一種擴展白熾光通量標準燈使用范圍的實用方法

劉克先，于懷智

(深圳中航技術檢測所，廣東深圳518040)

0 引言

白熾光通量標準燈 (或鎢絲光通量標準燈)是光通量量值傳遞、檢定/校準等計量工作中不可或缺的重要實用載體。常規的用法是一只燈在標稱電壓或標定工作電流下只有一個總光通量量值，在量傳中只能檢定/校準一個光通量校準點。要進行多點檢定/校準，就要用多只標準燈［1－2］。

白熾光通量標準燈的結構決定了它不能經受明顯的沖擊或振動。經受沖擊或振動的燈，極易造成燈絲脆斷、玻殼破裂等致命的損壞。我單位的標準燈就曾有過在托運過程中發生燈絲斷裂導致報廢的情況。即使燈絲未斷，玻殼未裂，也難免出現燈絲變形、光中心位移等情況，使先前的賦值發生實質變化，賦值失效不能再用。必須重新賦值，才能繼續用于量值傳遞。

1 本方法依據的基本原理

我們知道，白熾鎢絲燈是靠電流加熱鎢絲至白熾狀態而發光的電光源，它的工作電流I(單位:A)、電壓V(單位:V)、光通量F(單位:lm)、壽命L(單位:h)、光效 E(單位:lm/W)、功率 W(單位:W)和電阻 R(單位:Ω)之間存在如下關系［3］:

各公式中，以小寫字母表示的指數稱為特性指數。真空燈泡和充氣燈泡的特性指數有所不同，其數值見表1。

表1 白熾燈的特性指數值

式 (1)～式 (5)和特性指數表在白熾燈的生產、設計、實驗、改進和照明應用等場合得到廣泛應用。比如在白熾燈的壽命試驗中，利用式中L，V和特性指數d的關系，適當提高試驗電壓，即可縮短試驗時間至額定電壓下額定壽命的四分之一，及時得到試驗結果，工效提高4倍。讀者可以從自身需要出發，適當選用公式和特性指數，達到自己的目的。

在上述諸多關系式和特性指數表中，我們可以發現白熾燈的光通量F和工作電流I之間存在如下數量關系:

2 本方法的實際做法

筆者給出的實用方法其實很簡單，就是利用式(6)和式 (7)的原理，按如下步驟進行:

1)調整白熾光通量標準燈的工作電流使其色溫等于2856 K，標定其工作電流I1和總光通量F1、色溫T、色坐標 (x，y);

2)降低工作電流至I2，使其光通量由F1降低至F1的三分之二，標定與I2對應的總光通量F2;

3)繼續降低工作電流至I3，使同一只燈的光通量降低至F1的三分之一，標定與I3對應的總光通量F3。

通過以上三步操作，就可得到同一只標準燈的三組光通量均勻分布的數據:(F1，I1)， (F2，I2)，(F3，I3)，可用于三個光通量校準點的量值傳遞，還得到色溫T和色坐標 (x，y)，可用于色度參數的校準。

3 本方法的可行性分析

由于 (F1，I1)是該燈制成時的標稱值，一般情況下它的色溫為2856 K或3000 K。而I2和I3均小于I1，此時燈的色溫是降低的。而燈的有效壽命與色溫成反比，因此這種用法不會影響燈的實際使用壽命。

光通量的穩定性是光通量標準燈的主要要求。由于本方法中燈的工作電流等于或小于燈制成時的標稱工作電流，燈的工作溫度就等于或低于其標稱工作電流時的溫度，因而可以保持其光通量的穩定性，就如同降低鍋爐運行的工作壓力其安全系數不會降低是一樣的道理。

JJG 247－2008《總光通量標準白熾燈檢定規程》規定:工作基準級標準燈光通量年變化率不大于0.6%，一級不大于0.8%，二級不大于1.0%。我們按本方法使用的總光通量標準白熾燈 (杭州遠方光電信息公司生產的 D204型通用標準光源，編號S1321129)，經中國測試技術研究院測試結果見表2。

測試結果表明，按本方法使用的總光通量標準白熾燈總光通量的年變化率符合JJG 247－2008《總光通量標準白熾燈檢定規程》的要求。

如果所采用標準燈的標稱色溫值是3000 K，則可在降低工作電流至燈色溫為2856 K時獲得另一組色溫和色坐標值，使色度參數校準點多一些。

表2 測試結果

4 使用本方法的限制

本方法的不足之處是只能用于原燈標稱光通量及其以下光通量的量值傳遞。在使用2856 K光通量標準燈時，適當提高其工作電流，在線性良好的測試系統中得到較高的光通量值也是可行的;但提高一定要適度，否則將會損害燈的壽命和燈的光通量穩定性。因為鎢的熔點為3410℃，燈的工作溫度越高，鎢絲升華變細的進程越快，壽命越短，穩定性越差。

從光源色溫的定義可知，理想黑體的溫度等于其色溫。與其他光源相比，鎢絲燈的光輻射特性與黑體是最接近的，所以可以認為鎢絲燈的溫度與其色溫也是比較接近的。目前，筆者尚未找到鎢絲燈的溫度與其色溫間的對應數據或換算公式。

5 結束語

本實用方法使一只光通量標準燈校準一個光通量校準點擴展為可校準三個光通量校準點和一組 (或二組)色度參數 (色溫和色坐標)校準點，大大擴展了它的使用范圍。方法簡便，有效減少必須的標準燈數量，降低購燈成本;相應減小包裝體積和在運輸過程中受損的風險，方便攜帶。多年來我們采用本方法，受益良多。

［1］國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.GB/T 15043－2008白熾燈泡光電參數的測量方法 ［S］.北京:中國標準出版社，2008.

［2］國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準管理委員會.GB 15039－1994發光強度、總光通量標準燈泡 ［S］.北京:中國標準出版社，1994.

［3］日本照明學會.照明手冊 ［M］.1版.肖輝乾，張紹綱，高履泰，等譯.北京:中國建筑工業出版社，1985:146.

［4］國家質量監督檢驗檢疫總局.JJG 247－2008總光通量標準白熾燈檢定規程［S］.北京:中國計量出版社，2008.