Многие аквариумисты в своей практике сталкиваются с необходимостью измерить освещенность в своем аквариуме или просто сравнить освещенность после установки дополнительных ламп, отражателей, и.т. Для этих целей существуют специальные приборы, люксметры. Но приборы эти не дешевые, да и требуются не часто, что делает их покупку в большинстве случаев неоправданной. В то же время в сети есть попытки изготовления упрощенных самоделок на основе простеньких тестеров и фотоэлементов (солнечных батарей) от калькуляторов и появившихся последнее время в продаже дешевых "садовых светильников". Вот и я решил сделать подобный приборчик. За основу взял элемент от
Navigator NSL-MT цена 84 руб

и тестер .
Элемент имеет размеры 4х4см, снаружи выполнен из силикатного стекла, изнутри из пластика, уже герметичен и имеет неплохую равномерность преобразования светового потока в электрический ток. В качестве прибора регистрирующего этот ток взял один из самых дешевых и распространенных китайских тестеров серии DT-830. Такие у многих есть дома, у меня нашелся DT-832.

Основная ошибка самодельщиков, попытка измерять напряжение на выводах элемента, а не ток им продуцируемый. Такой подход приводит к очень большой нелинейности преобразования, сложностью интерпретации полученных значений, ... , короче ничего хорошего. Подробно останавливаться на этом не буду, поверим мне наслово (коротко затрагивали Эксперимент по проверке эффективности отражателей ). Так выглядит элемент от Navigator NSL-MT после удаления всего "лишнего".
рис 1

Что нужно сделать для того что бы мерять ток, а не напряжение? Правильно, надо что бы этот ток хотя бы был. Для этого подключим к нему наш прибор в режиме измерения тока 2000 мкА. Теперь при освещении элемента, через относительно низкое входное сопротивление прибора пойдет эл. ток (в режиме измерения напряжения входное сопротивление прибора очень велико, и в первом приближении считается что его нет). Для калибровки прибора потребуется люксметр (придется где то одолжить на вечер). Мне удалось одолжить целых два и на долго. Но о приборах и методике калибровки позже.

В результате получили такую табличку зависимости тока от освещенности, рис 1. Да, получили, но удобно ли ей пользоваться? Нет, во первых ее надо всегда иметь под рукой. Во вторых, как определить освещенность, если например прибор показывает ток 1000 мкА? Придется или каждый раз делать какие то вычисления или составлять более подробную таблицу или график. А можно ли как то проще? Попробуем. Для этого вначале вспомним, как обычно измеряют эл. ток. В большинстве случаев измеряют падение напряжения на резисторе включенном в цепь этого тока. Так и сделаем, подключим резистор и будем мерять на нем напряжение. На рисунке 2 приведены все три схемы.
Встает естественный вопрос, а какого номинала выбрать этот резистор? С одной стороны, чем меньше резистор, тем выше линейность зависимости тока от освещенности, но тем меньше падение напряжения на резисторе, ниже точность. А вот тут самое интересное! Выбираем такой номинал резистора, при котором падение напряжения по величине совпадает с величиной освещенности измеренной настоящим люксметром. Для этого устанавливаем подстроечный резистор, например такой рис 4. Далее делаем так, устанавливаем освещенность 2000 лк и выставляем подстроечным резистором (рис 3) напряжение на приборе 200 мВ (диапазон 2000 мВ). Далее меняя освещенность записываем полученные прибором данные. На значениях до 200 мВ переключаем тестер на диапазон 200 мВ, при бОльших переходим на диапазон 2000 мВ. Получаем такую таблицу (рис 5). Ну как, впечатляет? Меня такая точность без всяких таблиц преобразований вполне устроит. Погрешность заводского прибора использованного для калибровки 8%.
рис 2 рис 3 рис 4 рис 5
На сегодня хватит. О приборах и том как калибровал, о том как можно попытаться повысить точность измерения и о том что делать если показания прибора разбегаются с реальной освещенностью, почему в последней таблице такой странный ряд, может и еще о чем, в следующих сообщениях.

С уважением А.А.

PS
Хочу напоследок заметить, в таких приборах самое главное это качественный преобразователь (включая соответствующие фильтры), а в этом приборе он упрощенный, без всяких фильтров, так что проблемы со спектральными характеристиками дадут о себе знать. Будут и другие. Можно конечно усложнить схему, дополнить электроникой, дорабатывать сам преобразователь, но смысла в этом никакого не визу. Как не приводи в соответствие показания этой самоделки настоящему люксметру, она им не станет. Но на это никто и не претендует. Это вариант очень дешевого прибора для "прикидочных" измерений-сравнений. На большее рассчитывать не стоит. Хотя бюджетные резервы повысить точность преобразования еще есть, и я их позже приведу.




Изменено 7.7.11 автор AlexAlex

AlexAlex

Браво! Красивое решение!

Делал себе вот такой люксметр-пробник на солнечной батарейке. В качестве измерителя - стрелочный индикатор от старого магнитофона с током полного отклонения 450 мкА. Переключатель диапазонов 0-3 кЛк и 0-9 кЛк. Переключатель шунтирует микроамперметр резистором 284 Ом (как у Вас на рис.3). Шкала проградуирована в килолюксах. Корпус для стрелочника сделан из бытового накладного выключателя освещения. Датчик закреплен на штанге для удобства измерения на глубине.


Изменено 7.7.11 автор Slavkin

Всё это хорошо, но почему все упорно игнорируют нормальные человеческие фоторезисторы? У них нынче что-то не так с характеристиками? Дикая нелинейность или глобальная спектроизбирательность? Я сейчас немного не в теме по фоторезисторам, поэтому интересно мнение "практикующих".

Crossover

ИМХО, можно и фоторезистор. Делал когда-то такой датчик, залив в герметичный корпус с окошком. Нелинейность есть конечно. Вот так у меня было:

Crossover

Вся проблема в том, что ток солнечной батарейки достаточно большой, и ее напрямую можнро подключать к индицирующему стрелочному индикатору.
Токи фоторезисторов/диодов нано и микро уровней необходимо усиливать дополнительными схемами, а значит нудо дополнительное питание.

В случае солнечной батареи, она сама и датчик и источник питания. Недостаток: переносимость калибровки под определенным спектр света на другой спектр?!?!??!?!

сообщение Crossover
Всё это хорошо, но почему все упорно игнорируют нормальные человеческие фоторезисторы?

Я ныне мало практикующий , но всеж коллекция СФ, ФСК и т.д. говорит о том, что не все так плохо с фоторезисторами. Одна беда - небольшие площади или острая направленность.
Я вот жду настоящий люксметр, чтоб повторить опыт по отражателям, как обещал. А пока, по мере необходимости "микроамперметр+фоторезистор".
Хочу отметить, что для испытаний отражателей, фактическая цветочувствительность самодельного устройства почти не имеет значения (особенно, если лампу не менять в пределах эксперимента )

на ebay.com люксметр на 100kLux можно купить за 17$ с доставкой

Я свой вполне приличный люксометр купил меньше, чем за 1000 р в одном из магазинов впроде Чип-и-Дип. Правда не герметичный.
я

сообщение Константин Кучеренко
Я свой вполне приличный люксометр купил меньше, чем за 1000 р в одном из магазинов впроде Чип-и-Дип. Правда не герметичный.
я

"Чип&дейл" продает самый примитивный (в нем нет ничего, окромя фоторезистора и милливольтметра) за 2 с лишним и посложнее за 8 - http://www.chipdip.r...

сообщение damien Lakovsky
на ebay.com люксметр на 100kLux можно купить за 17$ с доставкой

В большинстве случаев:"Not Available to Russian Federation"

Изменено 10.7.11 автор VITALL

сообщение Crossover
Всё это хорошо, но почему все упорно игнорируют нормальные человеческие фоторезисторы?...

Да по тому, что "нормальные человеческие фоторезисторы" еще где то найти надо, а эти светильники на каждом углу "за копейки" продают (купил за 84 руб, кроме самого элемента осталась куча запчастей, а именно, белый светодиод, аккумулятор ААА 600 ма*ч, какая то трубочка и плафончик). У фоторезистора зависимость обратная, чем выше освещенность, тем меньше сопротивление, опять неудобство. Да и зачем от добра добра искать? С таким фотоэлементом все очень просто, и без доп. преобразований получилось. "Прямое считывание" показаний освещенности в лк с DT-830 разве не довод?

Если есть желание поискать проблем, то конечно фоторезисторы самое то! Про остальные преимущества подобных фотоэлементов уже высказались выше. Фоторезисторы какие то дома валяются, но желания их искать и использовать почему то не возникло.

сообщение damien Lakovsky
... В случае солнечной батареи, она сама и датчик и источник питания. Недостаток: переносимость калибровки под определенным спектр света на другой спектр?!?!??!?!

А разве на фоторезисторы и фотодиоды "Недостаток: переносимость калибровки под определенным спектр света на другой спектр?!?!??!?!" не распространяется? Это не проблема именно фотоэлементов используемых в "солнечных батарейках", это общая проблема. Точнее "специфика" самих единиц измерения, люксов и люменов. Давайте не будем путать элементарные вещи, и там и там "лечится" спец. фильтрами. Кстати, каким люксметром обладаете (тип, марка, изготовитель, цена)?

сообщение Константин Кучеренко
Я свой вполне приличный люксометр купил меньше, чем за 1000 р ...

А подробнее можно? Марку, "приличность"? Уж очень цена привлекательная.

С уважением А.А.


Изменено 11.7.11 автор AlexAlex

Только с природы вернулся, четыре дня истинных солнечных люксов многого стоят.

А теперь вернемся к нашим люксметрам, "ARGUS-01 " и "ТКА-04/3 ", цена каждого никак не 1000 руб.

Сравнил между собой по нескольким точкам, примерно одинаково показывают. Измерения решил проводить ARGUS-01, у него только сам датчик-преобразователь явно больше 1000 р стоит (серьезный такой). Да и по назначению он вроде как больше подходит. ИМХО
Для начала, подручными средствами, зафиксировал оба датчика друг относительно друга и на одном уровне по их поверхности на одной общей полосе из нержавейки (ну что под рукой оказалось), последние два фото.

"Освещенность" создавал светильником с двумя новыми лампами GE 36 вт 840 с рассеивателем из матового пластика, светильник расположен над верстаком. Датчики размещал на верстаке ровно по середине светильника вдоль его оси. Освещенность менял подкладывая под датчики различные коробки и книги (старался в одной плоскости), а так же включая то одну лампу то обе, по этому и таблица несколько сумбурная, но без корректировки, как получилось так и выложил. Это о методике измерения (в смысле как я мерял), ничего лучше не придумал.
Спектр ламп 840 ближе к "кривой" чувствительности люксметра (чел. глаза), возможно именно по этому показания самодельного люксметра, без всяких фильтров, так близко совпали с показаниями настоящего. При естественном освещении разница была больше. Но это надо будет еще перепроверить, все данные с первого счастливого дня (вечера) обладания люксметрами.


С уважением А.А.

VITALL

Ну если мне в Беларусь за 17$ прислали, то в Россию и подавно пришлют. Ищите внимательнее.

А разве на фоторезисторы и фотодиоды "Недостаток: переносимость калибровки под определенным спектр света на другой спектр?!?!??!?!" не распространяется? Это не проблема именно фотоэлементов используемых в "солнечных батарейках", это общая проблема. Точнее "специфика" самих единиц измерения, люксов и люменов. Давайте не будем путать элементарные вещи, и там и там "лечится" спец. фильтрами. Кстати, каким люксметром обладаете (тип, марка, изготовитель, цена)?

У фоторезистора из за чувствительности во всем диапазоне подобной человеческому глазу, точность измерения будет выше, чем у солнечной батареи с завалом в зеленой части спектра. Получается, что если лампа обладает зеленым участком спектра, то фоторезистор покажет реальный уровень, а солнечная батарея как бы не очень реальный.

У меня вот такой дешовый китайский http://cgi.ebay.com/...

Изменено 11.7.11 автор damien Lakovsky

AlexAlex

А можно попробовать вот такой способ измерения, если есть зеркальный фотоаппарат.
Схему см. ниже.
Переводим аппарат в точечный режим замера экспозиции
устанавливаем его под углом в 90 градусов по отношению к стеклу
замеряем экспозицию поднажав спусковую кнопку.

Рассчитываем значение по формуле:
L=50*f*f/t*iso.
где
50- поправка на отраженный свет
f- диафрагма
t- выдержка.

Пример:
f-5,0
t-1/125
iso-100
L=50*5*5/125*100
L=1000 Lux

К владельцам люксометров и зеркалок. Проверьте пожалуйста показание. Каковы расхождения?

сообщение damien Lakovsky
... У фоторезистора из за чувствительности во всем диапазоне подобной человеческому глазу, точность измерения будет выше, чем у солнечной батареи с завалом в зеленой части спектра. ...

Вполне возможно что спектральная чувствительность фоторезистора окажется ближе к человеческому глазу. Что бы сравнивать надо иметь их характеристики. В тех люксметрах, описания которых мне попадались, в качестве датчика используется фотодиод. Но все равно необходим какой то цветофильтр. По большому счету, для измерения освещенности необходимой растениям, приведение освещенности к кривой человеческого глаза это зло, но куда деваться, коль все так меряют.

Приборчик внешне, по описанию и особенно по цене выглядит вполне достойно. За такие деньги конечно проще купить, чем изобретать "велосипед".

сообщение Alex5802
... А можно попробовать вот такой способ измерения, если есть зеркальный фотоаппарат. .... К владельцам люксометров и зеркалок.

Вы таким способом предлагаете мерять в пустом аквариуме? Я правильно понял?

С уважением А.А.


Изменено 11.7.11 автор AlexAlex

AlexAlex

Такой способ замера подходит для заполненого аквариума. Единственно приминается растительность и мы не знаем какова освещенность под кустом. Тогда можно попробовать относительно маленькое зеркальце (потребуется ассистент), главное соблюсти угол, угол отражения равен углу падения.

сообщение Alex5802
.... главное соблюсти угол, угол отражения равен углу падения.

А преломления на границах сред на точность измерения думаете не повлияет?

С уважением А.А.

AlexAlex

Безусловно повлияет, в идеале вообще убрать бы переднее стекло, но это невозможно.
Да и метод не претендует на абсолютную точность,
потому и попросил тех, кто имеет возможность сравнить показания двух приборов, фотоаппарата и люксметра.

Ну и о "бюджетном" повышении точности измерения самодельного "люксметра", в смысле его электрической части. Если в схему добавить многопозиционный переключатель и несколько подстроечных резисторов (рис 1), то можно существенно повысить его точность, особенно в случае если зависимость тока от освещенности примененного датчика отличается от требуемой.

Обращаю внимание, это не пределы измерения, это "пределы" привязки к конкретной освещенности!

Рассмотрим на примере моей таблицы выше. Явно видно что начиная с освещенности 4000 лк у датчика наблюдается "завал". Тогда на диапазоне №2 тарируем "люксметр" на 4000 лк. Логично будет предположить что далее ситуация будет только усугубляться. Тогда на диапазоне №3 тарируем на 5000 лк, и т.д.

Теперь о методике измерения. Вначале на любом диапазоне "прикидываем" освещенность, а затем переводим переключатель на ближайшую к получившейся. Думаю смысл понятен. Чем больше диапазонов, тем точнее будут показания прибора. Естественно в пределах возможности самого датчика-преобразователя, т.е. спектральную (и другую) зависимость таким способом никак не скорректировать. Вот наверное и все.

Да, есть еще одно приемущество (назначение) данного "люксметра", по сравнению с одолженными. Большинство люксметров (датчиков) не герметичны и не позволяют производить измерения непосредственно под водой. Наш же датчик сделать герметичным проблемы не составит. Да и это наш датчик, что хотим то и делаем. Основное назначение (для себя) данного "люксметра" вижу в следующем. Оттарировав его по заводскому люксметру под имеющиеся лампы (спектр) могу, с достаточно высокой точностью, производить измерения под водой, как качественные, так и количественные. Подобный прибор имеет смысл делать имея под рукой "чужой" заводской люксметр. Ну не зря же я его в конце концов делал!

С уважением А.А.

сообщение Alex5802
...Безусловно повлияет, в идеале вообще убрать бы переднее стекло, но это невозможно. ...

Основная проблема возникнет не с передним стеклом, а с тем что в воде под 45 гр. ИМХО У меня на данный момент только люксметр есть, ничем помочь не могу.

С уважением А.А.

AlexAlex

Извините Alex что своим топиком немного засорил вашу тему. На досуге промеряю экспопару под разными углами, посмотрю какова погрешность и в новой теме отпишусь, может кому и интересно будет. А там может кто и сравнить показания люксометра и фотоаппарата сможет.

Основная проблема возникнет не с передним стеклом, а с тем что в воде под 45 гр.

Вот и проверю )))

сообщение Alex5802
...Вот и проверю )))

Попытка не пытка, как любил поговаривать товарищь Л.П.Берия.
Вроде изначально понятно, коэффициенты преломления света у воды и стекла примерно одинаковы, но сейчас специально ради Вас опустил в аквариум кусок стекла под углом 45 гр, лампа в отражении конечно видна, но очень блекло. Так что результат такого эксперимента весьма предсказуем.

С уважением А.А.

AlexAlex

но сейчас специально ради Вас

Спасибо )))! Наверно все-таки зеркало надо, стекло много света пропускает.
Когда-то лет 10 а может и 15 назад пробовал, в каком то фото журнале публиковали методику.
А ведь с Вашей помощью можно рассчитать поправку при измерении падающего и отраженного света.

У Вас прибор более точный и вроде может погружаться под воду.
Пожалуйста замерьте показания из воды, примерно на той же высоте, где будет производиться замер по отраженному свету от стекла.


Изменено 11.7.11 автор Alex5802

сообщение Alex5802
... Спасибо )))! Наверно все-таки зеркало надо, стекло много света пропускает.

Скорее мало в воде отражает.

...У Вас прибор более точный и вроде может погружаться под воду.
Пожалуйста замерьте показания из воды, примерно на той же высоте, где будет производиться замер по отраженному свету от стекла....

На данный момент погружного датчика нет. А если бы и был, не понял "идеи"? Что может дать подобный замер?

С уважением А.А.

Не вижу в самостоятельном изготовлении прикидочного люксометра смысла, можно купить такой http://micromir.ucoz... или в СИРИУС ТЕЛЕКОМ - СЕТЬ МАГАЗИНОВ "ПРОФИ"(сейчас их сайт не доступен) купил в Москве за 790руб.
По поводу погружения в воду, можно использовать зип-пакетик, предварительно выдавив из него воздух.