一种扩展白炽光通量标准灯使用范围的实用方法

2014-04-26刘克先于怀智

计测技术 2014年2期

刘克先，于怀智

(深圳中航技术检测所，广东深圳518040)

0 引言

白炽光通量标准灯 (或钨丝光通量标准灯)是光通量量值传递、检定/校准等计量工作中不可或缺的重要实用载体。常规的用法是一只灯在标称电压或标定工作电流下只有一个总光通量量值，在量传中只能检定/校准一个光通量校准点。要进行多点检定/校准，就要用多只标准灯［1－2］。

白炽光通量标准灯的结构决定了它不能经受明显的冲击或振动。经受冲击或振动的灯，极易造成灯丝脆断、玻壳破裂等致命的损坏。我单位的标准灯就曾有过在托运过程中发生灯丝断裂导致报废的情况。即使灯丝未断，玻壳未裂，也难免出现灯丝变形、光中心位移等情况，使先前的赋值发生实质变化，赋值失效不能再用。必须重新赋值，才能继续用于量值传递。

1 本方法依据的基本原理

我们知道，白炽钨丝灯是靠电流加热钨丝至白炽状态而发光的电光源，它的工作电流I(单位:A)、电压V(单位:V)、光通量F(单位:lm)、寿命L(单位:h)、光效 E(单位:lm/W)、功率 W(单位:W)和电阻 R(单位:Ω)之间存在如下关系［3］:

各公式中，以小写字母表示的指数称为特性指数。真空灯泡和充气灯泡的特性指数有所不同，其数值见表1。

表1 白炽灯的特性指数值

式 (1)～式 (5)和特性指数表在白炽灯的生产、设计、实验、改进和照明应用等场合得到广泛应用。比如在白炽灯的寿命试验中，利用式中L，V和特性指数d的关系，适当提高试验电压，即可缩短试验时间至额定电压下额定寿命的四分之一，及时得到试验结果，工效提高4倍。读者可以从自身需要出发，适当选用公式和特性指数，达到自己的目的。

在上述诸多关系式和特性指数表中，我们可以发现白炽灯的光通量F和工作电流I之间存在如下数量关系:

2 本方法的实际做法

笔者给出的实用方法其实很简单，就是利用式(6)和式 (7)的原理，按如下步骤进行:

1)调整白炽光通量标准灯的工作电流使其色温等于2856 K，标定其工作电流I1和总光通量F1、色温T、色坐标 (x，y);

2)降低工作电流至I2，使其光通量由F1降低至F1的三分之二，标定与I2对应的总光通量F2;

3)继续降低工作电流至I3，使同一只灯的光通量降低至F1的三分之一，标定与I3对应的总光通量F3。

通过以上三步操作，就可得到同一只标准灯的三组光通量均匀分布的数据:(F1，I1)， (F2，I2)，(F3，I3)，可用于三个光通量校准点的量值传递，还得到色温T和色坐标 (x，y)，可用于色度参数的校准。

3 本方法的可行性分析

由于 (F1，I1)是该灯制成时的标称值，一般情况下它的色温为2856 K或3000 K。而I2和I3均小于I1，此时灯的色温是降低的。而灯的有效寿命与色温成反比，因此这种用法不会影响灯的实际使用寿命。

光通量的稳定性是光通量标准灯的主要要求。由于本方法中灯的工作电流等于或小于灯制成时的标称工作电流，灯的工作温度就等于或低于其标称工作电流时的温度，因而可以保持其光通量的稳定性，就如同降低锅炉运行的工作压力其安全系数不会降低是一样的道理。

JJG 247－2008《总光通量标准白炽灯检定规程》规定:工作基准级标准灯光通量年变化率不大于0.6%，一级不大于0.8%，二级不大于1.0%。我们按本方法使用的总光通量标准白炽灯 (杭州远方光电信息公司生产的 D204型通用标准光源，编号S1321129)，经中国测试技术研究院测试结果见表2。

测试结果表明，按本方法使用的总光通量标准白炽灯总光通量的年变化率符合JJG 247－2008《总光通量标准白炽灯检定规程》的要求。

如果所采用标准灯的标称色温值是3000 K，则可在降低工作电流至灯色温为2856 K时获得另一组色温和色坐标值，使色度参数校准点多一些。

表2 测试结果

4 使用本方法的限制

本方法的不足之处是只能用于原灯标称光通量及其以下光通量的量值传递。在使用2856 K光通量标准灯时，适当提高其工作电流，在线性良好的测试系统中得到较高的光通量值也是可行的;但提高一定要适度，否则将会损害灯的寿命和灯的光通量稳定性。因为钨的熔点为3410℃，灯的工作温度越高，钨丝升华变细的进程越快，寿命越短，稳定性越差。

从光源色温的定义可知，理想黑体的温度等于其色温。与其他光源相比，钨丝灯的光辐射特性与黑体是最接近的，所以可以认为钨丝灯的温度与其色温也是比较接近的。目前，笔者尚未找到钨丝灯的温度与其色温间的对应数据或换算公式。