Проект по технологии "Люксметр"

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

"Школа №69"

Московского района города Нижнего Новгорода

Проект по технологии: «Люксметр»

Выполнил: Чирков Артем

Ученик 9 «А» класса

Руководитель: Гусев С.И.

Учитель технологии.

Нижний Новгород

2016 г.

Содержание:

Введение……………………………………………………………………………………3

Глава 1 Теоретическая (поисковая) часть…..…………………………………………...4

Глава 1.1 Освещенность.........…………………………………..…………….…………..4

Глава 1.2 Люксметр.............……………………………………….……………………...5

Глава 2 Практическая часть………………………………………………………………7

Глава 2.1 Принцип действия прибора…………..…………………………………….....7

Глава 2.2 Схема прибора................................................................………………….....9

Глава 2.3 Технологическая карта создания люксметра.................………………….....9

Расчет себестоимости……………………………………………………………………..11

Рекламный проспект……………………………………………………………………...12

Заключение………………………………………………………………………………..13

Список литературы……………………………………………………………………….14

Введение

Выбор данной темы обусловлен тем, что многие учащиеся нашего класса носят очки и выполняя домашнюю работу совершают огромное количество ошибок, а как я слышал на качество зрения и производительность труда напрямую влияет удобство рабочего места, правильность посадки и освещенность. И тогда я задумался, а возможно ли, что мои одноклассники носят очки и получают двойки за домашнее задание, просто из-за того, что их рабочее место дома плохо освещено. В гигиенических требованиях к условиям обучения в образовательных учреждениях прописано, что освещенность рабочего места школьника должна составлять 300-500 лк (люксов), 1 лк = 10⁻⁴ фот. В школе-то понятно, там эти нормы проверяют специальные службы, но как определить, соответствует ли наше домашнее место работы, этим требованиям. Вот я и решил сделать для бытовых нужд данный люксметр.

Моя работа может быть использована как дополнительный материал при изучении на уроках технологии раздела электроники и электротехники.

Цели: изучить процесс измерения освещенности, а также схему и принцип работы простейшего люксметра.

Задачи: изучить литературу по данному вопросу. Разобраться с принципами работы промышленных люксметров. Выбрать подходящий с точки зрения простоты и доступности создания вариант люксметра.

Глава 1. Теоретическая (поисковая) часть

Глава 1.1 Освещенность

Итак, разберемся, что же такое освещенность и каковы ее свойства.

Освещённость — световая величина, равная отношению светового потока, падающего на малый участок поверхности, к его площади^.

Освещённость численно равна световому потоку, падающему на участок поверхности малой единичной площади:

Единицей измерения освещённости в Международной системе единиц (СИ) служит люкс (1 люкс = 1 люмену на квадратный метр), в СГС — фот (один фот равен 10 000 люксов). В отличие от освещённости, выражение количества света, отражённого поверхностью, называется светимостью.

Освещённость прямо пропорциональна силе света источника света. При удалении его от освещаемой поверхности её освещённость уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния (Закон обратных квадратов).

Когда лучи света падают наклонно к освещаемой поверхности, освещённость уменьшается пропорционально косинусу угла падения лучей.

Освещённость   от точечного источника находят по формуле:

где   — сила света в канделах;   — расстояние до источника света;   — угол падения лучей света относительно нормали к поверхности.

Аналогом освещённости в системе энергетических фотометрических величин является облучённость.

Освещённость в фототехнике определяют с помощью экспонометров и экспозиметров, в фотометрии — с помощью люксметров.

Глава 1.2 Люксметр

Люксметр (от лат. lux — «свет» и др.-греч. μετρέω «измеряю») — переносной прибор для измерения освещённости, один из видов фотометров.

Простейший люксметр состоит из селенового фотоэлемента, который преобразует световую энергию в энергию электрического тока, и измеряющего этот фототок стрелочного микроамперметра со шкалами, проградуированными влюксах. Разные шкалы соответствуют различным диапазонам измеряемой освещённости; переход от одного диапазона к другому осуществляют с помощью переключателя, изменяющего сопротивление электрической цепи. (Например, люксметр типа Ю-16 имеет 3 диапазона измерений: до 25, до 100 и до 500 лк). Ещё более высокие освещённости можно измерять, используя надеваемую на фотоэлемент светорассеивающую насадку, которая ослабляет падающее на элемент излучение в определённое число раз (постоянное в широком интервале длин волн излучения).

Кривые относительной спектральной чувствительности селенового фотоэлемента и среднего человеческого глаза неодинаковы; поэтому показания люксметра зависят от спектрального состава излучения. Обычно приборы градуируются с лампой накаливания, и при измерении простыми люксметрами освещённости, создаваемой излучением иного спектрального состава (дневной свет, люминесцентное освещение), применяют полученные расчётом поправочные коэффициенты. Погрешность измерений такими люксметрами составляет не менее 10 % от измеряемой величины.

Люксметры более высокого класса оснащаются корригирующими светофильтрами, в сочетании с которыми спектральная чувствительность фотоэлемента приближается к чувствительности глаза; насадкой для уменьшения ошибок при измерении освещённости, создаваемой косо падающим светом; контрольной приставкой для поверки чувствительности прибора. Пространственные характеристики освещения измеряют люксметрами с насадками сферической и цилиндрической формы. Имеются модели люксметров с приспособлениями для измерения яркости. Погрешность измерений лучшими люксметрами — порядка 1 %.

Глава 2 Практическая часть

2.1 Принцип действия прибора.

За основу своего прибора я взял фотоэлемент от садового светильника и тестер DT838 DIGITAL MULTIMETER. 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-838.
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 потребовался заводской люксметр (у отца моего друга нашелся такой на работе).

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. Далее делаем так, устанавливаем освещенность 2000 лк и выставляем подстроечным резистором 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). Меня такая точность без всяких таблиц преобразований вполне устроит. Погрешность заводского прибора использованного для калибровки 8%.

2.2 Схема прибора.

2.3 Технологическая карта создания бытового ионизатора.

Расчет себестоимости

На изготовление люксметра у меня ушло:

• Мультиметр - 1 шт.;

• Фанера – 0,037 м. кв.;

• Паяльная кислота – 20 мл.;

• Олово – 15 г.;

• Резистор – 1 шт;

• Садовый фонарик– 1 шт;

• Уголок – 0,7 м.

Стоимость 1 мультиметра составляет 700 рублей, 1 лист фанеры(2,3 м.кв) – 500 рублей ( фанера потраченная на основание стоит 37 рублей), 25 мл. паяльной кислоты – 25 рублей, 15 гр. олова – 57 рублей, подстроечный резистор – 150 рублей, 1 шт. садовый фонарик– 115 рублей.

Всего стоимость материалов затраченных на изготовление изделия составила 1084 рубля.

ММРОТ составляет 4330 руб. На изготовление изделия ушло 24 часа. Сумма затрат на оплату труда, включенных в себестоимость изделия составила (4330/21(среднее количество рабочих дней в одном месяце)/8(продолжительность рабочего дня для мужчин)*24(количество часов, затраченных на изготовление изделия)= 4330/21/8*24 = 619 руб.

Стоимость паяльника 500 рублей. Амортизация паяльника составила 10 руб.

Таким образом, себестоимость изделия составила : 1084+619+10 = 1713 руб.

Рекламный проспект

Заключение

После того как я изготовил мое изделие и откалибровал его с помощью промышленного люксметра, я убедился в том, что оно полностью соответствует своему назначению, оно красивое, легкое и прекрасно заменит покупной люксметр. Теперь я всегда буду точно знать, соответствует ли данный уровень освещения требованиям и нет ли опасности для зрения.

Список литературы.

1. Технология: 9 класс: учебник для учащихся общеобразовательных учреждений/[А.Н. Богатырёв, О.П. Очинин, П.С. Самородский и др.]; под ред. В.Д. Симоненко. – 2-е изд., перераб. – М.: Вентана – Граф, 2011. – 272 с.

2. Справочник по проектированию электрических сетей. Под редакцией Д. Л. Файбисовича Издание 2-е переработанное и дополненное. Москва «Издательство НЦ ЭНАС» 2006.

3. Лыкин А. В. Электрические системы и сети: Учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. – 248 с.

4. Блок В. М. Электрические сети и системы: Учеб. Пособие для электроэнергет. Спец. вузов. М.: шк., 1986.-430 с.:ил.

15