Bài viết trình bày việc nghiên cứu phát triển hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi (VMI-PR-006) dùng để hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn, dựa trên cơ sở phương pháp so sánh với quang kế chuẩn đã biết.
Trang 1NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG CHUẨN
THANG ĐỘ NHẠY, ĐỘ RỌI TẠI VIỆN ĐO LƯỜNG VIỆT NAM
Cao Xuân Quân*, Hoàng Ngọc Dũng, Lê Ngọc Hiếu,
Lê Thị Thu Thủy, Nguyễn Thị Huyền
Tóm tắt: Trong lĩnh vực đo lường quang tại Việt Nam , hệ thống chuẩn thang độ
nhạy độ rọi rất cần thiết được phát triển Hiện nay, có hai phương pháp được sử dụng
để phát triển hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi, đó là phương pháp sử dụng nguồn
sáng chuẩn (đèn chuẩn cường độ sáng) và phương pháp so sánh với quang kế chuẩn
đã biết giá trị thang độ nhạy độ rọi Tuy nhiên, các phương pháp được phát triển ra
hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi với mục tiêu có độ không đảm bảo đo nhỏ
Trong công trình này, chúng tôi nghiên cứu phát triển hệ thống chuẩn thang độ nhạy
độ rọi (VMI-PR-006) dùng để hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn, dựa
trên cơ sở phương pháp so sánh với quang kế chuẩn đã biết
Từ khóa: Đo lường quang, Thang độ nhạy độ rọi (A/lx), Quang kế chuẩn, ĐLVN 257:2014
1 GIỚI THIỆU
Thang độ nhạy độ rọi của quang kế chuẩn (A/lx) có vai trò đặc biệt quan trọng dùng để thiết lập cường độ sáng, quang thông, độ nhạy độ rọi của quang kế chuẩn,
độ rọi chuẩn [1,6,7,8] Đặc biệt, trong nội dung ĐLVN 257:2014, yêu cầu kỹ thuật đối với quang kế chuẩn dùng để kiểm định phương tiện đo độ rọi là được dẫn xuất
từ thang độ nhạy độ rọi của quang kế chuẩn với độ không đảm bảo đo mở rộng U ≤ 1,0% (k=2) [9]
Hiện nay, hầu hết các phòng Đo lường quang học tại các Viện Đo lường Quốc gia (NMIs-National Institute of Metrology) đã nghiên cứu phát triển hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi trên cơ sở phương pháp so sánh với quang kế chuẩn đã biết thang độ nhạy độ rọi (A/lx) Trong phương pháp này, thang độ nhạy độ rọi chuẩn (A/lx) của quang kế chuẩn cần hiệu chuẩn được xác định dựa trên thang độ nhạy độ rọi của quang kế chuẩn (A/lx) đã biết Thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn cần hiệu chuẩn được tính biểu thức sau [1, 3, 4]:
T
v
y s y
s
(1) trong đó, s v T, s v R tương ứng là độ nhạy độ rọi của quang kế cần hiệu chuẩn và quang kế chuẩn (A/lx),y , T y tương ứng là dòng quang đo được từ quang kế cần R
hiệu chuẩn và quang kế chuẩn (A),CCF R là hệ số hiệu chính màu và được tính theo biểu thức[3]:
d S e
d V e
d V e
d S e CCF
rel t t
s
rel s
(2)
Trang 2trong đó, e là phân bố phổ nguồn sáng A (CIE illuminant A), s e là phân bố phổ t
nguồn sáng dùng cho hiệu chuẩn độ nhạy độ rọi đo bằng thiết bị đo phổ bức xạ, S rel
là độ nhạy phổ tương đối của quang kế chuẩn, V là hàm độ nhạy phổ mắt người Trong công trình này, chúng tôi đã nghiên cứu phát triển hệ thống chuẩn thang
độ nhạy độ rọi Phương pháp hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi của quang kế chuẩn cần hiệu chuẩn là phương pháp so sánh với thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn tại các khoảng cách khác nhau Chúng tôi đã sử dụng hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi được nghiên cứu phát triển (VMI-PR-006) để tiến hành hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi của quang kế chuẩn (P11FOT-AG*; S/N: 12B236) và có tính đến hệ số En
2 THỰC NGHIỆM
Trong bài báo này, chúng tôi thực hiện nghiên cứu xây dựng hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi VMI-PR-006 do nhóm nghiên cứu chế tạo tại VMI
đã sử dụng quang kế chuẩn (model: P30SCT; S/N: 09B622; U= 0,8%; Hãng LMT-Đức) và thiết bị đo dòng nhỏ (Pico-ammeter, Keithley 6485) để đo dòng quang Đối tượng nghiên cứu là quang kế chuẩn cần hiệu chuẩn (P11FOT-AG*; S/N: 12B236) Sơ đồ hệ thống chuẩn VMI-PR-006 được biểu diễn trên hình 1
Hình 1 Sơ đồ hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi (VMI-PR-006)
Chúng tôi sử dụng đèn chuẩn Tungsten halogen (P = 1kW, FEL) được lắp đặt trên giá trắc quang và căn chỉnh thông qua thiết bị định tâm bằng laser Điều kiện làm việc của đèn chuẩn với nhiệt độ màu TC = 2700 K ÷ 3200 K được xác định thông qua thiết bị đo phổ bức xạ CS-2000A (Konica Minolta, Japan)
Trang 33 KẾT QUẢ, THẢO LUẬN
Điều kiện làm việc của đèn được xác định bằng cách khảo sát ảnh hưởng của điện
áp đến nhiệt độ màu đặc trưng của đèn Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành tăng dòng nuôi cho đèn chuẩn đến khi đèn chuẩn phát xạ ra nhiệt độ màu đặc trưng (CT = 2856K), thời gian thực hiện tăng dòng nuôi t 2 phút Đồ thị sự phụ thuộc của nhiệt độ màu vào điện áp của đèn chuẩn được biểu diễn trong hình 2 dưới đây
Hình 2 Đồ thị phụ thuộc của nhiệt độ màu vào điện áp của đèn chuẩn
Từ kết quả thu được trên hình 2, chúng ta có thể xác định được điều kiện làm viêc của đèn chuẩn Như vậy, vùng điện áp (V) cung cấp làm cho đèn chuẩn phát
xạ ra bức xạ có nhiệt độ màu đặc trưng CT = 2856 K được xem là vùng điện áp (V) được lựa chọn để làm việc của đèn chuẩn Có thể thấy, điện áp làm việc của đèn chuẩn là khoảng U = 92,12 V 92,23 V
Để đánh giá mức độ tin cậy của hệ thống chuẩn VMI-PR-006 (VMI) dùng để hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi của quang kế chuẩn (A/lx) Chúng tôi tiến hành hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi của quang kế chuẩn cần hiệu chuẩn (P11FOT-AG*; S/N: 12B236, hãng LMT, Germany) được thực hiện trên hệ thống chuẩn VMI-PR-006 (VMI) Kết quả thu được được tổng hợp trong bảng 1 và 2 dưới đây
Bảng 1 Kết quả hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi của quang kế chuẩn ( P11FOT-AG*)
trên hệ thống chuẩn VMI-PR-006
TT
Mức độ rọi chuẩn (lx)
Dòng quang (nA)
Giá trị độ nhạy được xác định trên hệ VMI-PR-006
Sv, (A/lx)
Trang 4Bảng 2 Ước lượng độ không đảm bảo đo phép hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi
của quang kế chuẩn ( P11FOT-AG*)[5,6]
Các thành độ
không đảm
bảo đo
đo chuẩn thành phần tương đối )
( y
u r [%]
Hệ số nhạy
i
c
y u
c i r
%
rep
R
r y
align
R
y
r
instrument
R
r y
straylight
R
r y
cal
R
v
r S
rep
T
y
r
đo lặp quang kế chuẩn cần hiệu chuẩn
straylight
T
r y
instrument
T
r y
align
T
y
r
quang kế chuẩn cần hiệu chuẩn
r repro
T
v
c
r S
T
v
r S
Độ không đảm bảo đo mở rộng thu được khi hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn (P11FOT-AG*) trên hệ thống chuẩn VMI-PR-006 có giá trị là U = 0,92% với hệ số phủ k = 2 Kết quả này cho phép nhận thấy hệ thống chuẩn VMI-PR-006 được nghiên cứu xây dựng có độ chính xác cao tương đương với các hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi trong khu vực Để khẳng định kết luận này,
Trang 5chúng tôi tiến hành so sánh kết quả hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi của quang kế chuẩn trên hai hệ thống chuẩn VMI-PR-006 và KRISS [2] Kết quả so sánh được chỉ ra trong bảng 3 sau đây
Bảng 3 Kết quả so sánh phép hiệu chuẩn độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn giữa
hai hệ đo VMI-PR-006 và KRISS[7,8,9]
Mức độ rọi
(lx)
Độ nhạy độ rọi
Sv (nA/lx)
Sai lệch tuyệt đối
Sv (nA/lx)
Từ bảng 3, dễ dàng nhận thấy, chênh lệch độ nhạy độ rọi trung bình tại các mức độ
rọi ((VMI-PR-006/KRISS)-1) là: 0,0093 (nA/lx) ~ 0,93%
Với kết quả hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn (P11FOT-AG*; S/N: 12B236) trên hệ thống chuẩn VMI-PR-006 (VMI) và hệ thống chuẩn của (KRISS) [2], với chỉ số En đã được tính có giá trị En = 0,69 < 1
4 KẾT LUẬN
Chúng tôi đã nghiên cứu xây dựng hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi VMI-PR-006 sử dụng để tiến hành hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn Kết quả khi sử dụng hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi VMI-PR-006 để tiến hành hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi của quang kế chuẩn (P11FOT-AG*) đạt được độ không đảm bảo đo mở rộng ước lượng khoảng U = 0,92%, k = 2 Chúng tôi đã tiến hành so sánh kết quả hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn
(P11FOT-AG*; S/N: 12B236) trên hệ thống chuẩn VMI-PR-006 (VMI) và hệ thống chuẩn của (KRISS), với chỉ số En đã được tính có giá trị En = 0,69 < 1
Có thể kết luận rằng, hệ thống chuẩn VMI-PR-006 mà chúng tôi nghiên cứu xây dựng trên cơ sở phương pháp so sánh với quang kế chuẩn đã biết thang độ nhạy độ rọi (A/lx) có độ chính xác cao tương đương với hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi của các NMIs trong khu vực
Lời cảm ơn: Nhóm tác giả cảm ơn sự tài trợ về kinh phí của Viện Đo lường Việt Nam
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] CasimerDeCusatis, “Handbook of Applied photometry”, Spinger, 1998
[2] KRISS, “Certificate of Calibartion for photometer head P11FOT-AG/SN:
12B236”, 2015
[3] Yoshihiro Ohno, “NIST measurement services: Photometric calibrations”,
NIST Special Publication 250-37, pp.13-14, 1997
Trang 6[4] KRISS, “Illuminance Responsivity, Tungsten source, illuminance meter (CMC
1.2.1): Center for Temperature and Light”, Division of Physical Metrology,
2010
[5] “Hướng dẫn đánh giá và trình bày độ không đảm bảo đo”, ĐLVN 131:2004
[6] Luminous intensity calibration procedure: PR-CP-02
[7] Cao Xuân Quân, “Độ nhạy độ rọi – Quy trình hiệu chuẩn”, V11.M-01.10 [8] Cao Xuân Quân,“Phương tiện đo độ rọi-Quy trình hiệu chuẩn”, V11.M-03.10 [9] “Phương tiện đo độ rọi - Quy trình kiểm định: ĐLVN 257:2014”, Tổng cục
Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng, 2014
ABSTRACT
REASEARCH AND DEVELOPMENT
OF ILLUMINACE RESPONSIVITY SCALE STANDARD SYSTEM
AT THE VIETNAM METROLOGY INSTITUTE
In the field of Photometry and Radiometry in Vietnam, Metrology, the Illuminance responsivity standard system need to be developed Nowadays, there are two methods to develop the Illuminance responsivity scale standard system One of them uses a standard light source (Luminous intensity standard lamp) and the other is the method of comparison with a standard photometer head with Illuminance responsivity value However, the methods developing Illuminance responsivity scale standard system with objective are small uncertainty In this work, the Illuminance responsivity scale standard system (VMI-PR-006) using to calibrate illuminance responsivity of photometer based on the method of comparison with a used standard photometer head
Keywords: Photometry and Radiometry, Illuminance responsivity scale (A/lx), Standard photometer, ĐLVN
275 : 2014
Nhận bài ngày 12 tháng 10 năm 2016 Hoàn thiện ngày 16 tháng 11 năm 2016 Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 02 năm 2017
Địa chỉ: Viện Đo lường Việt Nam;
*Email: quancx@vmi.gov.vn