Danas je nabavljen svjetlomjer oznake 102937 EBLX 2 njemačkog proizvođača Hartmann & Braun iz 1960-tih godina. Općenito o svjetlomjerima i svjetlosnim senzorima možete pročitati u objavi LUXMETER Dr. Bruno Lange.
Tvrtka Hartmann & Braun (H&B) osnovana je 1882. godine kao nasljednica dotadašnje proizvodne radionice pod nazivom „Optische Anstalt, physikalisch astronomische Werkstätte“ u vlasništvu Eugena Hartmanna, a koja se bavila proizvodnjom optičkih uređaja te mehaničkih i geodetskih instrumenata. Te 1882. godine Hartmann je ostvario partnerski odnos sa Wunibald Braunom (brat njemačkog fizičara Karla Ferdinanda Brauna, konstruktora prvog osciloskopa sa CRT cijevi i dobitnika nobelove nagrade za fiziku temeljem zasluga u razvoju bežične telegrafije), a težište razvoja i proizvodnje je ubrzo stavljeno na električne mjerne instrumente. Tijekom 2. svjetskog rata Hartmann & Braun bila je vrlo važna njemačka tvrtka i zapošljavala je oko 1000 radnika s time da se još oko 340 žena uglavnom iz Ukrajine, Rusije i Bjelorusije koristilo kao prisilna radna snaga. Pri kraju rata dio pogona tvrtke uništen je u savezničkim bombardiranjima, a dio je privremeno oduzet od strane američke vojske. Nakon 1950-ih godina tvrtka se polako oporavlja i okreće svjetskom tržištu te samostalno posluje sve do 1999. godine kada je pripojena ABB koncernu.
Dva staklena elementa predstavljaju svojevrsne “svjetlovode” kojima se po potrebi osvjetljava skala instrumenta. Unutar termootpornih bužira nalaze se male žaruljice 1,35V/50mA koje se napajaju baterijom smještenom u posebno kućište koje se utakne na gornju stranu instrumenta. Osvjetljenje se uključuje pomoću crnog tipkala na gornjoj desnoj strani instrumenta. Sam mjerni instrument ima prozirnu plastičnu bočnu stranu preko koje se svjetlost sa svjetlovoda dalje raspršuje po skali instrumenta.
Svjetlomjer EBLX 2 može mjeriti jačinu osvjetljenja do 6000 luksa s time da je u stanju precizno mjeriti i vrlo slaba osvjetljenja: najniži mjerni opseg je do 0,75 luksa gdje jedna podjela skale iznosi 0,025 luksa. To je otprilike jačina osvjetljenja koju daje noćno nebo sa polumjesecom dok ćemo za naš instrument maksimalnih 6000 luksa osvjetljenja imati u nekoj sjeni tijekom ljetnog sunčanog dana. Za prostorije u kojima se kreću ljudi osvjetljenje se kreće u rasponu od 20-200 luksa za slabo osvijetljene prostore (hodnici, garaže, spavaće sobe i slično) pa do nekih 1000 luksa za dobro osvijetljene svakodnevne prostore (radionice, učionice, laboratoriji, blagovaonice i slično). Naravno, za neke precizne poslove dio radnog prostora može se osvijetliti jačinom i do 20 000 luksa, dok primjerice izravno sunce osvjetljava površinu zemlje jačinom od preko 100 000 luksa.
Lijevo je potpuno otkrivena cijela površina selenskog foto-senzora (promjera 65 mm) i on se kao takav koristi samo za tri najniža mjerna opsega (kod osvjetljenja do 3 luksa). Za sva ostala mjerenja selenski foto-senzor se prekriva posebnim filtrom oznake A3 namijenjen isključivo za svjetlomjere serije 102937.
Svjetlomjer EBLX 2 koristi selenski foto-senzor te ima ukupno 13 mjernih opsega. Na šest viših opsega mjerenje se vrši izravno preko struje koju daje foto-senzor, a na sedam nižih opsega koristi se ugrađeno tranzistorsko pojačalo. Također, za deset viših opsega senzor se prekriva posebnim polupropusnim filtrom, a na tri najniža opsega mjerenje se vrši izravno bez filtra.
Za uređaj nismo pronašli nikakvu dokumentaciju pa smo napravili neka mjerenja. Ovdje ćemo prvo navesti jednu zanimljivost koja nam se dogodila prilikom mjerenja. Naime, mjerenjem struje i napona koji proizvodi foto-senzor nikako nismo uspijevali dobiti stabilne vrijednosti na istosmjernim mjernim opsezima. Sve je upućivalo na izmjeničnu struju što je posve neočekivano za selenski foto-senzor. Na kraju smo napon pogledali na osciloskopu koji je prikazao karakterističan oblik punovalno ispravljenog mrežnog napona, odnosno poluperiode frekvencije 100 Hz. Ispostavilo se da je mrežni napon za pogon stolne LED lampe kojom smo osvjetljavali senzor punovalno ispravljen bez ikakvih filtera te je zapravo LED lampa treperila u ritmu takvog napona. Interesantno je da je LED lampa jačinom svjetla toliko vjerno pratila punovalne poluperiode napona i da je selenski senzor također toliko vjerno reagirao na iste, da smo na kraju iz senzora na osciloskopu dobili punovalne polu-sinusoide posve bez izobličenja, jednako kao da smo napon doveli izravno iz ispravljača. Naravno zbog tromosti ljudskog oka treptanje frekvencijom 100 Hz je neprimjetno, no ovakav napon treba mjeriti na RMS izmjeničnom opsegu kako bi se dobila njegova efektivna vrijednost. Ovaj efekt u puno manjem obimu prisutan je i kod nekih žarulja sa žarnom niti koje se napajaju izmjeničnom gradskom mrežom, tako da je za naša mjerenja senzor najbolje osvjetljavati nekim izvorom koji se napaja istosmjernim naponom.
Izmjerili smo osnovne karakteristike na najvišem i najnižem izravnom mjernom opsegu:
- pri osvjetljenju od 150 luksa senzor može isporučiti napon od najviše 159 mV ili struju od najviše 37 µA
- pri osvjetljenju od 6000 luksa senzor može isporučiti napon od najviše 313 mV ili struju od najviše 1435 µA
- unutarnji otpor instrumenta na opsegu 150 luksa je 620 Ω
- unutarnji otpor instrumenta na opsegu 6000 luksa je 15,9 Ω
- indikacijskom instrumentu sa permanentnim magnetom i zakretnim svitkom za puni otklon skale potrebna struja jakosti 10 µA dok mu unutarnji otpor sa uračunatim paralelno spojenim kalibracijskim otpornicima iznosi 2280 Ω (čisti otpor instrumenta je 2160 Ω)
S obzirom na unutarnji otpor indikacijskog mjernog instrumenta od 2160 Ω i ukupni unutarnji otpor instrumenta od 15,8 – 620 Ω (ovisno o opsegu) jasno je da princip mjerenja temelji na mjerenju struje (raspodjeli struje) koju daje selenski foto-senzor kroz indikacijski mjerni instrument i kroz paralelno spojene mjerne otpornike. Pošto je selenski foto-senzor vrlo slab izvor struje, pad napona će na unutarnjem otporu instrumenta biti velik, a unutarnji otpori su tako odabrani da je pad napona na svakom opsegu na 22,8 mV. Iz svega ovoga možemo izvesti principijelnu shemu našeg svjetlomjera za navedena dva opsega.
Kao što smo već rekli na sedam nižih mjernih opsega koristi se tranzistorsko pojačalo jer su struje i naponi iz selenskog foto-senzora preslabi da bi pokretali indikacijski mjerni instrument. Koristi se pojačalo sa dvostrukim NPN silicijskim tranzistorom BFY 92 (ITT) te se gotovo sigurno radi o diferencijalnom spoju pojačala. Pojačalo se napaja preko tri baterije 1,5 V i to tako da se jedna koristi kao referentni napon, a druge dvije su spojene u seriju za napajanje diferencijalnog pojačala. Pojačalo uspoređuje napone sa referentnog izvora i sa foto-senzora te na osnovu njihove razlike daje izlaznu struju za mjerni instrument. S obzirom da bateriji kao referentnom izvoru trošenjem pada napon prije svakog mjerenja potrebno je izvršiti kalibraciju, odnosno dovesti u ravnotežu ulazne napone u diferencijalno pojačalo kako bi izlaz bio nula kada nema napona sa foto-senzora.
Na zadnjoj strani instrumenta je shema postupka kalibracije diferencijalnog pojačala:
- okretna sklopka se postavi u položaj “O” gdje se kazaljka bijelim potenciometrom podesi na nulu
- okretna sklopka se postavi u položaj “crno U” gdje se očita vrijednost napona
- okretna sklopka se postavi u položaj “crveno U” gdje se kazaljka crvenim potenciometrom podesi na vrijednost napona koju smo očitali u 2. koraku
Time je diferencijalno pojačalo kalibrirano i instrument je spreman za mjerenje u rasponu 0,025 – 60 luksa. Bijeli potenciometar kombiniran je sa sklopkom kojom se može isključiti napajanje pojačala.
Svjetlomjer EBLX 2 sukladno svojem godištu koristi tipove baterija koje su danas već istisnute iz upotrebe. Za diferencijalno pojačalo to su baterije koje dimenzijama odgovaraju točno polovici standardne AA baterije (14×25 mm). Danas su još nabavljive litijeve baterije ovih dimenzija sa nazivnim naponom 3,6 V ali za naš su svjetlomjer potrebne baterije napona 1,5 V. S obzirom da iste već dugo nisu dobavljive prijašnji vlasnik je problem riješio tako da je izvode ovih baterija doveo na dvije utičnice (audio 2,5 mm) montirane na baterijsko kućište. Tako se preko kabla mogu jednostavno spojiti standardne vanjske baterije ili kakav drugi odgovarajući izvor napona. Zahvaljujući domišljatosti oko improvizacije kontakata originalnih baterija sam instrument se nije uopće modificirao osim što su izbušene dvije rupice za smještaj utičnica.
Inovativni način na koji su kontakti baterijskih članaka izvedeni na vanjske priključnice…
Na vrhu svjetlomjera nalazi se odvojivo kućište za bateriju koja služi samo za osvjetljenje skale instrumenta kad se mjeri u uvjetima malog osvjetljenja. I ovdje je predviđeno korištenje danas zastarjelog tipa baterije napona 3 V, no u kućištu ima mjesta za smještaj i dviju standardnih AAA baterija.
Naš primjerak svjetlomjera Hartmann & Braun EBLX 2 na testu se pokazao električki potpuno ispravnim. Selenski foto-senzori skloni su degradaciji svojih karakteristika tijekom dužeg vremena ili ako su bili stalno izloženi jačim osvjetljenjima. Nemamo nikakve podatke ni za svjetlomjer ni za senzor, no usporedbom s modernim svjetlomjerom dobili smo vrlo slična očitanja tako da vjerujemo da je selenski senzor još uvijek u dobroj kondiciji. Prednost analognog svjetlomjera, kao uostalom i svakog drugog analognog instrumenta je u tome što su bolje uočljive dinamičke promjene vrijednosti, odnosno prema gibanju kazaljke odmah uočavamo u kojem smjeru i kojom brzinom se mijenjanju mjerene vrijednosti. Digitalni svjetlomjeri opet imaju izravna očitanja i automatske kalibracije pa se ne treba zamarati mjernim opsezima i preračunavanjima očitanih vrijednosti. Bilo bi zgodno imati elektroničku radionicu uniformno osvijetljenu sa nekoliko tisuća luksa, no rijetko tko si može priuštiti tako skupu i složenu rasvjetu. Moja radionica je u prosjeku osvijetljena sa nekih 500 luksa, a kad zatreba jače svjetlo onda se ta površina dodatno osvijetli LED lampom (100 W) koja sa visine od 50 cm osvjetljava površinu jačinom od gotovo točno 4000 luksa, jednako izmjereno i digitalnim i analognim svjetlomjerom 🙂