Lumen, Lux vagy Kandela?



Fényforrások csomagolásain gyakran láthatjuk a Lumen kifejezést, de mi ez pontosan? A fényforrások azonos felvett teljesítményből különböző mennyiségű fényáramot állítanak elő. Jól ismert tény, hogy a hagyományos volfrám szálas fényforrás sokkal többet fogyaszt mint modern LED technológiával gyártott vetélytársa.

Fényforrások fényárama

De tudnunk kell, hogy a LED chipek sem egyformák és ha nem mi magunk akarunk LED chipekből világítótestet gyártani akkor egy kész fényforrást vásárolunk (helytelen kifejezéssel LED izzót), ahol a mérnökök már meghatározták, hogy a fényforrás belsejében elhelyezett LED chipek milyen áramerősséggel legyenek meghajtva. Ha egy chipet, vagy egy chip sorozatot a gyártó által előírt maximális áramerősséggel hajtanak meg akkor az nagy valószínűséggel, ideális környezeti hőmérséklet mellett a gyártó által megadott ideig fog működni, amennyiben viszont a chipet nagyobb árammal hajtják meg (táplálják) akkor annak élettartama exponenciálisan csökken. Tehát a legtöbb fényforrásnál nem tudjuk a fogyasztás alapján meghatározni annak fényáramát ezért jó ha a csomagoláson a gyártó azt feltünteti.

Tehát két LED fényforrás amelyek azonos gyártótól származnak és azonos LED chipet tartalmaznak is lehetnek különböző fényerejűek, attól függően, hogy a mérnökök hogyan tervezték meg azokat.

LUMEN



A fényforrások leadott fénymennyiségét fényáramnak nevezik amelynek a mértékegysége a Lumen (lm).

A fényáram mérése bonyolult feladat, mivel egy adott fényforrás teljes fényáramát jelenti, így nem mérhető egy egyszerű kézi eszközzel. Mivel teljes fényáramról van szó így ha egy fénymérő eszközt a lámpatest elé helyezünk akkor az csupán az egy pontba eső fény mennyiségét méri tehát az adott pont megvilágítást. A különböző fényforrások nem azonos intenzitással sugároznak minden irányba, ezáltal egy bármilyen fényforrás teljes fényáramának mérésére nagyon sok mérőeszközt igényelne, a fényforrástól azonos távolságba elhelyezve a térben, szerencsére erre nincs szükség mert van egy professzionális eszköz, amelyet laboratóriumokban használnak és a neve integráló-gömb vagy Ulbricht-gömb.

Az integráló-gömb egy olyan nagyméretű speciális eszköz amely segítségével a fényforrások fénytechnikai adatait lehet vizsgálni. A gömb önmagában nem elegendő a mérések elvégzésére, ezért a mérések mivoltától függően különböző fotometriai mérőeszközökkel kiegészítve használják ezt a különleges gömböt. A gömb szerepe, hogy egy adott fényforrásból származó fény tulajdonságai pontosan mérhetőek legyenek. A gömb belső fala egy tökéletesen homogén matt fehér fénypor bevonattal van ellátva, ennek köszönhetően a gömb közepébe helyezett fényforrásból áramló irányított fény, a belső falon sokszori visszaverődés eredményeként homogén fénnyé alakul ezáltal a gömb falának egy tetszőleges pontján elhelyezett mérőműszerrel lehetőség van a teljes fényáram megállapítására.

Az integráló gömb felépítéséből és méretéből adódóan igen drága eszköz így Magyarországon nem sok helyen találkozhatunk vele, de tudomásunk szerint a Tracon Electric laboratóriumában, illetve az Óbudai egyetem használják ezt a különleges berendezést (valószínűleg más laboratóriumokban is, de közel sem olyan elterjedt mint a kézi megvilágítottságmérők – Lux mérők).

Az alábbi fotó a PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt ) a Németországi székhelyű kutatóintézet saját fényképe az általunk ismert legnagyobb integráló gömb Európában.

Integráló gömb

A lumen tehát a teljes leadott fénymennyiség és nem azonos a Lux-al.

LUX



A Lux (lx) a megvilágítás mértékegysége, egy lux azonos egy négyzetméteren egy lumen fényárammal. A Lux mérése egyszerű, manapság már olcsón beszerezhetőek viszonylag pontos megvilágításmérők, de az okos telefonokban található megvilágításmérő szenzorok akár ingyenes applikációk segítségével is jól használhatóak elfogadhatóan pontos eredményt adnak.

Megvilágítás mérő kézi műszer

Mire használható a luxmérő?
A válasz az, hogy egyetlen dologra, a megvilágítás mérésére. Na de mikor van erre szükség? Szükség lehet megvilágítás mérésre egy fotózás alkalmával, de akkor is ha egy adott helységbe felszerelésre került egy vagy több lámpatest és ellenőrizni kell a megvilágítás mértékét.

Ha tudjuk, hogy egy adott helyiségbe mi az ajánlott megvilágítási érték, akkor egy lux-mérővel ellenőrizhetjük a megvilágítás értékét.

az alábbi felsorolás tájékoztat arról milyen ajánlott megvilágítási értékekre számíthatunk a különböző helyiségekben.

  • 1 lux - teliholdas éjszakán mérhető megvilágítási érték
  • 2-30 lux - az éjszakai közvilágítás fényereje
  • 40-60 lux – folyosókon mérhető megvilágítási érték
  • 80-100 lux – nappalik megvilágítási értéke
  • 250-500 lux - íróasztal felületén mérhető ajánlott fénymennyiség


CANDELA



A candela vagy kandela (cd) az adott irányban vett fényerősség mértékegysége, tehát a fényerősség a fényforrás által egy meghatározott irányban kibocsátott fénykisugárzás mértékét jelöli. A fényerősség a kis térszögben kibocsátott fényáram és a térszög hányadosa. Egy hagyományos gyertya fényerőssége nagyjából 1 cd.

Candela

Összefoglalva a fent említett három mértékegységet röviden a következők:
Fényáram (Lumen): Egy fényforrás által kibocsátott fény mennyiségének mértékegysége.
Megvilágítottság (Lux): A megvilágítás mértékegysége, amely az egységnyi területre eső fényáramot fejezi ki.
Fényerősség (Kandela): Egy adott irányba kilépő fény, egy adott sugár mentén mért erejét mutatja.


A LED fényforrások csomagolásain feltüntetett érték szinte minden esetben a fényáramra vonatkozik, tehát Lumen. Ez a fényforrás teljes fényárama, ha egyszerűen akarunk fogalmazni azt mondhatjuk tulajdonképpen ez a lámpatestet elhagyó összes fény.

Ahogy már a cikk elején is említésre került, a LED fényforrások a felhasznált chip típusától és meghajtás mértékétől függően (tehát attól függően, hogy tervezéskor a gyártó által ajánlott maximális tápáram mértékétől pozitív vagy negatív irányba mennyire tértek el a mérnökök), valamint a meghajtó-tápegység hőveszteségétől függően, azonos fogyasztású fényforrások között igen jelentős fényáram különbséget tapasztalhatunk. A cikk írásának idején a LED technológia ott tart, hogy 1W elektromos energia felhasználásával képes előállítani körülbelül 60-120 Lumen fényáramot. Tehát az energiatakarékos LED fényforrások egymás között összehasonlítva is jelentős szórást mutatnak.

A régebbi típusú LED fényforrások kevesebb fényáram leadására képesek azonos mennyiségű felvett elektromos energia esetén, míg az újabbak akár annak a dupláját is leadhatják (energiahatékonyság).

Fontos megjegyezni, hogy amikor egy ismert, neves gyártó termékét megvásároljuk a csomagoláson feltüntetett adat valós mérések eredménye és a felhasznált alkatrészek minősége, valamint a teljes egység felépítése úgy lett megválasztva, hogy az összhangban legyen a gyártó által megadott garancia időre, valamint a termék élettartamára. Amikor viszont márkanév nélküli terméket vásárolunk, akkor nem lehetünk biztosak abban, hogy a csomagoláson szereplő adatok valóban pontos mérési eredmények-e, illetve nem tudhatjuk, hogy a felhasznált chipek valóban a megfelelő, mértékű árammal vannak e meghajtva.

A keleti piacos termékek esetén egyik ismert probléma az amikor a ráírt fényáram mégy csak köszönő viszonyban sincs a valós adatokkal, ilyenkor általában a csomagoláson a fényáram akár többszöröse is feltüntetésre kerül (sajnos). Ilyenkor az újonnan vásárolt fényforrás általában nem ad elegendő fényt, az elvárásokhoz képest alul teljesít, de fogyasztása sokszor mégis magasabb mint márkás változatának. Felmerül a kérdés, hogy akkor hová lesz ez az elhasznált energia? A válasz, hogy a fényforrás által termelt hőként kerül leadásra.

Fontos megjegyezni, hogy bár a LED technológia közel tízszer jobban hasznosítja a felvett energiát, mint a hagyományos izzószálas fényforrások, de még ezek a modern termékek sem képesek az elektromos energiát teljes mértékben fénnyé alakítani, ezért minden LED fényforrás termel valamilyen mennyiségű hőt. A hő termelés okozta probléma a rövidebb élettartama, tehát a fényforrások hamarabb elöregszenek, abban az esetben ha ez az általuk termelt hő nem kellőképpen van elvezetve.

A neves gyártók odafigyelnek erre és a lámpatesteket a megfelelő hőelvezető megoldásokkal tervezik és gyártják, hogy a keletkezett hő ne öregítse el idő előtt a fényforrást. A hő okozta elöregedés a fényforrások két egységét károsítja leginkább, egyik a tápegység(ek) elektrolit kondenzátora(i) a másik maguk a LED chipek. A fehér LED chipek, ahogyan azt már egy előbbi a LED chipekről szóló cikkünkben leírtuk, igazából kék fényt kibocsátó egységek amelyek foszfor tartalmú bevonata felel a fehér fény előállításáért. A hő okozta másik probléma a foszforréteg elöregedése ami vagy elbarnulás, ilyenkor a foszforréteg megég fényáteresztő tulajdonsága romlik, a fényforrás leadott fényárama csökken, a másik lehetőség amikor a foszforrétegen mikrorepedések jelennek meg és a kék fény átszivárog, ilyenkor erősen megváltozik a fény CRI értéke.

A keleti piacos termékek esetén a másik nagy probléma amikor a LED chipeket túlhajtják, ilyenkor a fényforrás fényárama sok esetben eléri vagy akár túl is lépi az azonos márkás termékektől megszokott fényerőt, a probléma ezzel csak az, hogy a túlhajtott chipek élettartama túláram hatására exponenciálisan csökken.