Luxmetro con range da 1 a 100 klx

Le tradizionali lampadade ad incandescenza sono state gradualmente tolte dalla produzione in numerosi paesi, inclusa l’Europa e il Canada. Sono rimaste in produzione le lampade alogene, le lampade ad alta efficienza energetica, e le lampade a led, più efficienti rispetto a quelle ad incandescenza. Tuttavia, quando si vuole scegliere il modello di lampada più efficiente, non resta che fidarsi dei dati forniti dal produttore. Sappiamo che fidarsi è bene, ma è sicuramente meglio essere in grado di eseguire le misure da soli. Il luxmetro descritto in questo progetto è proprio lo strumento che occorre per questo scopo.

Introduzione

Quando si ha a che fare con lampade led a basso costo, molto più economiche rispetto ad analoghi modelli dei marchi più rinomati, è normale nutrire un certo scetticismo. Ad esempio, su una nota piattaforma di aste online, tra le migliaia di diversi prodotti disponibili, si possono trovare cinque lampade spot da 3 watt offerte al prezzo di 1 solo euro. La luminosità dichiarata per queste lampade è pari a 210 lumen. Sembrerebbe un valore realistico, ma sarà proprio così?
Per saperlo occorre disporre di uno strumento in grado di misurare la luminosità in modo affidabile. Uno strumento di questo tipo è utile anche per verificare il livello di luminosità nel posto di lavoro, che in molti paesi deve rispettare particolari valori imposti per legge. Non solo, il luxmetro può rivelarsi particolarmente utile anche con le lampade alogene. Queste, infatti, tendono a perdere luminosità nel tempo a causa dell’accumulo di depositi di vapore di metallo sull’involucro di vetro. Il risultato è che con il passare del tempo si arriva a un punto in cui la lampada produce più calore che luce. Anche le lampade a risparmio energetico tendono a perdere luminosità con il trascorrere del tempo. Uno valido strumento di misura può quindi aiutare a decidere quando è arrivato il momento di sostituire una vecchia lampada con una più efficiente.

La misura della luce

L’elemento chiave di ogni luxmetro è rappresentato da un sensore in grado di convertire la quantità di luce ricevuta in una tensione facilmente misurabile, preferibilmente con una caratteristica di conversione di tipo lineare. Il sensore tradizionalmente utilizzato per la misura della luce è il fotodiodo, di cui esistono particolari versioni progettate espressamente per l'utilizzo negli strumenti di misura. Il modello BPW21R utilizzato in questo progetto appartiene a questa categoria di sensori. Il sensore, visibile in Figura 1, è alloggiato in un contenitore metallico di tipo TO5, ermetico, e protetto da una finestrella di vetro.

Figura 1: sensore BPW21R

L’area attiva del sensore è pari a 7,5 mm2, un valore in grado di conferire allo stesso un’elevata sensibilità luminosa. Un’altra caratteristica rimarchevole del componente è rappresentata dalla sua linearità, come si può osservare dallo stesso datasheet [1]. In Figura 2 è possibile osservare la relazione incredibilmente lineare tra la corrente di corto circuito e l’illuminamento. La scala logaritmica è necessaria in quanto il sensore copre un range di luminosità estremamente ampio, superiore a sette decadi. Sebbene si tratti di un componente discreto di tipo convenzionale, le sue caratteristiche tecniche sono di tutto rispetto, e rappresenta pertanto la scelta ideale per un progetto di luxmetro DIY.
Un fotodiodo genera una corrente proporzionale al valore in lux dell’illuminamento, una grandezza diversa dal flusso luminoso (misurato in lumen), che viene normalmente utilizzato dai produttori di lampade. Poichè 1 lux corrisponde a 1 lumen per metro quadro, è teoricamente abbastanza semplice eseguire la conversione tra le due unità di misura, tenendo comunque conto che l’area illuminata da una lampada dipende sia dalla distanza che dall’angolo del flusso luminoso. Grazie a Internet, non è più necessario fare i calcoli da soli con penna e matita, basta infatti utilizzare uno dei numerosi siti (come ad esempio [2]) che offrono strumenti online in grado di eseguire la conversione tra lux e lumen.

Figura 2: relazione tra corrente di cortocircuito ed illuminamento

Caratteristiche tecniche

Le principali caratteristiche tecniche dello strumento possono essere così riassunte:

  • sei diverse portate di misura: 1 lx, 10 lx, 100 lx, 1 klx, 10 klx, e 100 klx;
  • risoluzione nella gamma di misura 1 lx: 0,01 lx;
  • selezione automatica della gamma di misurazione;
  • spegnimento automatico dopo 1 minuto;
  • trasmissione della misura su linea seriale;
  • componenti facilmente reperibili sul mercato;
  • basso assorbimento di corrente;
  • calibrazione eseguibile direttamente dalla linea seriale.

Metodo di misura

Come già menzionato in precedenza, l’uscita del fotodiodo è rappresentata dalla sua corrente di corto circuito. Per ottenere una relazione lineare tra illuminamento e livello del segnale, occorre far funzionare il fotodiodo al di sotto delle condizioni di corto circuito, e conseguentemente il circuito di misura deve presentare un’impedenza di ingresso molto [...]

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Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio 28 aprile 2016

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