трубку 2 (отрезок дли­ной несколько миллиметров от пласт­массового корпуса авторучки), а в кор­пусе 1 сверлят отверстие диаметром 4 мм (для светодиода с диаметром корпуса 5 мм). Внешний вид индикато­ра показан на рис. 6. Штатный рассеи­ватель света светильника в данном случае покрашен чёрной краской и использован как ручка.

Рис. 6

Налаживают индикатор следующим образом. К выходу подключают мультиметр (в режиме измерения постоянного напряжения) и осциллограф. Приближая и удаляя индикатор к лампе, добиваются одинаковой ярко­сти свечения светодиодов. Положение индикатора в дальнейшем изменять нельзя. Нажимают на кнопку SB1 и резистором R2 устанавливают посто­янное выходное напряжение 1,41 В. Переключают мультиметр в режим измерения переменного напряжения и измеряют K_п(%) = 100·U_пер(B).

Следует учесть, что для получения более достоверных данных следует исключить влияние посторонних источников света на индикатор. Хотя применение светодиодов и ускоряет процесс, определение их одинаковой яркости субъективно, поэтому погрешность может возрасти. Но конструкция позволяет использовать способ изме­рения, применённый в первом вариан­те индикатора. Для этого нажимают на кнопку и в режиме измерения посто­янного напряжения изменением рас­стояния устанавливают выходное на­пряжение 1,41 В, затем измеряют переменное напряжение.

Конечно, от столь простого уст­ройства нельзя требовать высокой точ­ности, но тем не менее с его помощью можно оценить не только относитель­ный уровень пульсаций, но и саму яр­кость. Чем на большем расстоянии от лампы светодиоды будут светить с одинаковой яркостью, тем больше свето­вой поток.

Автор: И. НЕЧАЕВ, г. Москва