Einfaches & reproduzierbares Verfahren zur Messung einer LED Helligkeit

    Klar, Ulbricht Kugel, 100% reproduzierbare Messungen, LED rein, jemanden das Ding kalibrieren lasse und du hast mit rund 10.000 Euro + laufende Kosten was du willst :D
    Wenn dir das was teuer ist könntest du zumindest die mcd hiermit
    http://www.pollin.de/shop/shop…3OTYxOTk=&w=ODk4OTI5&ts=0
    messen. Soll angeblich für den Preis ganz ok sein, ist halt kein hightech-präzisions-messgerät

    Zitat von Fightclub

    Wenn dir das was teuer ist könntest du zumindest die mcd hiermit
    http://www.pollin.de/shop/shop…3OTYxOTk=&w=ODk4OTI5&ts=0
    messen.

    Dann könnte man mit dem Abstrahlwinkel auch die Lumen ausrechnen. Aber dass das genau ist (+- 5%?!) kann ich mir nicht vorstellen.


    Die Angaben bei Pollin sind meistens eh' fürn A...

    @Tech: Bei sonem Preis darfst du einfach keine Qualität verlangen, der Wert ist halt auf jeden Fall besser als wenn du sagst "das sieht jetzt aus wie..." Außerdem ist das ausrechnen des Gesamtlichtstroms da immernoch sone Sache. Schau dazu mal in ein Datenblatt von ner x-beliebigen LED und schau dir die Diagramme der Abstrahlcharakteristiken an, da wirst du sehen, dass die Übergänge fließend sind und du daher nen genauen Wert dadraus schwer berechnen kannst

    Für Helligkeitsmessungen in Lux gibt es ganz schöne ICs, die in ihrer Messcharakteristik dem menschlichen Auge sehr nahe kommen:


    von Osram: SFH5711
    von ROHM: BH1603FVC.


    Beide geben einen Strom proportional zur Lichtstärke raus, der Osram-IC auf eine logarithmischen Skala.
    Wenn jemand solche Dinger besorgt (vorzugsweise von ROHM wegen linearem Stromausgang), will ich für den Tipp auch auch einen... ^^

    Das meiner Meinung nach beste Verfahren ist mit Hilfe eines Peltierelementes: Man klebt ein Peltierelement mit 4cm x 4cm und Arctic Silver auf einen Kühlkörper mit möglichst niedrigen Wärmewiderstand, am besten einen aktiven CPU Kühlkörper.


    Dann klebt auf das Peltierlement erstmal einige kleine Widerstände,auch mit Arctic Silver oder ähnlich gutem WLK, im Idealfall sind es präzise Messwiderstände im SMD Format wobei ich mir nicht sicher bin ob es solche gibt.


    Ich habe 10 Widerstände mit je 1,8Ohm und 5% Toleranz, macht bei 10 Widerständen dann 0,5% Gesamtoleranz für die Widerstände oder +-0,09Ohm.


    Dann nimmt man eine kleine Kerze für Geburstagskuchen und schwärzt damit die Oberfläche des Peltiers samt Widerständen. Am besten lässt man etwas Ruß auf einer Metalloberfläche niederschlagen und erzeugt mit einem kleinen Pinsel und etwas Wasser schwarze Tusche und bemalt die Oberfläche des Peltiers damit. Der Grund ist dass man so die Oberfläche besser schwarz kriegt und auch keine Löcher übrig bleiben wo sich kein Ruß niederschlägt. Ohne das kann sowas schon mal passieren. Dann zündet man die Kerze an und lässt auf die angemalte Oberfläche, die schon trocken sein muss Ruß niederschlagen. Ab diesen Moment darf man die Oberfläche nicht mehr anfassen sonst wird die Rußschicht beschädigt.


    Jetzt geht man mit einem Panelmeter ran und schliesst ihn an das Peltierlement an, das Panelmeter misst dabei die Leerlaufspannung die das Peltier erzeugt.Mit einem möglichst genauen Multimeter misst man dann den Spannungsabfall an den Widerständen bei verschiedenen Strömen. Man klemmt die Messkontakte also an die beiden Kontakte der äusseren Widerstände.


    Mit der Formel U²/R=I kann man den Strom in den Widerständen berechnen. Mit der Formel I*U=P berechnet man den Leistungsfall an den Widerständen der dann als Wärmeleistung vorliegt und durch unser Peltierelement zum Kühlkörper strömt.


    Durch diesen Wärmestrom erzeugt dass Peltierelement eine Leerlaufspannung die proportional zur Wärmeleistung ist. Sprich wenn sich die Wärmeleistung auf das Doppelte erhöht, passiert das Selbige mit der Leerlaufspannung. Dass ist der Ansatz mit dem wir dann gleich die Strahlungsleistung einer Led bestimmen können.


    Man führt mehrere Messungen durch, je mehr desto besser da genauer, man fängt beispielsweise bei 50mW Leistung in den Widerständen an und notiert sich die dazugehörige Leerlaufspannung des Peltiers. Dann bei sagen wir mal 150mW, dann 300mW, 500mW, 1000mW, 1500mW, 2W und höchstens bis 3W Heizleistung und trägt jedesmal die dazugehörige Peltierspannung die man am Panelmeter abliest.



    Beispiel:
    U1: 2mV P1:50mW
    U2: 6mV P2:150mW
    U3: 12mV P3:300mW
    U4: 20mV P4:500mW
    U5: 40mV P5:1000mW
    U6: 60mV P6:1500mW
    U7: 80mV P7:2000mW
    U8: 120mV P8:3000mW



    Um jetzt die Abhängigkeit der Peltierspannug von der Leistung zu errechnen Bilden wir immer die Differenzen zwischen den Spannungen und den Leistungen und teilen dann dP/dU, hier am Bsp:
    U2-U1=dU=4mV
    P2-P1=dP=100mW
    dP/dU= 25W/V


    U3-U2=dU=6mV
    P3-P2=dP=150mW
    dP/dU=25W/V



    Das macht man dann für jeden Wert, addiert dann alle dP/dU und teilt durch die Gesamtanzahl, bildet also kurz gesagt das arithmetische Mittel.
    In den beiden Beispielen habe ich exakt 25W/V raus weil ich mir die Werte selber passend ausgesucht habe, in der Praxis wird man leicht unterschiedliche Werte herausbekommen und rechnet deswegen das Mittel aus weil man so die Genauigkeit erhöht.Nennen wir den Mittelwert Q.


    Am Ende hat man dann einen Zusammenhang in der Form W/V also Watt durch Volt, diese Einheit sagt uns dann aus wieviel Watt Heizleistung wir durch das Peltier schicken müssen damit dieses 1V Leerlaufspannung erzeugt.


    Wenn wir jetzt sagen wir mal 56,7mV am Panelmeter messen dann beträgt die Heizleistung: 25W/V*0,0567V=1,418W Wobei die letzte Stelle hier normalerweise nicht korrekt ist. Sowohl das Panelmeter bei mir als auch die Widerstände und das Multimeter haben eine Genauigkeit von 0,5% sodass bei Heizleistungen über 1W die dritte Nachkommastelle nicht mehr sicher angegeben werden kan und wir auf 1,42W aufrunden müssen.
    Nochmal die Formel zum merken: P=Q*Upelt.



    Wie misst man jetzt die Strahlungsleistung?


    Fragen sich einige. Ganz einfach: Der Ruß ist dazu da um Licht zu absorbieren also in Wärme unzuwandeln. Im sichtbaren bereich beträgt der Absorbtionskoeffizient von Ruß 0,96, dass heist 96% des sichtbaren Lichts werden absorbiert. Da unser Licht zu 96% absorbiert wird, haben wir ebenfalls eine Wärmeleistung die durch das Peltier fliesst und die wir messen können.
    Wir müssen das Ergebnis am Ende nur noch durhc 0,96 teilen oder mit dem Kehrwert mutlitplizieren um auf das richtige Ergebnis zu kommen. Sonst messen wir systematisch um 4% zu wenig.



    Ich habe schon Testweise gemessen und kamm bei den R2 hier aus dem Shop auf 0,698mW Strahlungsleistung bei 700mA und fast perfekter Kühlung. Die Chiptemperatur müsste um die 50°C gelegen haben.


    Wenn man einen CPU Kühler verwendet muss man sicherstellen dass sein Luftstrom die Peltieroberfläche nicht berührt und am besten gar nicht erst in die Nähe kommt, sonst wird das Messergebnis verfälscht. Am besten man bauet entweder einen Luftkanal oder nimmt massives Aluminium mit sehr hoher Wärmekapazität und möglichst kleinen Wärmeübergangswiderstand.


    Ich hoffe das ist soweit verständlich, viel besser kriege ich es jetzt am Morgne direkt nach dem Aufwachen nicht hin.

    jetzt mal ne grundsätzliche frage zum verständnis.. hab die pix von deinem aufbau ja schon gesehen, aber mir is immer noch net klar wie die widerstände da mit irgendwas leitend verbunden sind. die kühl odeer heizflächen sind afaik aus irgendwas nichtleitendem und alle stromführenden bauteile befinden sich zwischen diesen platten.

    Die Widerstände sind wärmeleitend verbunden, sie erzeugen die Wärmeleistung die wir brauchen um die Abhängigkeit der Peltierspannung vom Wärmestrom zu bestimmen.
    Da sie einfachste ohmsche Verbraucher sind können wir auch an ihnen ganz leicht die Verlustleistung bestimmen indem wir den Spannungsabfall quadrieren und durch den Widerstand teilen: P=U²/R
    Angeschlossen werden die Widerstände also nur beim kalibrieren an ein Labornetzteil mit dem man die Ausgangspannung einstellen kann.
    Wenn man so etwas nicht hat dann nimmt man ein Schaltnetzteil+Leistungstransistor+Potentiometer. Parallel dazu muss man dann natürlich ein Multimeter klemmen der den Spannungsabfall an den Widerständen misst.



    Bei der eigentlichen Messung tun die Widerstände dann gar nichts mehr.

    Hier mal ein Bild des Grundaufbaues mit dem Hauptkühlkörper und Alugrundplatte.
    Dabei strahlte ich das Peltierelement mit der Penny Luxeon 1 Taschenlampe aus 30cm Entfernung und ziemlich leeren Batterien an.
    Bei einem Q von 16W/V welches ich gemessen habe macht das 16W/V*0,0016V=96mW, 96mW/0,96=100mW Strahlungsleistung, also nicht so berauschend.
    Eine Cree R2 auf 700mA, 2,35W und 1mm Entfernung der Ledlinse von der Peltieroberfläche erzeugt daggen locker 40mV oder 667mW Strahlungsleistung.
    Zwei meiner R2 liegen sogar noch leicht drüber. :thumbup:


    Man kann mit ein bischen Rechnen auch die durchschnittliche Intensität also W/m² auf der Peltieroberfläche ausrechnen.
    Bsp: Meine Lampe aus 3 XR-E R2 erzeugt eine Peltierspannung von 29,8mV bei einer Entfernung von 4cm des Reflektors von der Peltieroberfläche.


    Macht also 16W/V*0,0298V=0,477W, 0,477W/0,96=497mW


    Die Fläche des Peltiers die angestrahlt wird ist: 4cm*4cm=0,0016m²


    0,497W/0,0016m²=310W/m²


    Das ist vorallem interesant bei Pflanzenexperimenten und ähnlichen Versuchen wo es auf die Strahlungsleistung pro Fläche ankommt.

    Nette Konstruktion. Aber damit hat man natürlich nur die Strahlungsleistung (auf einer bestimmten Fläche), was sicherlich sehr sehr interessant ist. (Muss ich mir auch mal nachbauen.) Mit der Helligkeit hat das aber erst bedingt was zu tun. Dafür muss man die Leistung noch mit der Empfindlichkeitskurve des Auges gewichten, wofür man wiederum das Emissionsspektrum braucht.

    Ähm wozu willst du die Strahlungsleistung mit der Augenempfindlichkeit multiplizieren wenn das der Hersteller schon tut?
    Oder was meinst du was der Lichtstrom in Lumen aussagt? :D


    Klar das Spektrum dazu wäre nett und der genaue Lichtstrom aber da vertraue ich schon Cree, wenn man sich die Strahlungsleistung anguckt dann müssen die Werte auch stimmen.

    Wenn ich mir 'ne Lampe baue mit Reflektor oder Lampenschirm oder indirekter Beleuchtung oder was auch immer, reicht die Angabe, was die Lichtquelle selbst unter bestimmten idealen Bedingungen liefert, nicht aus. Ich möchte wissen, was zum Beispiel bei einer Schreibtischlampe am Arbeitsplatz ankommt. Dafür muss ich die Helligkeit messen, nicht die Strahlungsleistung. Die Lumen-Angabe des Herstellers bei 25°C Chiptemperatur und 728A reicht mir da auch nicht aus. Die Strahlungsleistung hilft erstmal nur bei der Beurteilung der Effizienz und der Kühlungsauslegung (oder bei Datenübertragung, aber das machen wir hier ja i.A. nicht).

    Da hast du John nicht ganz richtig verstanden.
    Du kannst doch mit Hilfe des Datenblattes direkte rückschl+üsse auch Lumen machen, wenn du die strahlungsleistung kennst.


    Für Cd messungen gibt es billige messgeräte, damit kannst du bestimmen wie hell die lampe deinen schreibtisch macht.




    Gruß, Max

    Erstens kenne ich nur wenige LED-Datenblätter, in denen auch die Strahlungsleistung angegeben wird (eigentlich nur für IR- und UV-Dioden) und zweitens war doch die Frage nach einem einfachen und reproduzierbaren Verfahren zur Messung einer LED Helligkeit (Zitat des Threadtitels). Zu den Slotleds habe ich z.B. kein Datenblatt. Wie hell die sind, würde mich aber auch mal interessieren.
    Und zu den einfachen Messgeräten: die messen meistens Lux und wie deren spektrale Empfindlichkeit ist, weiß man meistens nicht. Ich habe jedenfalls einen älteren Helligkeitssensor, dessen Empfindlichkeit 'ungefähr' der Augenempfindlichkeit entspricht, mit leichter Rotbetonung. Der will mir aber weißmachen, dass eine Energiesparlampe, die nach meiner Empfindung ungefähr genauso hell ist, wie die ursprüngliche Glühlampe, nur etwa ein fünftel der Beleuchtungsstärke in Lux liefert wie die Glühlampe. Es ist also enorm wichtig, die richtigen Messmittel zu wählen und von den genannten Bausteinen gibt es halt die Datenblätter und Vergleichsmessungen, so dass ich hier den Selbstbau mit eben diesen Bausteinen empfehlen würde.



    Wie man jetzt aus der Strahlungsleistung mit Hilfe des LED-Datenblattes auf den Lichtstrom kommt, würde ich gerne mal sehen. Ich lerne gerne etwas neues, bitte aber um ein Beispiel... ?( ?( ?(

    Ok vieleicht denke ich zu physikalisch, weil in dem Fall ist die Strahlungsleistung die Grösse mit der meisten Ausagekraft.


    In dem Fall vertrau ich einfach Cree, habe auch Grund genug dazu da die Strahlungsleistung ziemlich gut passt.
    Wenn ich also bei der R2 700mW bei 700mA messe und laut dem Binning müssten es um die 202Lumen sein dann reicht mir das.


    NOX


    Das ist ein 4cm x 4cm 12V und 90W Peltierelement welches ich billig von Wiamp bekommen habe. Kannst ihn ja mal anschreiben.