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Roboter-Goniophotometer im Kalibriereinsatz

26.10.2010

Der Lichtstrom ist die technisch und wirtschaftlich wichtigste photometrische Größe. Seine Einheit Lumen (lm) wird ausgehend von der SI-Lichtstärke-Einheit Candela (cd) fundamental goniophotometrisch abgeleitet. Dabei führt ein sog. Goniophotometer einen photometrischen Empfänger um die Lichtquelle herum und erfasst die Lichtstärke der Lichtquelle in allen Raumrichtungen. Durch Integration über alle Raumrichtungen im Goniophotometer wird eine Lichtquelle als Transferstandard bezüglich der Lichtstromeinheit Lumen kalibriert. Die photometrische Empfindlichkeit des verwendeten Empfängers ist an den Hellempfindlichkeitsgrad V (λ) angepasst und wird über einen Vergleich mit einem Transferstandard für die Lichtstärke-Einheit Candela bestimmt.

Als Goniophotometer steht jetzt ein sog. Roboter-Goniophotometer zur Verfügung (siehe Abb. 1). Die metrologisch korrekte Arbeitsweise des Roboter-Goniophotometers wurde durch einen internen Vergleich zu Ergebnissen eines früheren Kardan-Goniophotometers durchgeführt. Dazu wurden neun individuelle Lichtstrom-Transferstandards - d.h. wissenschaftliche Glühlampen unterschiedlichsten Typs und äußerst unterschiedlicher Lichtstärkeverteilungskörper - mit dem neuen Roboter-Goniophotometer gemessen. Abbildung 2 zeigt beispielhaft den Lichtstärkeverteilungskörper einer solchen Lichtquelle. Die photometrische Historie dieser Lichtstrom-Transferstandards reicht teilweise mehr als 20 Jahre zurück, d.h. auch ihr Alterungsverhalten ist sehr gut bekannt. Sie erlaubt die Extrapolation der Lichtstromwerte über die für Messungen nötigen kurzen Brennzeiten. Im Mittel wurden Abweichungen im Wert des Lichtstroms von nur -0.08% gegenüber dem aus den alten Messungen erwarteten Wert gefunden. Diese Abweichung liegt außerordentlich gut innerhalb der beigeordneten Standardmessunsicherheit. Zwischen der alten Kardan-Goniophotometer Realisierung und der neuen Roboter-Goniophotometer Realisierung der Lichtstromeinheit existiert damit metrologisch kein Unterschied.

Abb. 1: Roboter-Goniophotometer mit Messrobotern (rechts u. links) und Roboter zur Positionierung der zu kalibrierenden Lichtquelle (Mitte)

Abb. 2: Lichtstärkeverteilungskörper einer wissenschaftlichen Glühlampe gemessen mit dem PTB-Roboter-Goniophotomter. Lampe vom Typ Wi40/OSRAM, Transferstandard für die Lichtstromeinheit Lumen (lm).