一種擴展白熾光通量標(biāo)準(zhǔn)燈使用范圍的實用方法

劉克先，于懷智

(深圳中航技術(shù)檢測所，廣東深圳518040)

0 引言

白熾光通量標(biāo)準(zhǔn)燈 (或鎢絲光通量標(biāo)準(zhǔn)燈)是光通量量值傳遞、檢定/校準(zhǔn)等計量工作中不可或缺的重要實用載體。常規(guī)的用法是一只燈在標(biāo)稱電壓或標(biāo)定工作電流下只有一個總光通量量值，在量傳中只能檢定/校準(zhǔn)一個光通量校準(zhǔn)點。要進(jìn)行多點檢定/校準(zhǔn)，就要用多只標(biāo)準(zhǔn)燈［1－2］。

白熾光通量標(biāo)準(zhǔn)燈的結(jié)構(gòu)決定了它不能經(jīng)受明顯的沖擊或振動。經(jīng)受沖擊或振動的燈，極易造成燈絲脆斷、玻殼破裂等致命的損壞。我單位的標(biāo)準(zhǔn)燈就曾有過在托運過程中發(fā)生燈絲斷裂導(dǎo)致報廢的情況。即使燈絲未斷，玻殼未裂，也難免出現(xiàn)燈絲變形、光中心位移等情況，使先前的賦值發(fā)生實質(zhì)變化，賦值失效不能再用。必須重新賦值，才能繼續(xù)用于量值傳遞。

1 本方法依據(jù)的基本原理

我們知道，白熾鎢絲燈是靠電流加熱鎢絲至白熾狀態(tài)而發(fā)光的電光源，它的工作電流I(單位:A)、電壓V(單位:V)、光通量F(單位:lm)、壽命L(單位:h)、光效 E(單位:lm/W)、功率 W(單位:W)和電阻 R(單位:Ω)之間存在如下關(guān)系［3］:

各公式中，以小寫字母表示的指數(shù)稱為特性指數(shù)。真空燈泡和充氣燈泡的特性指數(shù)有所不同，其數(shù)值見表1。

表1 白熾燈的特性指數(shù)值

式 (1)～式 (5)和特性指數(shù)表在白熾燈的生產(chǎn)、設(shè)計、實驗、改進(jìn)和照明應(yīng)用等場合得到廣泛應(yīng)用。比如在白熾燈的壽命試驗中，利用式中L，V和特性指數(shù)d的關(guān)系，適當(dāng)提高試驗電壓，即可縮短試驗時間至額定電壓下額定壽命的四分之一，及時得到試驗結(jié)果，工效提高4倍。讀者可以從自身需要出發(fā)，適當(dāng)選用公式和特性指數(shù)，達(dá)到自己的目的。

在上述諸多關(guān)系式和特性指數(shù)表中，我們可以發(fā)現(xiàn)白熾燈的光通量F和工作電流I之間存在如下數(shù)量關(guān)系:

2 本方法的實際做法

筆者給出的實用方法其實很簡單，就是利用式(6)和式 (7)的原理，按如下步驟進(jìn)行:

1)調(diào)整白熾光通量標(biāo)準(zhǔn)燈的工作電流使其色溫等于2856 K，標(biāo)定其工作電流I1和總光通量F1、色溫T、色坐標(biāo) (x，y);

2)降低工作電流至I2，使其光通量由F1降低至F1的三分之二，標(biāo)定與I2對應(yīng)的總光通量F2;

3)繼續(xù)降低工作電流至I3，使同一只燈的光通量降低至F1的三分之一，標(biāo)定與I3對應(yīng)的總光通量F3。

通過以上三步操作，就可得到同一只標(biāo)準(zhǔn)燈的三組光通量均勻分布的數(shù)據(jù):(F1，I1)， (F2，I2)，(F3，I3)，可用于三個光通量校準(zhǔn)點的量值傳遞，還得到色溫T和色坐標(biāo) (x，y)，可用于色度參數(shù)的校準(zhǔn)。

3 本方法的可行性分析

由于 (F1，I1)是該燈制成時的標(biāo)稱值，一般情況下它的色溫為2856 K或3000 K。而I2和I3均小于I1，此時燈的色溫是降低的。而燈的有效壽命與色溫成反比，因此這種用法不會影響燈的實際使用壽命。

光通量的穩(wěn)定性是光通量標(biāo)準(zhǔn)燈的主要要求。由于本方法中燈的工作電流等于或小于燈制成時的標(biāo)稱工作電流，燈的工作溫度就等于或低于其標(biāo)稱工作電流時的溫度，因而可以保持其光通量的穩(wěn)定性，就如同降低鍋爐運行的工作壓力其安全系數(shù)不會降低是一樣的道理。

JJG 247－2008《總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈檢定規(guī)程》規(guī)定:工作基準(zhǔn)級標(biāo)準(zhǔn)燈光通量年變化率不大于0.6%，一級不大于0.8%，二級不大于1.0%。我們按本方法使用的總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈 (杭州遠(yuǎn)方光電信息公司生產(chǎn)的 D204型通用標(biāo)準(zhǔn)光源，編號S1321129)，經(jīng)中國測試技術(shù)研究院測試結(jié)果見表2。

測試結(jié)果表明，按本方法使用的總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈總光通量的年變化率符合JJG 247－2008《總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈檢定規(guī)程》的要求。

如果所采用標(biāo)準(zhǔn)燈的標(biāo)稱色溫值是3000 K，則可在降低工作電流至燈色溫為2856 K時獲得另一組色溫和色坐標(biāo)值，使色度參數(shù)校準(zhǔn)點多一些。

表2 測試結(jié)果

4 使用本方法的限制

本方法的不足之處是只能用于原燈標(biāo)稱光通量及其以下光通量的量值傳遞。在使用2856 K光通量標(biāo)準(zhǔn)燈時，適當(dāng)提高其工作電流，在線性良好的測試系統(tǒng)中得到較高的光通量值也是可行的;但提高一定要適度，否則將會損害燈的壽命和燈的光通量穩(wěn)定性。因為鎢的熔點為3410℃，燈的工作溫度越高，鎢絲升華變細(xì)的進(jìn)程越快，壽命越短，穩(wěn)定性越差。

從光源色溫的定義可知，理想黑體的溫度等于其色溫。與其他光源相比，鎢絲燈的光輻射特性與黑體是最接近的，所以可以認(rèn)為鎢絲燈的溫度與其色溫也是比較接近的。目前，筆者尚未找到鎢絲燈的溫度與其色溫間的對應(yīng)數(shù)據(jù)或換算公式。

5 結(jié)束語

本實用方法使一只光通量標(biāo)準(zhǔn)燈校準(zhǔn)一個光通量校準(zhǔn)點擴展為可校準(zhǔn)三個光通量校準(zhǔn)點和一組 (或二組)色度參數(shù) (色溫和色坐標(biāo))校準(zhǔn)點，大大擴展了它的使用范圍。方法簡便，有效減少必須的標(biāo)準(zhǔn)燈數(shù)量，降低購燈成本;相應(yīng)減小包裝體積和在運輸過程中受損的風(fēng)險，方便攜帶。多年來我們采用本方法，受益良多。

［1］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 15043－2008白熾燈泡光電參數(shù)的測量方法 ［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［2］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，國家標(biāo)準(zhǔn)管理委員會.GB 15039－1994發(fā)光強度、總光通量標(biāo)準(zhǔn)燈泡 ［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994.

［3］日本照明學(xué)會.照明手冊 ［M］.1版.肖輝乾，張紹綱，高履泰，等譯.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1985:146.

［4］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJG 247－2008總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈檢定規(guī)程［S］.北京:中國計量出版社，2008.