Большое измерение световых потоков и пульсаций люминесцентных ламп мощностью 18Вт

Немного теории

У нас уже была статья об измерении световых потоков с помощью обычного люксметра. Разумеется, мы помним, что люксы и люмены – отнюдь не одно и то же, и к данному вопросу нужно подходить очень аккуратно. Однако нам на помощь спешат основы светотехники, которые гласят следующее: Для любого равнояркого объекта световой поток равен его яркости, умноженной на его площадь и на число π:

Ф = π · L · A (1)

В этом случае для определения полного светового потока достаточно всего лишь измерить яркость в любой точке объекта. Что такое равнояркий объект? Если объяснить предельно просто, то это предмет, излучающий одинаковое количество света с единицы своей площади в любой своей точке. Помните светильники типа «белый шарик»? Вот это и есть классический случай равноярких объектов – излучаемый находящейся внутри лампой свет практически равномерно распределяется по всей поверхности шарообразного плафона.

Теперь, чем же измерить яркость? Здесь нам на помощь может прийти уже хорошо знакомый измерительный прибор – люксметр-яркомер-пульсметр Radex Lupin:

При нажатии кнопки «L» в середине он как раз показывает значения яркости, в правильных единицах (канделы на квадратный метр), правда есть один нюанс – прикладывать датчик надо вплотную к излучающей поверхности, так как данный яркомер – контактный. Другими словами, меряет он всё-таки освещённость, и только потом преобразует её в яркость. На самой поверхности излучателя освещённость равна светимости, то есть как раз полному количеству света, которое излучается с одного квадратного метра. По мере увеличения расстояния между датчиком и объектом освещённость падает по закону обратных квадратов, и прибор будет показывать уже не яркость, а уже непонятно что.

Переведём вопрос в практическую плоскость. Люминесцентная лампа представляет собой практически равнояркую трубку. Как определить её световой поток по яркости? Используем всё ту же формулу (1):

Ф = π · L · A = π · L · (π · d · h) = π² · L · d · h (2)

где d – диаметр трубки, а h – длина светящейся части. Например, для люминесцентной лампы мощностью 18Вт d ≈ 26мм, h ≈ 565мм. Таким образом, для ламп этого типоразмера соотношение между световым потоком и яркостью получится следующим:

Ф = π² · L · d · h = 3,14² ­· L · 0,026 · 0,565 ≈ 0,145 · L (3)

Разумеется, мы помним, что в действительности ЛЛ – вовсе не однородно излучающая трубка, даже если на её электродах присутствуют экраны. Яркость приэлектродных зон всегда меньше, чем середины трубки, к тому же часто далеко не вся поверхность лампы бывает покрыта люминофором. Ориентируясь на то, что новые фирменные лампы 8хх цветностей чаще всего показывают яркость порядка 12ккд/м², для получения их номинального потока (согласно каталогам) в формулу следует ввести дополнительный поправочный коэффициент, равный ≈0,8:

Ф = 0,8 · 0,145 · L ≈ 0,116 · L (4)

Эту формулу мы и взяли за основу при проведении нашего очередного эксперимента, поставленного в марте 2026г.

Экспериментальная установка

Установка представляла собой светильник типа RT1183B, в котором вместо родного дросселя был подключён дроссель 1УБИ20/220-ВПП-080УХЛ4, по результатам другого нашего эксперимента зарекомендовавший себя в качестве номинального аппарата для ламп 18-20Вт (ток ровно 0,37А при напряжении сети 220В). С учётом того, что световой поток (и, соответственно, яркость) ЛЛ сильно зависит от тока через лампу и в свою очередь – от напряжения сети, в установку был добавлен ЛАТР, при помощи которого напряжение удерживалось в пределах 220±0,8В. Контроль напряжения и тока производился самодельным стендом на базе электросчётчика Меркурий 200. Внешний вид стенда можно наблюдать на фото:

Дополнительная часть стенда (слева внизу) включала в себя электронный ПРА типа QT DE LUXE HF 1x18/230-240 DIM, к которому те же самые лампы подключались для измерения яркости в режиме высокочастотного питания. Кроме этого, в этом же режиме снимались спектры всех обследованных ламп, которые отдельно будут внесены в нашу базу.

Яркости измерялись контактным способом на расстоянии примерно 10см от одного из краёв лампы (так как в этом месте уже нет влияния приэлектродных областей, но ещё не достигается максимальное значение вдоль всей длины). Измерения в обеих схемах проводились на чёрном фоне, чтобы исключить влияние посторонних отражающих поверхностей на значения яркости и спектры:

Итак, на номинальном напряжении 220В все лампы подвергались следующим измерениям:

• яркости при включении с номинальным дросселем;
• коэффициента пульсации светового потока с номинальным дросселем;
• яркости при включении с ЭПРА;
• коэффициента пульсации при включении с ЭПРА;
• спектрального распределения мощности излучения при включении с ЭПРА.

По измеренному значению яркости рассчитывался световой поток (формула (4)) и сравнивался с паспортным для данного типа ламп. Для исключения неустановившихся процессов, связанных с разгоранием ламп, снятых с хранения, все измерения производились не менее чем через 3 минуты после включения. В эксперименте было задействовано 30 ламп различных производителей, цветностей и лет выпуска.

Результаты

Полученные в ходе эксперимента результаты приведены в таблице.

Пояснения к таблице: «Ресурс» – предположительный остаток срока службы лампы (по визуальному осмотру, 100% – новая не эксплуатировавшаяся лампа); «Ф_ном» – номинальный световой поток в соответствии с фирменным каталогом, (ЭмПРА/ЭПРА) – соответственно результаты измерения в схеме с дросселем Бриз и с ЭПРА Osram.

Анализ

1. Правильно подобранный коэффициент (в формуле (4)) – залог успеха . Сравнение колонок Ф и Ф_ном показывает, что значения светового потока через яркость получаются довольно близкими к правильным (чуть большее значение для новых ламп – это нормально, т.к. каталожные потоки указываются для наработки в 100 часов).
2. Оценка остаточного ресурса на глаз также довольно неплоха, хотя погрешность здесь, естественно, побольше (как результат сравнения колонки Ресурс и соотношения Ф/Ф_ном).
3. Самыми лучшими в плане пульсаций оказались лампы L18/30 и TLD18W/29 – самые тёплые цветности с люминофором на базе ГФК. Их коэффициент пульсации (18%) совпадает с таким же у обычной лампы накаливания на 60 ватт – просто прекрасный результат! Это означает, что такие лампы можно использовать для настольного освещения и чтения даже в обычной одноламповой или тандемной дроссельной схеме, причём без вреда для глаз.
4. На втором месте по пульсациям – лампы ЛБ, у которых этот параметр практически совпадает с лампами накаливания на 40Вт. Тоже довольно неплохо!
5. Все трёхполосные цветности показали ожидаемый результат в виде К_п = 41±5%. Такое значение уже не считается безвредным, и для ответственных применений потребуются меры по снижению пульсаций (как минимум – схема с расщеплённой фазой).
6. Наконец, (анти)рекордсменами рейтинга стали лампы ЛЕЦ18 (К_п = 62%) и ЛДЦ18 (К_п = 73%). Это уже фактически не просто пульсации, а настоящий строб-эффект! Для борьбы с которым расщеплённой фазы уже маловато, здесь понадобится полноценный ЭПРА.
7. Кстати, об ЭПРА: оказалось, что коэффициент пульсации с ним также меняется в зависимости от того, насколько сильно лампа пульсировала с дросселем. Например, у лучших ламп он составил 1,5-1,7%, а у худших – 2,9-3,5%. Впрочем, даже максимальное достигнутое значение вполне приемлемо для любых применений.
8. Что касается соотношения яркостей на ЭмПРА и ЭПРА, в целом наблюдалось их совпадение – с учётом, что ЭмПРА обеспечивал номинальный ток (0,37А при 220В), а ЭПРА работал, очевидно, в режиме номинального светового потока (ток, потребляемый от сети, составил 0,09А). Отдельные зафиксированные различия в обе стороны (например, в пп. 5, 7, 9, 14, 15 и пр.) можно объяснить некоторым несовершенством постановки эксперимента, т.к. яркости измерялись в разных частях трубки (хотя и на примерно одинаковом расстоянии от её краёв). Этот момент следует исправить в дальнейшем (измерять яркость в одной и той же точке колбы), однако и по уже полученным результатам можно предположить, что особых чудес не случится .

Кроме вышеперечисленных параметров, в ходе данного Большого Эксперимента также снимались спектры всех ламп. Хотя в основном они уже присутствуют в нашей базе, сейчас они были вновь получены с разрешающей способностью 2нм, так что эти данные тоже постепенно попадут в базу на замену старым (с разрешением 10нм).