Ulbrichtkugeln zur Messung des Strahlungs- oder Lichtstroms von Lichtquellen

Die Norm legt fest, dass sich die Größe der Ulbricht-Kugel an der Größe der zu prüfenden Lampe orientiert. Experten erklären jedoch, dass kleinere Kugeln für viele Produktentwicklungs- und Testzwecke eine akzeptable Messgenauigkeit bieten können.

1. Was ist die Funktion der Ulbrichtkugel und was ist die Ulbrichtkugel?
1.1 Integrationskugel-Anweisung:
Der integrierende Kugel ist ein schnelles und komfortables Werkzeug zur Messung der Strahlung oder des Lichtstroms einer Lichtquelle. Solche Kugeln werden häufig zur Charakterisierung von Lichtquellen verwendet, beispielsweise von verpackten LED-Komponenten und fertigen Leuchten in verschiedenen Größen. Die Produktentwicklungs- und Testmessteams wollten eindeutig genaue Ergebnisse der Kugeltests aufzeichnen. Die in einigen Normen festgelegten Messpraktiken führen jedoch zu hohen Kosten, die mit der Notwendigkeit sehr großer Kugeln verbunden sind. Betrachten wir eine Reihe von Labortests, um zu bestimmen, wie stark die Genauigkeit beeinträchtigt wird, wenn eine Kugel, die kleiner als der angegebene Bereich ist, in Routinetests verwendet wird, nicht zum Zwecke der Berichterstattung über akkreditierte Laborergebnisse.

1.2 Spektroradiometer-Systemmessung mit Ulbrichtkugel
Die Maximierung der Genauigkeit eines Messsystems erfordert die Berücksichtigung mehrerer Variablen bei der Auswahl und Verwendung von Systemhardware und -software, insbesondere bei strikter Einhaltung der CIE-Standards. Aufgrund des enormen Umfangs und der Kostenanforderungen, die eine solche Compliance mit sich bringt, möchten viele Unternehmen verstehen, wie sich Kompromisse auf die Messgenauigkeit auswirken. Kompromisse können die mit dem Testen verbundenen Routing-Kosten minimieren, solange nachgewiesen werden kann, dass die Genauigkeit den Anforderungen der jeweiligen Aufgabe entspricht.

2. So wählen Sie die Ulbricht-Kugel in der richtigen Größe aus？
2.1 Das Prüfprinzip der Ulbrichtkugel
Messungen gemäß dem LED-Produktmessstandard CIE S 025/2015 müssen bestimmte Maßanforderungen erfüllen. Es gibt zwei gebräuchliche Kugelmessgeometrien – 2π und 4π. Die 4π-Konfiguration ist die am häufigsten verwendete Konfiguration und erfordert, dass das DUT (device under test) im Zentrum der Kugel montiert wird. Bei Tests, bei denen die Lichtquelle nicht nach hinten strahlt, können Sie bequemer den Gesamtfluss des außerhalb der Kugel montierten DUT messen und die Strahlung auf eine Öffnung an der Seite der Kugel strahlen – eine sogenannte 2π-Geometrie.

In der 4π-Messgeometrie muss die Fläche des DUT weniger als 2 % des Innendurchmessers der Kugel betragen. Dies entspricht einer Prüflingsfläche von 1/10 des Kugeldurchmessers. Bei extern durchgeführten 2π-Messungen muss der Anschlussdurchmesser ≤ 1/3 des Kugeldurchmessers sein.

2.2. Anwendungsbereich Ulbricht-Kugel
Der CIE S025-Standard ist ein globales Dokument, das darauf abzielt, LED-Messungen in Ländern auf der ganzen Welt zu harmonisieren. Die Bedingungen dieser Verordnung sind jetzt in den europäischen und US-amerikanischen IESNA-Lichtmessnormen verfügbar. Das Endergebnis ist, dass nur Lampen mit kleinem Durchmesser in Ulbricht-Kugeln mit praktischer Größe gemessen werden können. Größere Lichtquellen und Leuchten müssen auf sehr großen Ulbricht-Kugeln oder mit Goniometern gemessen werden. Große Ulbricht-Kugeln, z. B. mit mehr als 3 Metern Durchmesser, sind teuer und benötigen viel Platz im Labor. Ebenso teure Goniometer erfordern konstante Umgebungsbedingungen und Abstand zu Lichtmessgeräten. Beide Lösungen sind für viele Unternehmen und Institutionen für alltägliche Engineering- und Testaufgaben nicht akzeptabel.

2.3. Größe der Ulbrichtkugel
Der integrierende Kugel arbeitet mit einem Spektroradiometer, um die Messung der Photometrie-, Kolorimetrie- und Radiometrieparameter durchzuführen.
• IS-0.3M / IS-0.5M ist für LEDs, LED-Module, Mini-LED-Lampen und andere kleine Lampen geeignet. Der Flussmittelprüfbereich liegt zwischen 0.001 und 1,999 lm
• IS-1.0MA ist für CFL- oder LED-Lampen geeignet. Der Flussmitteltestbereich beträgt 0.1 bis 199,990 lm
• IS-1.5MA / IS-1.75MA ist für CFL, LED-Birne und Röhre, Leuchtstofflampe, CCFL. Der Flussmitteltestbereich beträgt 0.1 bis 1,999,900 lm
• IS-2.0MA ist für HID-Lampen oder Hochleistungslampen vorgesehen. Der Flussmitteltestbereich beträgt 0.1 bis 1,999,900 lm

3. Brich die regulären Regeln
3.1. Goldene Regeln gebrochene Situation
Was passiert also, wenn die „goldene Regel“ von integrierende Kugel Messungen werden beim Messen sehr großer Prüflinge unterbrochen? In der Praxis haben Unternehmen, die interne Standards für Tests verwenden, Messungen eingeführt, die Leuchten mit bis zu 30 % des Kugeldurchmessers zulassen, im Vergleich zu Unternehmen, die den Status eines akkreditierten Labors anstreben. Die erwartete Messunsicherheit unter Laborbedingungen beträgt 3-4 %.

3.2. DUT begrenzt sphärische Reflexionen
Aufgrund der relativ kleinen Kugel und des größeren DUT nimmt der Fehler zu, da das DUT sphärische Reflexionen begrenzt, was zu einer geringeren Messgenauigkeit führt. Welche Kompromisse können dennoch in Betracht gezogen werden, während Ingenieure dennoch aussagekräftige Ergebnisse für interne Tests erzielen können? In diesem Artikel beschreiben wir ausführlich die Testergebnisse, die eine geringfügige Zunahme der Unsicherheit im Vergleich zur strikten Einhaltung des CIE-Standards identifizierten.

4. Welche Testmethode wird verwendet und welche Ausrüstung wird verwendet?
4.1. Testverfahren der Ausrüstung
Wir entwarfen zunächst einen Messtisch und eine Reihe von DUTs, die verschiedene Leuchtengrößen simulieren konnten. Grundsätzlich stützt sich jedes DUT auf die gleichen LEDs, die auf Gehäusen unterschiedlicher Größe und Form montiert sind, um verschiedene DUT-Test-Interferenzsituationen zu simulieren.

Unser Laborteam hält während des gesamten Tests für jede DUT-Konfiguration strenge Messbedingungen ein:
• Programmierbare und stabile TDK-Lambda-Stromversorgung
• Konstante LED-Integrationszeit und LED-Einschaltzeit
• LED-Kühlung für mindestens 3 Minuten zwischen den Messungen
Der Test wird für jede DUT-Konfiguration mehrmals wiederholt. Das DUT ist eine phosphorkonvertierte weiße LED mit einer Leistungsaufnahme von 5.6 W bei einem Treiberstrom von 0.6 A.

4.2. Testgerätekonfiguration
Unsere Tests wurden mit durchgeführt Lisunist LPCE-2 (LMS-9000C) hochpräzises Spektrometer-Ulbrichtkugelsystem. Das LPCE-2 Ulbrichtkugel-Spektroradiometer-LED-Testsystem dient zur Lichtmessung einzelner LEDs und LED-Beleuchtungsprodukte. Die Qualität von LEDs sollte durch Überprüfung ihrer photometrischen, kolorimetrischen und elektrischen Parameter getestet werden. Entsprechend CI 177, CIE84,  CIE-13.3, IES LM-79-19, Optik-Engineering-49-3-033602, DELEGIERTE VERORDNUNG (EU) 2019/2015 DER KOMMISSION, IESNA LM-63-2 und  ANSI-C78.377Es wird empfohlen, zum Testen von SSL-Produkten ein Array-Spektroradiometer mit Ulbrichtkugel zu verwenden. Das LPCE-2-System wird angewendet mit LMS-9000C Hochpräzises CCD-Spektroradiometer oder LMS-9500C CCD-Spektroradiometer in wissenschaftlicher Qualität und eine geformte Ulbrichtkugel mit Haltersockel. Diese Kugel ist runder und das Testergebnis ist genauer als die herkömmliche Ulbrichtkugel. Für die Anforderungen dieser Reihe experimenteller Messungen verwenden diese Messungen jedoch einen Referenz- oder Benchmark-Test, um die LEDs oben auf dem Stab oder Messtisch zu messen. Der Basisfall ist der kleinste der Prüflinge. Die Ergebnisse für andere DUT-Konfigurationen wurden mit dem Basisfall verglichen. Abbildung 2 zeigt verschiedene DUT-Konfigurationen.

5. Was war das Testergebnis?
Das Ergebnis war besser als erwartet. Selbst wenn die Empfehlungen der Norm mehrfach über der Norm liegen, beträgt der Fehler nur 2 %.
Der Einfluss von Hausgröße und -struktur ist überraschend. Unsere 15×25, 15×55, 15×67, 15×80, 50×67 cm DUTs bestehen aus schwarzem Schaumstoff, während die runden DUTs aus hellem Karton bestehen, der den größten Teil des Kugelvolumens ausfüllt. Letzteres erzeugt weniger Flussmessfehler als das kleinere DUT aus schwarzem Schaumstoff. Die Messergebnisse sind in der Tabelle dargestellt.

6. Fazit
Akkreditierte Labortests müssen selbstverständlich den geltenden Standards entsprechen. Bei internen Tests stellt das Unternehmen jedoch fest, dass Änderungen der Leuchtenabmessungen mit kleinen Unterschieden im Lichtstrom und in farbmetrischen Messungen korrelieren.
Mit zunehmender Größe des Prüflings nimmt der Lichtstrommesswert ab und die notwendige Eigenabsorptionskompensation wird erheblich. Nach der Neuberechnung sind die Messungen jedoch sehr repetitiv. Dies bedeutet, dass selbst ein relativ großes DUT, ein gut konzipiertes Messsystem mit einem Reflexionsbeschichtungsindex von mehr als 97 % ein Dutzend Reflexionen in der Kugel erzeugt.

Es muss beachtet werden, dass die Kugel, der Eigenabsorptionskoeffizient des Spektroradiometersystems, für jede Wellenlänge definiert werden sollte und somit ihre Gesamtmenge den vom Messobjekt absorbierten Fluss definiert. Je nach Objektgröße und Farbe können die Koeffizienten über den gesamten Messbereich variieren, was die Verwendung eines genauen Spektralradiometers oder Spektrometers erforderlich macht.

Allgemeinere Schlussfolgerungen zu den in der Norm definierten Messprinzipien erfordern zusätzliche Tests und einen Vergleich verschiedener Messsysteme. Wie sich jedoch herausstellt, können bei Verwendung der richtigen Systeme und Praktiken wiederholbare und zuverlässige Messungen für Lichtquellen erzielt werden, die deutlich größer sind als die in der Norm angegebenen.

Lisun Instruments Limited wurde gefunden von LISUN GROUP . LISUN Das Qualitätssystem wurde streng nach ISO9001:2015 zertifiziert. Als CIE-Mitgliedschaft LISUN Die Produkte werden auf der Grundlage von CIE, IEC und anderen internationalen oder nationalen Standards entwickelt. Alle Produkte haben das CE-Zertifikat bestanden und wurden vom Drittlabor authentifiziert.

Unsere Hauptprodukte sind Goniophotometer, Sphere integrieren, Spektralradiometer, Überspannungsgenerator, ESD-Simulatorpistolen, EMI-Empfänger, EMV-Testgeräte, Elektrischer Sicherheitstester, Klimakammer, Temperaturkammer, Klimakammer, Wärmekammer, Salzsprühtest, Staubprüfkammer, Wasserdichter Test, RoHS-Test (EDXRF), Glühdrahttest und  Nadelflammtest.

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