Kule całkujące, zwane też w literaturze lumenomierzami kulistymi, są jednym z podstawowych przyrządów do pomiaru źródeł światła, lamp i opraw. Tradycyjnie nazywane są też kulami Ulbrichta, a swoją nazwę wzięły od nazwiska niemieckiego inżyniera Richarda Ulbrichta, który podczas przygotowywania elektryfikacji i oświetlenia stacji kolejowej zajmował się pomiarami fotometrycznymi w celu znalezienia najlepszego sposobu na oświetlenie. Udowodnił on, że wartość natężenia oświetlenia zmierzonego na ścianie kuli, w której umieszczono źródło światła, jest proporcjonalna do całościowego strumienia świetlnego tego źródła.
Dzisiaj powszechnie stosowane w fotometrii i radiometrii kule całkujące umożliwiają rzetelne porównanie strumienia świetlnego różnych źródeł światła lamp i opraw.
W II części cyklu dotyczącego organizacji laboratorium fotometrycznego omówione zostały rodzaje kul całkujących oraz poruszone kwestie techniczne, które mają istotne znaczenie w trakcie pomiarów i oceny produktów oświetleniowych. Przedstawiono również zagadnienia związane z warunkami, jakie powinny panować w laboratorium, oraz podamy praktyczne wskazówki szczególnie przydatne przy doborze i obsłudze systemów pomiarowych.
Dlaczego warto używać kuli całkującej i jakie wielkości mogą być w niej mierzone?
Właściwości kuli całkującej pozwalają na stosunkowo proste i szybkie porównanie parametrów fotometrycznych różnych produktów oświetleniowych. Obiekt badany umieszczony w kuli może zostać zmierzony w ciągu kilku sekund (oprócz czasu na stabilizację –o czym wspomnimy poniżej). Jest to najszybszy sposób na zmierzenie strumienia świetlnego oprawy [lm] i wyznaczenie skuteczności świetlnej [lm/W] przy znanej mocy zasilania. Pomiar w kuli całkującej jest bezpośredni i pozwala na porównanie wskazań ze wzorcem. W przeciwieństwie do pomiaru na goniometrze, który składa się z długotrwałych pomiarów cząstkowych, całkowanych w celu wyliczenia całościowego strumienia świetlnego, pomiar w kuli jest natychmiastowy i znacznie łatwiejszy. Dobrze opisana i przyjęta procedura pomiarowa pozwala niemal każdemu operatorowi uzyskać rzetelne i powtarzalne wyniki pomiarowe. Jest to istotne w porównywaniu wielu produktów oświetleniowych i wykonywaniu pomiarów różnych źródeł. Załóżmy, że mamy gotowy, zmierzony i zaakceptowany prototyp oprawy. W przypadku wymiany zasilacza na inny typ lub konieczności zamiany typu diody świecącej lub elementów optycznych, gdy chcemy szybko zweryfikować całościowy strumień – kula całkująca staje się niezbędnym narzędziem do codziennej pracy z produktami oświetleniowymi.
Oprócz całościowego strumienia świetlnego w kuli całkującej połączonej ze spektroradiometrem zmierzymy również temperaturę barwową najbliższą – CCT dla światła białego [K], wskaźniki oddawania barw CRI i Rf, parametr Duv określający położenie względem krzywej Plancka, współrzędne chromatyczne x, y oraz wiele innych parametrów charakteryzujących produkt oświetleniowy. Pomiar w kuli dostarczy wszystkich niezbędnych danych do oceny klasy energetycznej zgodnie z zaleceniami norm określających minimalne wymagania funkcjonalne oraz ekoprojektu 2009/125/WE.
Ponadto system z kulą Ulbrichta umożliwia pomiar także poza zakresem widzialnym. W przypadku produktów do oświetlenia roślin można zmierzyć takie wartości, jak strumień fotonów PPF czy rozszerzony spektralnie strumień PBAR. Kule całkujące znajdują również zastosowanie podczas pomiarów promieniowania w zakresie podczerwieni w urządzeniach wizyjnych i przemysłowych – wówczas odpowiednio wywzorcowana i wyposażona w wysokiej klasy urządzenia pomiarowe kula całkująca może posłużyć do szybkiej weryfikacji skuteczności energetycznej promieniowania optycznego z różnych zakresów spektralnych.
Ocena skuteczności wpływu oświetlenia na cykl okołodobowy człowieka, zgodnie z zaleceniami nowego standardu CIE S026 2018, również może być przeprowadzona na podstawie danych pomiaru strumienia energetycznego opraw, a następnie przeliczana przez krzywe skuteczności oddziaływania na komórki iPRgs.
Kolejną praktyczną zaletą kuli całkującej jest jej zasadnicza właściwość, a mianowicie światłoszczelna konstrukcja. Dzięki niej kula całkująca może zostać umieszczona w normalnych warunkach biurowych i w pomieszczeniach oświetlonych bez ryzyka wpływu oświetlenia ogólnego na wynik pomiaru (…)
Więcej w numerze 6/2018 Oświetlenie LED. Zaprenumeruj