Что в статье:
- Почему измерение мощности УФ-излучения — это отдельная инженерная задача?
- Почему для ламп низкого давления измерения можно упростить?
- В чём идея «геометрических» методик и что именно измеряем?
- Что такое «модель Кайтца» и когда её применяют?
- Почему измерять издалека не всегда хорошо и как с этим быть?
- Какие ориентиры по расстояниям и условиям размещения использовать?
- Как выглядит расчёт и что влияет на точность результата?
- Когда интегрирующая сфера всё же предпочтительнее?
- Как подготовить помещение и оснастку, чтобы не «ловить» фон?
- Почему для ламп низкого давления достаточно одной калибровки на 254 нм?
- Краткий алгоритм практического измерения (для трубчатой амальгамной лампы).
Почему измерение мощности УФ-излучения — это отдельная инженерная задача?
Даже у «простых» по конструкции бактерицидных источников задача измерения не сводится к одному щелчку прибором. Если габариты лампы невелики, оптимальным считается измерение в интегрирующей сфере — так получается достоверный полный световой поток. Но типичные бактерицидные лампы низкого давления — трубчатые и длинные (длина колбы порядка 1–2,5 м). Для таких размеров требуются сферы очень большого диаметра, практически недоступные для массовых измерений, поэтому приходится переходить к альтернативным методам. Суть их одна: точно измерить облучённость в выбранной точке пространства и по этой облучённости вычислить полный поток излучения лампы.
Почему для ламп низкого давления измерения можно упростить?
УФ-спектр такой лампы сосредоточен на одной линии. Это позволяет работать с «солнечно-слепыми» датчиками, не чувствительными к видимому и ближнему УФ. Достаточно откалибровать датчик на 254 нм — и проводить измерения облучённости без монохроматоров или фильтров. Для снижения погрешности и влияния фонового излучения можно всё же применять дополнительную спектральную селекцию, но базовая схема остаётся простой: калиброванный датчик 254 нм + правильная геометрия.
В чём идея «геометрических» методик и что именно измеряем?
Поскольку лампа трубчатая и близка к цилиндру, её отдельные участки поверхности излучают равномерно. Это открывает путь к обратной задаче: измеряем облучённость в конкретной точке и, учитывая известную геометрию расположения лампы и датчика, вычисляем полный световой поток. Ключевые элементы метода — стабильная геометрия (линейные размеры и углы) и аттестованный датчик 254 нм. Тогда расчётная модель переводит локальную облучённость в итоговую мощность излучения источника.
Что такое «модель Кайтца» и когда её применяют?
Для длинных трубчатых ламп промышленность использует методики на основе модели Кайтца. В них задаётся взаимное положение лампы и детектора, после чего полный световой поток рассчитывается по формуле модели для выбранной геометрии. Ключ к воспроизводимости — строгое соблюдение расстояний и углов при установке и стабильность чувствительности датчика. Такой подход давно принят как рабочий стандарт для трубчатых амальгамных ламп.
Почему измерять издалека не всегда хорошо и как с этим быть?
Интуитивно кажется: чем дальше датчик от лампы, тем «чище» измерение. Но с ростом расстояния сигнал от лампы слабеет, а отражённый фоновый сигнал (от стен, предметов) уменьшается не так заметно. Возникает парадокс: дальняя точка даёт большую относительную погрешность. Один из практичных выходов — модернизированная схема со щелью, когда на датчик попадает излучение не от всей длины лампы, а от узкого её сегмента, «вырезанного» щелью. Это позволяет существенно сократить минимальные расстояния и площадь установки и при этом уменьшить погрешность. Дополнительный плюс — работой можно управлять в обычном помещении, а не в большой затемнённой комнате.
Какие ориентиры по расстояниям и условиям размещения использовать?
Для длинных ламп (свыше 2 м) при классических схемах упоминается рекомендуемое расстояние свыше 5 м и даже отдельное помещение с поглощающими стенами. Но для реальной практики это сложно. Поэтому схема со щелью позволяет перейти к компактной расстановке: типовые размеры, встречающиеся в расчётной формуле, включают длину лампы L = 45–240 см, расстояние лампа–датчик порядка 160 см, расстояние щель–фотоэлемент порядка 150 см, ширину щели порядка 3 см. Эти величины задают удобный масштаб для лабораторной оснастки.
Как выглядит расчёт и что влияет на точность результата?
В расчётной части методики со щелью вводятся геометрические параметры (длина лампы, расстояния между элементами, ширина щели) и измеренная облучённость I на датчике; по ним вычисляют мощность УФ-излучения. На итоговую точность влияют:
— калибровка УФ-датчика (на 254 нм),
— точность выдерживания геометрии (все расстояния и взаимное положение лампы, щели и датчика),
— точность измерения фототока.
При корректном выполнении процедуры относительная погрешность порядка 8 %, причём основной вклад — калибровка датчика ≈7 %. Важно: если требуется не абсолют, а разность/отношение мощностей (например, при ресурсных испытаниях), вклад калибровки выпадает, и сравнение получается заметно точнее.
Когда интегрирующая сфера всё же предпочтительнее?
Если лампа короткая и её геометрия допускает установку в интегрирующую сферу разумного размера, такой метод даёт максимально простую трактовку результата: сфера усредняет пространственное распределение, а прибор читает полный поток непосредственно. Но для длинных трубчатых ламп (1–2,5 м) сферы подходящих размеров практически не применимы в серии, и потому выигрывают геометрические методики с измерением облучённости и дальнейшим пересчётом в мощность.
Как подготовить помещение и оснастку, чтобы не «ловить» фон?
Чем длиннее лампа и чем больше расстояние до датчика, тем заметнее влияние переотражений. Для классической расстановки рекомендуется помещение с поглощающими стенами (или экранирование отражающих поверхностей). Если это затруднительно, вариантов два: увеличивать расстояния (ценою падения сигнала) или использовать схему со щелью, которая позволяет существенно сократить габариты установки и одновременно уменьшить чувствительность к фону.
Почему для ламп низкого давления достаточно одной калибровки на 254 нм?
Потому что в рабочем УФ-диапазоне такая лампа излучает одну доминирующую линию. Спектральной «размазанности» нет, значит, аттестация датчика на 254 нм обеспечивает трассируемость результата. Это и есть причина, по которой спектральные приборы (монохроматоры, фильтры) превращаются из обязательных в вспомогательные: они полезны для контроля фона и уточнения, но не требуются для базовой процедуры, если датчик корректно откалиброван.
Краткий алгоритм практического измерения (для трубчатой амальгамной лампы)
- Подготовить датчик: солнечно-слепой, калиброван на 254 нм.
- Выбрать схему: комната с поглощающими стенами и большой базой расстояний или компактная с щелью.
- Выдержать геометрию: зафиксировать длину активного участка лампы и все расстояния (лампа–датчик, щель–фотоэлемент, ширину щели).
- Провести измерение облучённости и записать исходные величины.
- Рассчитать полный поток по формуле выбранной модели (в т. ч. модель Кайтца для классической схемы или формулу для схемы со щелью).
- Оценить погрешность: свести к минимуму вклад калибровки, геометрии и измерения фототока; при сравнительных тестах использовать разности/отношения, чтобы исключить вклад калибровки.