Verlichtingssterkte, uitgedrukt in lux, wordt nogal eens gemeten. Temeer omdat er normen zijn die voorschrijven hoeveel er minimaal nodig is op verschillende werkplekken. Voor het meten van deze lux waarde worden luxmeters gebruikt. Echter velen zijn niet geschikt om nauwkeurig deze waarde te meten. Dit is ook niet altijd kritisch. Daarnaast zijn er ook goede luxmeters. Men moet er wel bewust van zijn.

In dit artikel worden twee meters genomen om verlichtingssterkte [lux] te meten. Dit meten gebeurt aan lampen met verschillende spectra. Duidelijk wordt dat de ene meter heel andere waardes afgeeft dan de andere. De oorzaak wordt tevens uitgelegd.

Het doel van dit artikel is om te laten zien dat er, met een verlichtingssterktemeter die ongeveer 200 euro kost, er grote afwijkingen kunnen ontstaan in afgegeven verlichtingssterkte waarde, afhankelijk van het gemeten spectrum. Er zijn zeker betere verlichtingsssterkte meters, dat is echter voor dit artikel even niet het doel om deze te behandelen.

Luxmeters en meetprincipes

In dit artikel worden de resultaten beschreven van metingen gedaan door twee typen meters.

De eerste is een luxmeter die werkt met 1 lichtgevoelige cel. Deze cel meet het invallende licht en evalueert dat tegen de menselijke (daglicht) ooggevoeligheidscurve (zie ook allereerste plaatje, de rode curve). De waarde die eruit komt wordt uitgedrukt in lux.

De CEM DT-1309 luxmeter, werkende met 1 lichtgevoelige cel

Vele meters werken volgens dit principe. Ze gebruiken 1 lichtgevoelige cel. De gevoeligheid van deze cel is echter geheel anders dan die van het menselijk oog. Er bestaan ook betere meters met 1 cel die een integraal kleurfilter gebruiken. Deze benadert dan enigzins de ooggevoeligheid. De nog betere hebben een partieel filter wat geoptimaliseerd is naar de ooggevoeligheidskromme. Zo zijn er dus meters met een cel die niet lijkt op de ooggevoeligheid, en meters die een integraal filter hebben en meters die een partieel geoptimaliseerd filter hebben.

De meters met een gevoeligheid die niet lijkt op die van het menselijk oog worden dan gecorrigeerd om een goede uitlezing te geven wanneer gemeten wordt aan een gloei of halogeenlamp.

Deze meters zijn kwa prijs varierend van goedkoop (< 50 euro) tot duur (> 500 euro). De goedkope hebben dus alleen maar een correcte uitlezing bij licht met een spectrum zoals dat van een gloei- of halogeenlamp. De duurdere hebben een integraal of zelfs een partieel filter. In dit artikel wordt de CEM DT-1309 genomen. Hierna wordt duidelijk dat deze wel een filter bevat om de ooggevoeligheidskromme te benaderen.

De tweede is een spectroradiometer. Deze meet een heel spectrum van het ingevallen licht in gebiedjes van 5 nm en laat dan zien voor ieder gebiedje hoeveel energie van dat licht in het totale spectrum zit. Voor ieder gebiedje is er een aparte lichtgevoelige cel die het licht opneemt en omzet in een bepaalde energiewaarde. Het binnenvallende licht wordt hierover verdeeld. Omdat er 81 lichtgevoelige cellen zijn, wordt dus het binnenvallende licht over deze 81 cellen verdeeld en daarom zijn deze meters over het algemeen langzame meters (het duurt relatief lang voordat er een meetresultaat is). Afhankelijk van de kwaliteit van de constructie wordt er licht niet afgevangen. Echter een goede mechanische constructie en een goede gevoeligheid van de lichtgevoelige cellen over het gehele oppervlak moeten dit effect zoveel mogelijk beperken.

De SpecBos 1211 spectroradiometer van het merk Jeti

Dit zijn zeer dure meters (> 5000 euro). Ze kunnen worden gekalibreerd en daarbij wordt dan een lamp genomen waarvan men precies weet welk spectrum het licht ervan afgeeft en hoeveel energie er in ieder gebiedje aan golflengtes zit. De uitlezing van iedere cel kan zo worden gecorrigeerd en zo zijn er dan 81 verschillende correctiewaardes.

Hiermee wordt dus de uitlezing van iedere cel gecorrigeerd wat ervoor zorgt dat iedere cel, de hoeveelheid energie die erop valt correct weergeeft. Nu heeft het oog een bepaalde gevoeligheidscurve zoals boven al opgemerkt, en bekend is welke gevoeligeheid het oog heeft voor ieder gebiedje. Om nu een waarde in lux te krijgen, wordt dus de gecorrigeerde uitlezing van iedere cel nog eens vermenigvuldigd met de relatieve ooggevoeligheid voor dat gebiedje.

De specifikaties van de meters

Bovenstaande meters worden gebruikt om de verlichtingssterkte te meten van een aantal verschillende lampen. Maar wat is te verwachten? De specificaties worden hier bekeken en uitgelegd.

Ten eerste de CEM DT-1309 luxmeter. Er staat in de spec het volgende:

1) Spectral response: CIE Photopic (CIE human eye response curve)

–>Er staat dus dat deze meter uitgaat van de menselijke ooggevoeligheidscurve voor daglicht. Dit is normaal en dus OK.

2) Spectral Accuracy: CIE Vλ function f1’≤6%

–>Het dag-gevoeligheidsspectrum van het oog van de mens wordt benaderd door de correctieconstante van dit apparaat (en dat alleen voor licht afkomstig van gloei- of halogeenlampen). En er staat dat de afwijking maximaal 6 % is. Echter dit apparaat meet maar met 1 lichtcel, en die lichtcel heeft een eigen gevoeligheid over het spectrum van licht (gaande van 380 nm – 780 nm). Hoe kan nu gecorrigeerd worden voor licht van allerlei spectra, met slechts 1 correctiefactor??? Dat kan dus niet, en hier wordt dan aangenomen dat gemeten wordt aan het spectrum van een gloei- of halogeenlamp. De gemeten waarde door de lichtgevoelige cel, wordt dan met een correctiefactor omgezet naar een correcte lux-waarde.

3) Accuracy: ± 5% rdg.±10d. (<10,000Lux), ± 10% rdg.±10d. (>10,000Lux)

–> De nauwkeurigheid wil zeggen hoever de afgegeven waarde van deze meter kan afwijken van de werkelijke waarde. 5 % is niet slecht, echter zoals zal blijken is de nauwkeurigheid niet geldig voor lichtbronnen met allerlei mogelijke lichtspectra. Verder wordt deze meter wordt ook niet gecalibreerd. Normaliter wordt calibratie aangeraden elk jaar. Na dit jaar willen fabrikanten niet meer garanderen dat de gespecificeerde nauwkeurigheid nog gehaald wordt.

4) Repeatability: ± 3%

–> Reproduceerbaarheid, dus herhaaldelijk meten aan hetzelfde licht kan verschillen in meetwaardes opleveren in deze orde van 3 %.

5) Photo Detector: One silicon photo diode and spectral response filter

–> Hier staat het volgende: er wordt gebruik gemaakt van 1 fotogevoelige diode met een eigen gevoeligheid voor het lichtspectrum. Met “spectral response filter” wordt dan een filter bedoeld om de ooggevoeligheidskromme zoveel mogelijk te benaderen.

Ten tweede de SpecBos 1211 radiospectrometer. Deze is gecalibreerd en hier wordt een gedeelte van het calibratierapport genomen.

Het resultaten van de calibratie van de verlichtingssterkte (in lux)

De radiospectrometer wordt gecalibreerd in lux op 1 waarde. Er worden calibratiewaardes bepaald voor ieder individuele lichtgevoelige cel (in appendix 3 worden deze gegeven staat er). De onnauwkeurigheid is in de orde van ±2.4 % (per cel).

Navraag bij Jeti leert dat een eenmaal gecalibeerde meter wordt getest op een 20-tal verschillende lichtspectra, waarbij de afgegeven lux-waarde wordt geverifieerd.

Meten aan verschillende lichtspectra

Nu wordt er dan gemeten aan verschillende lichtspectra. Een lamp wordt aangezet en gewacht wordt totdat de lichtafgifte stabiel is (doorgaans binnen een half uur bij led-verlichting). Met de radiospectrometer wordt het spectrum bepaald naast de verlichtingssterkte. Met de luxmeter wordt alleen de verlichtingssterkte bepaald, beide staan op dezelfde afstand van de lamp.

100W gloeilamp

Spectrum
CEM DT-1309	315 lx
SpecBos 1211	298 lx
Verschil	5.4 %

Het verschil wordt berekend als (Ev_CEM – Ev_SpecBos)/Ev_CEM * 100 %.

Een verschil van 5.4 % is goed mogelijk, dat ligt binnen het maximale te verwachten verschil van 5 % + 2.4 % = 7.4 %.

Spaarlamp

Spectrum
CEM DT-1309	85 lx
SpecBos 1211	103 lx
Verschil	-21 %

Hier zien we een verschil van 21 %, waarbij de luxmeter minder meet dan de SpecBos (dus de andere kant op dan bij de gloeilamp).

RGB ledlamp

Spectrum
CEM DT-1309	2900 lx
SpecBos 1211	2008 lx
Verschil	31 %

Nu is het verschil 31 %, waarbij de luxmeter meer meet dan de SpecBos.

Ledlamp met neutraalwit licht

Spectrum
CEM DT-1309	73 lx
SpecBos 1211	83 lx
Verschil	-14 %

Neutraal wit licht van een ledlamp komt vaak voor, goed licht voor werkplekken. Wordt nu gemeten met een gewone luxmeter die 1 lichtgevoelige cel heeft, dan wordt bij deze ledlamp 14 % minder gemeten (terwijl de luxmeter bij de gloeilamp 5.4 % meer mat; een verschil van bijna 20 %).

Ledlamp met warmwit licht met rood

Spectrum
CEM DT-1309	275 lx
SpecBos 1211	317 lx
Verschil	-15 %

Hierbij een ledlamp met warmwit licht en een extra rode led erbij, wat normaliter zorg draagt voor een hoge CRI waarde. In dit geval meet de luxmeter ruim mnder dan de spectroradiometer.

Ledlamp met warmwit licht

Spectrum
CEM DT-1309	850 lx
SpecBos 1211	833 lx
Verschil	2 %

Hierbij een ledlamp met warmwit licht zoals we dat normaal tegenkomen, zonder extra rode led erbij. Hierbij komen de waardes dicht overeen. Wellicht omdat het spectrum van de warmwitte led goed overeenkomt met dat van een gloeilamp: weinig blauw en veel oranje (echter weinig rood).

Bespreking van de resultaten

De luxmeter en de radiospectrometer geven dus verschillende lux-waardes afhankelijk van het spectrum van het gemeten licht. De radiospectrometer is de meter die goed kan omgaan met licht van verschillend spectrum; de lichtgevoeligde cellen die ieder een gebiedje van 5 nm beslaat, zijn gecorrigeerd om de juiste waarde af te geven en daarna is er middels een berekening perfect de ooggevoeligheidscurve overheen gelegd. Men kan er dus van op aan dat de afgegeven luxwaardes van de radiospectrometer juist zijn (binnen de aangegeven nauwkeurigheid).

De luxmeter daarentegen heeft slechts 1 lichtgevoelige cel. Deze cel an sich heeft een andere gevoeligheid voor licht dan het oog van de mens. De gekozen meter heeft een (integraal) filter dat de menselijke ooggevoeligheidskromme benadert. Echter bij vergelijk van metingen met een spectroradiometer, aan lichtbronnen met een verschillende spectrale inhoud, blijkt dat er grote verschillen optreden; wat ligt aan de afwijking van de ooggevoeligheidskromme van deze verlichtingssterktemeter.

Noot: het is niet gezegd dat iedere lichtgevoelige cel van een luxmeter hetzelfde reageert. Dat is in deze meetsessie namelijk niet onderzocht. Dan zou een vervolganalyse gedaan kunnen worden met meerdere luxmeters met ieder een eigen cel en dan met metingen aan dezelfde spectra kan gekeken worden of ale luxmeters en hun cellen dezelfde afwijking hebben. Zeker is dat er verlichtingssterktemeters zijn met een veel betere benadering van de ooggevoeligheidskromme. Bijvoorbeeld meters van klasse L of A, die afwijkingen hebben < 1.5 % en 5 %.