Cos'è il luxmetro, come funziona, come si usa ed i migliori luxmetri in commercio

Che cos'è il luxmetro?

Il Luxmetro è uno strumento che quantifica l'illuminamento di una superficie, misurando il flusso luminoso per unità di superficie. Misura correttamente come la luminosità appare all'occhio umano, il luxmetro deve infatti avere la stessa sensibilità dell'occhio umano per ciascuna lunghezza d'onda della luce e deve eseguire la correzione del coseno per l'incidenza angolare della luce. Il sensore di luce del Luxmetro è costituito da un fotodiodo che converte la luce in un segnale elettrico, un filtro ottico che garantisce la stessa sensibilità dell'occhio umano e un globo diffusore che facilita correzione del coseno.

Ci sono molti vantaggi nell'utilizzo dei Luxmetro. In primo luogo, forniscono una misurazione della quantità di luce disponibile reale, senza la quale si sta semplicemente ipotizzando. In secondo luogo, con un Luxmetro, è possibile vedere e confrontare chiaramente gli impatti delle diverse condizioni di illuminazione. Per fare ciò un Luxmetro utilizza una cellula fotografica per catturare la luce, convertendo questa luce in un flusso di corrente elettrica e, dopo aver misurato questa corrente, consente al dispositivo di calcolare il valore lux della luce catturata.

Riepilogo unità di misura illuminotecniche: Lux, Lumen e Candele

Si identifica quindi un flusso luminoso e l'unità di misura di tale flusso è nota come lux (lx). È uguale a un lumen per metro quadrato e i valori di lux sono direttamente correlati alla luminosità in considerazione della distanza, dell'orientamento e dell'ambiente. Un lumen è la vera irradiazione della luce visibile di una sorgente: equivale a una candela per angolo tridimensionale misurato.

La candela viene invece definita come una sorgente che emette una radiazione monocromatica di frequenza 540 x 12 hertz e la cui intensità energetica in tale direzione è di 1/683 watt.

L'unità di misura rilevata dal Luxmetro è quindi il Lux, pertanto restituisce una misura dell'illuminamento . Il Lux è strettamente legato alla superficie sulla quale viene misurato, anche se si può risalire ai Lumen moltiplicando il valore dei Lux per la superficie in cui questo valore è stato rilevato ( purché la superficie sia sufficientemente ridotta da poter ritenere il valore costante in essa ). Per questo la misurazione del Lux non va confusa con l'intensità luminosa prodotta da una sorgente luminosa, che si misura invece in candele, o con quella della luce riflessa da un oggetto. 

Come funziona un luxmetro?

La maggior parte dei Luxmetri sono costituiti da un corpo, una fotocellula o un sensore di luce e un display. La luce che cade sulla fotocellula o sul sensore contiene energia che viene convertita in corrente elettrica. A sua volta, la quantità di corrente dipende dalla luce che colpisce la fotocellula o il sensore di luce. Il Luxmetro legge la corrente elettrica, calcola il valore appropriato e mostra questo valore sul suo display.

Questo è il principio di funzionamento di base del Luxmetro. I Luxmetri analogici visualizzano i valori su un quadrante di solito con un ago o un puntatore, mentre i luxmetri digitali visualizzano i valori come lettere di numeri. Un contatore Lux può essere portatile o di tipo da banco.

Poiché la luce di solito contiene colori diversi e lunghezze d'onda diverse, la lettura rappresenta gli effetti combinati di tutte le lunghezze d'onda. In genere, i colori standard o le temperature di colore, sono espressi in gradi Kelvin (K). La temperatura di colore standard per la calibrazione della maggior parte dei Luxmetri è di 2856 ° K, una quantità che è più gialla del bianco puro.

Il luxmetro e la curva di visione dell'occhio umano

Come detto, la misura fornita dal luxmetro deve tenere conto della curva di visione dell'occhio umano rispetto alle varie componenti spettrali della luce. Vale quindi la pena un breve ripasso sul funzionamento dell'occhio umano rispetto alle varie lunghezze d'onda della luce.

L'occhio umano distingue i colori della luce secondo due modelli complementari di fisiologia visiva. La teoria tricromatica , introdotta da Thomas Young nel 1802 e perfezionata da Young nel 1912, afferma che ciascuno dei tre tipi di recettori (coni) presenti nell'occhio sono attivati da un certo intervallo di lunghezze d'onda:

  • coni β percepiscono la luce tra i 400 e i 500 nm ed hanno il picco di sensibilità intorno ai 437nm , corrispondente al colore blu-violetto. Vengono detti anche coni S, da short wavelenght sensitive, perché appunto più sensibili alle lunghezze d'onda più corte;
  • coni Y sono sensibili alla luce tra i 450 e i 630 nm ed hanno il picco di sensibilità intorno ai 533nm, lunghezza d'onda corrispondente al colore verde. Vengono detti anche coni M, da middle wavelenght sensitive, perché appunto sensibili alle lunghezze d'onda medie;
  • coni ρ sono sensibili alle luce tra i 500 e i 700 nm ed hanno il picco di sensibilità in corrispondenza del colore rosso, a 564nm. Pertanto vengono detti coni L , cioè long wavelenght sensitive cone.

La teoria tricromatica spiega in maniera parziale la percezione della luce da parte dell'occhio umano, ma non spiega alcuni fenomeni, come ad esempio l'esistenza di coppie di colori complementari come il giallo e il blu o il rosso e il verde che non possono essere percepiti simultaneamente. Così Ewald Hering postulò nel 1878 la teoria dell'opponenza cromatica , che afferma invece che i colori sono percepiti dalle aste e dai coni in modo antagonistico: nero contro bianco, blu contro giallo e rosso contro verde.

Processo di elaborazione del Luxmetro

La maggior parte dei Luxmetri registra la luminosità con un fotorilevatore integrato. Il fotorilevatore è posizionato perpendicolarmente alla fonte di luce per un'esposizione ottimale. I Luxmetri usano un fotorilevatore specifico per questa misurazione. Le letture sono presentate all'utente tramite strumento analogico o digitale. I tipi digitali spesso richiedono input di base da parte dell'operatore e possono salvare le misurazioni e avere un intervallo di rilevamento regolabile.

I fotorilevatori sono composti da selenio o silicio determinano la luminosità dal punto di vista fotovoltaico. La corrente generata è proporzionale ai fotoni ricevuti. I rivelatori a base di silicio devono amplificare la tensione generata dall'esposizione alla luce. I rivelatori a base di selenio convertono i fotoni in una tensione sufficientemente elevata da essere direttamente collegati a un galvanometro, ma hanno difficoltà a determinare misurazioni di lux per sorgenti luminose inferiori a 1.000 lumen.

I fotorilevatori che misurano la luminosità tramite fotoresistenza sono composti da un substrato ceramico con solfuro di cadmio. Una corrente di commutazione elettronica viene fornita alla cella e la resistenza aumenta man mano che vengono rilevati più fotoni per fornire una lettura proporzionale.

Calibrazione del Luxmetro

La calibrazione del Luxmetro è indispensabile per misure utili. Per calibrare un Luxmetro viene utilizzata una lampada standard certificata per la calibrazione con un'intensità luminosa nota. Viene posizionata di fronte allo strumento che è stato orientato per un'illuminazione uniforme sul sensore. Le misurazioni vengono eseguite a cinque diverse distanze per determinare un'illuminazione di riferimento e la media di queste misurazioni viene sommata con il fattore di correzione della lampada di riferimento e il fattore di correzione della risoluzione del misuratore.

La maggior parte dei Luxmetri industriali non fornisce una lettura assoluta, ma fornisce un valore rappresentativo in termini di tolleranza e risoluzione. I luxmetri calibrati in laboratorio invece sono più accurati ma al termine dell'utilizzo dovranno essere ricalibrati. Alcuni produttori raccomandano di rimuovere il coperchio del fotorilevatore alcuni minuti prima di misurare un campione per ridurre la potenziale sensibilità di adattamento nel sensore.

Last modified onGiovedì, 25 Giugno 2020 00:07
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