Danas je nabavljen luxmetar (mjerač jačine svjetlosti) tvrtke „Dr. Bruno Lange GmbH“ iz 1960-tih godina. Jedan mjerač svjetlosti već smo opisali u objavi LUXMETER PU 150, a još jedan proizvod tvrtke „Dr. Bruno Lange GmbH“ opisali smo u objavi LANGE PHOTOMETER LP3.
Tvrtka „Dr. Bruno Lange GmbH“ osnovana je 1933. godine od strane fizičara Bruna Lange i pod istim nazivom je djelovala sve do 2004. godine. Tijekom svojeg postojanja tvrtka je razvijala i proizvodila mjerne instrumente koji se baziraju na upotrebi selenskih fotoćelija te instrumente koji koriste fotometriju za određivanje sastava tekućina, a primjenjivi su najviše u medicini i industriji za različite fotometričke laboratorijske analize. 1998. godine tvrtka „Dr. Bruno Lange GmbH“ prodana je međunarodnoj korporaciji „Danaher“, a od 2004. godine mijenja naziv i potpada pod tvrtku „Hach“. Težišno je orijentirana na analizu otpadnih industrijskih i komunalnih voda, kao i laboratorijsku medicinsku analizu fotometrijom.
Naš luxmetar sastoji se od senzora svjetlosti i mjernog instrumenta.
SENZOR SVJETLOSTI
Kao senzor svjetlosti koristi se selenska fotoćelija. Selenske fotoćelije su posebno pogodni senzori za svjetlomjere jer im je osjetljivost na svjetlosni spektar vrlo slična kao kod ljudskog oka, pa se njima mogu izravno mjeriti jačine svjetlosti kako ih osjeća i ljudsko oko. No efikasnost pretvaranja svjetlosti u električnu energiju im je relativno niska pa nisu pogodne za izradu energetskih (solarnih) fotoćelija.
Ovisno o jačini svjetlosti fotoćelija će kroz zatvoreni strujni krug generirati određenu jačinu struje koja se očitava na skali ampermetra baždarenoj u lux-ima. Koliku struju ćemo dobiti iz selenske fotoćelije ovisi o njenoj površini i količini svjetlosti koja će pasti na nju. Tako prosječna struja selenske fotoćelije, ovisno o tipu, iznosi od 0,03 do 0,07 uA, uz površinu ćelije od 1 cm2 i jačinu svjetla od 1 lux. Napon generiran iz selenske fotoćelije, ovisno o tipu i ovisno o osvjetljenju, kreće se u rasponu od 0 – 400 mV.
Naša fotoćelija ima promjer od 37 mm, odnosno aktivnu površinu nešto manju od 11 cm2. Mjerenjem je utvrđeno da pri punom osvjetljenju i bez opterećenja može dati struju od oko 6 uA i napon od 100 mV. Te su vrijednosti višestruko manje od očekivanih pa je moguće da je fotoćelija na kraju svog životnog vijeka. Naime, vijek trajanja selenske fotoćelije može biti nekoliko desetaka godina, a sve ovisi o uvjetima u kojima se koristi, čuva i skladišti. Tako će fotoćelije koje su izložene višim temperaturama, vlažnosti i količinama svjetla brže propadati zbog brže kemijske promjene strukture selenskog sloja. Većina selenskih senzora ima poklopac koji se skida samo tijekom mjerenja, kako selenski sloj ne bi bio stalno nepotrebno izložen svjetlu, prljavštini i mehaničkim utjecajima.
Na gornjoj slici vidimo konstrukciju selenske fotoćelije. Iako je sama konstrukcija vrlo jednostavna, postupci nanošenja slojeva zahtijevaju posebne tehnološke postupke.
MJERNI INSTRUMENT
S obzirom da je selenska fotoćelija izvor vrlo malih struja i napona, mjerni instrument mora biti vrlo osjetljiv kako bi se dobio odgovarajući otklon kazaljke. Naš ampermetar pokazuje puni otklon već kod jačine struje od svega 5,5 uA.
Vanjskim pregledom instrumenta vidi se da je kazaljka blokirana u krajnjem lijevom položaju i ne pomiče se pod mehaničkim utjecajem. Počinjemo sa rastavljanjem instrumenta kako bi se utvrdio uzrok blokade kazaljke. Pogled u unutrašnjost odmah otkriva problem: čitav statorski dio instrumenta unutar zakretne zavojnice zahvatila je korozija, koja se djelomično proširila i na vanjski statorski magnet i zavojnicu zakretnog mehanizma. Detaljnijim pregledom uočava se još jedan veći problem: korozija je uništila tanke torzione opruge koje zakretni mehanizam sa kazaljkom drže u odgovarajućem položaju unutar magnetske jezgre statora. Vjerojatno je unutrašnjost instrumenta bila izložena vlazi do te mjere da je korozija zahvatila sve nezaštićene elemente unutrašnjosti. U konačnici, ispitivanje same zavojnice ommetrom pokazalo je da je i ona u prekidu.
Korozija se još nekako pažljivo može očistiti sa magneta, no sa problemom puknutih torzionih niti mjernih instrumenta za zakretnim svitkom susretali smo se već nekoliko puta u našim objavama i tu je popravak često nemoguć ili neisplativ. Kada se k tome i pribroji neispravna zavojnica zakretnog mehanizma mogućnost popravka ovakvog instrumenta postaje vrlo upitna.
Za početak je cijeli mehanizam instrumenta rastavljen, te je uklonjena korozija sa svih metalnih dijelova. Po ostacima se vidi da je originalno bila ugrađena izuzetno tanka i osjetljiva torziona nit (opruga) što se može i očekivati kod ovako osjetljivog instrumenta. Vjerojatno nikad nećemo pronaći torzionu nit iste debljine i elastičnosti kao što je bila originalna, a također je vjerojatno nećemo ni napeti baš istom silom kako što je to bilo u originalu (torziona nit mora biti metalna, odnosno mora voditi električnu struju). Pomnijim pregledom zavojnice uočava se dio gdje je korozija nagrizla jedan njezin dio te je moguće da postoji više prekida u čitavom svitku. Kad se sve ovo zbroji, moramo se pomiriti s činjenicom da je popravak instrumenta teško izvediv, posebice jer se radi o jako osjetljivom i preciznom instrumentu gdje svaka mehanička ili električna pogreška ili odstupanje u konstrukciji dovodi do degradacije ukupnih karakteristika instrumenta i linearnosti skale.
ELEKTRONIČKA SHEMA
Luxmetar ima dva mjerna područja. Za svako mjerno područje ugrađen je potenciometar za baždarenje. Električnu shemu možemo promatrati kao strujni djelitelj. Prva strujna grana prolazi kroz potenciometre za baždarenje, a druga grana ide kroz otpornik 6,8 kΩ i struju kroz tu granu mjeri ampermetar. Prema vrijednostima otpornika struja iz izvora (fotoćelije) u najboljem slučaju (kod maksimalnih vrijednosti potenciometara) grana se u omjeru 1:5, odnosno samo petina ukupne struje prolazi kroz mjernu strujnu granu u kojoj se nalazi ampermetar.
Takva raspodjela struje se čini neracionalna, no, vidimo kako je sam instrument bez ikakvih oznaka modela i proizvođača dok je senzor u standardnoj (univerzalnoj) izvedbi. Očito je da se ovdje ne radi o nekom kompaktnom luxmetru, već doslovno o spoju nekog univerzalnog senzora sa nekim univerzalnim instrumentom. Za našu kombinaciju je dakle instrument mogao biti i manje osjetljivosti ili je selenski senzor mogao biti manjih dimenzija.
U našem slučaju otpornik u mjernoj grani ima vrijednost 6,8 kΩ, a najveća struja za puni otklon (prema naljepnici) instrumenta je 5,5 µA, pa proizlazi da bi ukupna struja koju mora dati fotoćelija za puni otklon trebala biti barem oko 30 µA na 100 luxa. Prema gore navedenim prosječnim podacima za ovakve fotoćelije, struja na 100 luxa je bi za fotoćeliju površine 11 cm² trebala biti oko 50 µA. Time se ovi podaci podudaraju sa vrijednostima elemenata koje nalazimo u našem luxmetru. No, naša fotoćelija je na kraju životnog vijeka, zakretni mehanizam instrumenta je uništen, pa u daljnje kalkulacije ovdje nećemo ulaziti.
LUX (RASVIJETLJENOST)
Čitavo vrijeme govorimo o mjernoj jedinici lux. Postoje četiri osnovne fotometrijske (svjetlotehničke) mjerne jedinice kojima se opisuje količina svjetla. Njih je najpreglednije prikazati dijagramom na kojem se najbolje uočavaju međusobni odnosi fotometrijskih veličina. Važno je uočiti mjernu jedinicu sjajnosti ili luminancije, jer je to jedina mjerna jedinica koja opisuje stvarni fiziološki učinak svjetlosti na ljudsko oko. Luminancija je dakle veličina koju ljudsko oko može direktno vidjeti. Različiti izvori mogu imati jednake jakosti svjetlosti ali različite luminancije, dakle različite sjajnosti s obzirom na to kako ih doživljava ljudsko oko. Luminancija se stoga važna u proračunima kod projektiranja unutarnje ili vanjske rasvjete.
Luminancija je, kako se vidi iz našeg dijagrama, izravno vezana uz rasvijetljenost po prostornom kutu. U slučaju da je rasvijetljenost jednaka u svim smjerovima (kao što je to obično u zatvorenim prostorijama gdje je uglavnom jednak faktor refleksije u svim smjerovima) onda se luminancija može izračunati izravno iz rasvijetljenosti, pa se i vrijednosti za unutarnju rasvjetu daju u luxima. Međutim, kod vanjske rasvjete refleksije su različite za različite prostorne kutove pa tu koristimo jedinicu luminancije (cd/m²).
Unatoč potpunoj nefunkcionalnosti našeg luxmetra, moramo priznati da je očuvanost i kompletnost kućišta vrlo dobra te će lijepo izgledati na izložbenoj polici sa ostalim električnim mjernim instrumentima. Iako je već gotovo slijep na svjetlost koja mu obasjava senzor, mi ga ipak nećemo strpati u neki (pre)mračni kutak zaborava. Jer tračak svijetlosti za njega još uvijek postoji, unatoč opisanom crnilu koje je prekrilo već veliki dio vitalnih elemenata ovog vintage mjerača svjetlosti 🙂