Akreditovaná zkušební laboratoř světelných zdrojů a svítidel v Českém metrologickém institutu

Český metrologický institut (ČMI) již od roku 2015 provádí zkoušky fotometrických, kolorimetrických a spektroradiometrických veličin světelných zdrojů a svítidel podle evropských a světových norem.

Světelné zdroje a svítidla zkouší zkušební laboratoř akreditovaná podle ČSN EN ISO/ /IEC 17025, kterou speciálně pro tento účel vybudovalo oddělení radiometrie a fotometrie ČMI. Laboratoř se díky svému vybavení řadí mezi špičkové evropské i světové laboratoře, podílí se na četných mezinárodních výzkumných projektech a úzce spolupracuje se zahraničními metrologickými instituty z celého světa. Výsledky práce laboratoře jsou pravidelně validovány účastí na klíčových mezinárodních porovnáních.

Komplexní zkoušení svítidel zahrnuje také zkoušky EMC, které zajišťuje Laboratoř elektromagnetické kompatibility.

Zrcadlový goniofotometr

Laboratoř je vybavena automatizovaným zrcadlovým goniofotometrem. Jde o unikátní zařízení vyrobené na zakázku pro ČMI, které dosahuje nejvyšší primární metrologické úrovně v ČR a umožňuje kvalitní metrologickou charakterizaci světelnětechnických a energetických parametrů všech typů světelných zdrojů včetně LED a OLED, svítidel a umělého osvětlení obecně.

Obr. 1. Zrcadlový goniofotometr

Zrcadlový goniofotometr, skládající se ze dvou základních věží, disponuje měřicí vzdáleností 15 m a umožňuje zkoušet vzorky s maximálním rozměrem 130 cm. Výhodou tohoto systému je, že testovaný vzorek zůstává během měření ve své navržené provozní poloze. Rameno menší věže určené k uchycení a napájení měřeného světelného zdroje zároveň zajišťuje jeho rotaci. Rameno druhé věže nese oválné zrcadlo o rozměrech 1,9 × 1,4 m. Toto zrcadlo obíhá kolem měřeného vzorku ve vzdálenosti 2 m a směruje dopadající paprsky vždy do téhož místa, kde je umístěn detekční systém, tvořený přesným spektrálně korigovaným a teplotně stabilizovaným fotometrem a absolutním spektroradiometrem s lineárním nízkošumovým chlazeným čipem. Unikátní schopností integrovaného precizního spektrometru je to, že umožňuje měřit spektrální charakteristiku světelného zdroje v různých úhlech a díky tomu posléze provést výpočet dalších prostorově závislých kolorimetrických parametrů.

Elektrické veličiny zkoušených vzorků včetně vyhodnocování parametrů jako celkové harmonické zkreslení proudu či účiník jsou měřeny přesnými širokopásmovými wattmetry.

Měření fotometrických a kolorimetrických údajů

Zkoušky fotometrických údajů světelných zdrojů a svítidel jsou prováděny v souladu s normou ČSN EN 13032-4+A1 Světlo a osvětlení – Měření a uvádění fotometrických údajů světelných zdrojů a svítidel – Část 4: LED zdroje s paticí, moduy a svítidla, harmonizované s globální normou CIE S 025/E:2015. Popsané metody měření lze uplatnit také při zkoušení OLED zdrojů.

Při testování fotometrických vlastností jsou měřeny tyto veličiny:
– prostorové rozložení svítivosti (cd),
– celkový světelný tok (lm),
– měrný výkon světelného zdroje (lm/W),
– úhel vyzařování (°),
– pásmový světelný tok,
– další podle konkrétních požadavků zákazníka.

Podle normy ČSN ISO 11664-6 Kolorimetrie – Část 6: CIEDE2000 vzorce výpočtu barevného rozdílu jsou ze spektrálních vyzařovacích charakteristik zkoušených zdrojů naměřených v různých úhlech určovány kolorimetrické parametry charakterizující barvu světla zdroje:
– kolorimetrické (trichromatické) souřadnice (x, y),
– teplota chromatičnosti T_c (K),
– index podání barev R_a,
– dominantní a průměrná vlnová délka (λ).

Obr. 2. Charakterizace světelnětechnických veličin OLED panelů

Elektromagnetická kompatibilita (EMC)

Světelné zdroje a svítidla musí být ověřeny také z hlediska elektromagnetické kompatibility. Ve spolupráci s kolegy z laboratoře ČMI TESTCOM realizuje zkušební laboratoř rovněž zkoušky elektromagnetické kompatibility.

Elektromagnetická kompatibilita je schopnost zařízení pracovat v daném elektromagnetickém okolí a dělí se na emise (EMI – electromagnetic interference) a odolnost (EMS – electromagnetic susceptibility). Cílem je udržet emise na co nejnižší úrovni při zachování funkce a prokázat odolnost proti rušivým jevům v okolí. Měření EMC jsou standardizována v evropských normách.

Používají se tyto normy:
ČSN EN 55015 ed. 4 – Meze a metody měření charakteristik vysokofrekvenčního rušení způsobeného elektrickými svítidly a podobným zařízením.

Norma platí pro emise šířené zářením nebo vedením.

ČSN EN 61000-3-2 – Meze pro emise proudu harmonických (zařízení se vstupním fázovým proudem ≤ 16 A)

Norma se zabývá omezením proudů harmonických injektovaných do veřejné rozvodné sítě. Stanovuje meze harmonických složek vstupního proudu, které mohou být vytvářeny zkoušeným zařízením.

Normy platí pro světelná zařízení, jejichž primární funkcí je generování, regulace a rozvod optického záření pomocí žárovek, výbojek nebo diod LED, a zahrnují:
– osvětlovací zařízení, jejichž základní funkcí je generování nebo rozvádění světla pro osvětlovací účely,
– osvětlovací díly víceúčelových zařízení,
– zařízení se zdrojem ultrafialového nebo infračerveného záření,
– neonové reklamní návěsti,
– pouliční osvětlení,
– osvětlení v dopravě.

Normy obsahují přesné popisy uspořádání měření.

Obr. 3. Uspořádání měřicího stanoviště EMC

ČSN EN 61000-3-2 – Meze pro emise proudu harmonických (zařízení se vstupním fázovým proudem ≤ 16 A)

Norma se zabývá omezením proudů harmonických injektovaných do veřejné rozvodné sítě a stanovuje meze harmonických složek vstupního proudu. Platí pro světelná zařízení, jejichž primární funkcí je generování, regulace a rozvod optického záření pomocí žárovek, výbojek a diod LED, a zahrnuje:
– světelné zdroje a svítidla,
– světelné části vícefunkčních zařízení,
– samostatné předřadníky a transformátory,
– ultrafialové a infračervené zářiče,
– reklamní vývěsní štíty,
– stmívače.

ČSN EN 61000-3-3 – Meze  – Omezování změn napětí, kolísání napětí a flikru v rozvodných sítích nízkého napětí pro zařízení se jmenovitým fázovým proudem ≤ 16 A, které není předmětem podmíněného připojení

Norma stanovuje meze změn napětí, které mohou být způsobeny zkoušeným zařízením.

Flikr je pocit nestálého zrakového vnímání vyvolaný světelným podnětem, jehož jas nebo spektrální rozložení kolísá v čase. Určení krátkodobé a dlouhodobé míry vjemu flikru se vztahuje jen na zařízení náchylná k vytváření flikru.

Obr. 4. Ukázky grafického znázornění naměřených hodnot

ČSN EN 61547 ed. 2 – Zařízení pro všeobecné osvětlovací účely – EMC požadavky na odolnost

Norma platí pro osvětlovací zařízení, jako jsou světelné zdroje, příslušenství a svítidla určené pro připojení do rozvodné sítě nebo pro použití s baterií.

Požadavky na odolnost se týkají:
– elektrostatických výbojů,
– spojitého nebo tranzientního rušení,
– rušení šířeného po vedeních a zářením,
– rušení souvisejícího s napájecí sítí.

Osvětlovací zařízení, které neobsahuje žádné aktivní elektronické součásti, se považuje za splňující požadavky na odolnost bez zkoušení.

Laboratoř EMC poskytuje i služby v oblasti okrajově související se svítidly, tj. zkoušky světlometů v automobilovém průmyslu. Měření se provádí podle normy ČSN EN 61000-4-6 ed. 4 – Odolnost proti rušením šířeným vedením, indukovaným vysokofrekvenčními poli a podle předpisů a požadavků zákazníka.

Obr. 5. 3D graf rozložení osvětlenosti v rovině vzdálené 2,7 m od LED svítidla

Protokol o zkoušce (Test report)

Výstupním certifikátem je protokol o akreditované zkoušce s přílohami obsahujícími vyhodnocené parametry zkoušeného světelného zdroje jako fotometrické údaje, kolorimetrické parametry, naměřené i vypočtené elektrické parametry a také výsledky zkoušek EMC. Data jsou zpracována v tabelované i grafické podobě. Alternativně je možné vydat akreditovaný kalibrační list.

Data s naměřenými hodnotami lze exportovat v různých standardizovaných formátech typu IES Files (*.ies), EULUMDAT Files (*.ldt), CIE Files (*.cie) tak, aby je dále mohli používat projektanti v návrzích osvětlovacích soustav pro 3D simulace osvětlení v různých prostorech a pro návrhy komplexních osvětlovacích soustav.

Dr. Ing. Marek Šmíd, Ing. Pavel Jonáš, Ing. Petr Kliment, Ing. Alžběta Rossi, Ing. Jana Gerneschová,
Český metrologický institut

Kontaktní údaje pro případné další informace:
Dr. Ing. Marek Šmíd, msmid@cmi.cz, Ing. Petr Kliment, pkliment@cmi.cz, Ing. Pavel Jonáš, pjonas@cmi.cz

Český metrologický institut
Laboratoře primární metrologie
Praha Radiometrie a fotometrie
Adresa laboratoře: Hvožďanská 2053/3, 148 00 Praha-Chodov