Einführung
Digitale Luxmeter werden in der Gebäudebeleuchtung, Industrie, in Büros, Schulen, Krankenhäusern, Verkaufsflächen, der Fotografie, Landwirtschaft und in Laboren eingesetzt, um die Beleuchtungsstärke auf Arbeitsflächen oder an definierten Messpunkten zu bestimmen. Zuverlässige Messwerte sind für die Überprüfung von Beleuchtungsanlagen, Vor-Ort-Messungen und die Bewertung der Beleuchtungsqualität von großer Bedeutung.
In der Praxis kann es vorkommen, dass zwei Luxmeter am gleichen Messort unterschiedliche Werte anzeigen oder dass dasselbe Gerät bei wiederholten Messungen geringfügig abweichende Ergebnisse liefert. Dies bedeutet nicht zwangsläufig, dass das Messgerät fehlerhaft ist.
Das Messergebnis wird nicht ausschließlich von der angegebenen Genauigkeit des Luxmeters bestimmt. Auch spektrale Anpassung, Kosinusbewertung, Stabilität der Lichtquelle, Messposition, Umgebungsbedingungen, Kalibrierzustand und Bedienung spielen eine Rolle.
Wer diese Einflussgrößen kennt, kann stabile, reproduzierbare und zuverlässige Beleuchtungsstärkemessungen durchführen.
Das Wichtigste im Überblick
● Die Genauigkeit beschreibt, wie nahe ein Messwert am Referenzwert der Beleuchtungsstärke liegt.
● Die angegebene Gerätegenauigkeit ist nicht der einzige Einflussfaktor auf das Messergebnis.
● Spektrale Anpassung und Kosinusbewertung sind wichtige Qualitätsmerkmale eines Luxmeters.
● Veränderungen der Lichtquelle, Messposition, Umgebungsbedingungen und Bedienung können Messwerte beeinflussen.
● Einheitliche Messbedingungen und eine geeignete Kalibrierung verbessern Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit.
Was bedeutet die Genauigkeit eines Luxmeters?
Die Messgenauigkeit beschreibt, wie nahe der angezeigte Wert eines Luxmeters an einem Referenzwert der Beleuchtungsstärke liegt.
Beträgt die Referenzbeleuchtungsstärke unter stabilen und kontrollierten Bedingungen beispielsweise 1.000 lx und liegt der Messwert des Geräts nahe an diesem Wert, ist die Messabweichung gering. Eine größere Differenz weist auf eine entsprechend größere Abweichung hin.
In technischen Daten können Genauigkeitsangaben beispielsweise wie folgt angegeben werden:
● ±3 %
● ±4 %
● ±5 %
● ±(3 % vom Messwert + 10 Digits)
Die konkrete Angabe kann vom Messbereich, der verwendeten Referenzlichtquelle, den Umgebungsbedingungen und den Prüfbedingungen des Herstellers abhängen. Beim Vergleich verschiedener Luxmeter sollte daher nicht ausschließlich der Prozentwert betrachtet werden. Ebenso wichtig sind der zugehörige Messbereich und die Bedingungen, für die diese Angabe gilt.
Genauigkeit und Auflösung sind außerdem unterschiedliche Kenngrößen. Die Auflösung beschreibt die kleinste darstellbare oder unterscheidbare Änderung, während die Genauigkeit die Übereinstimmung mit einem Referenzwert beschreibt. Eine höhere Anzahl von Anzeigestellen bedeutet daher nicht automatisch eine höhere Genauigkeit.
Wesentliche Einflussfaktoren auf die Genauigkeit digitaler Luxmeter
Spektrale Anpassung
Die Beleuchtungsstärke ist eine photometrische Größe, bei der Licht entsprechend der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges bewertet wird. Die spektrale Empfindlichkeit eines Luxmeters sollte deshalb möglichst gut der photopischen Hellempfindlichkeitsfunktion V(λ) entsprechen.
LEDs, Leuchtstofflampen, Glühlampen, Halogenlampen und Tageslicht besitzen unterschiedliche spektrale Leistungsverteilungen. Bei unzureichender spektraler Anpassung können sich je nach Lichtquelle unterschiedliche Messabweichungen ergeben, selbst wenn die tatsächliche Beleuchtungsstärke ähnlich ist.
Bei modernen LED-Beleuchtungen ist eine gute spektrale Anpassung besonders wichtig, da LEDs unterschiedlicher Farbtemperatur und Bauart deutlich unterschiedliche Spektren aufweisen können.
Kosinusbewertung
In realen Beleuchtungssituationen trifft Licht meist aus mehreren Richtungen auf die Messfläche. Bei der Messung horizontaler Beleuchtungsstärke empfängt der Sensor deshalb nicht nur senkrecht einfallendes, sondern auch schräg auftreffendes Licht.
Im Idealfall folgt die Winkelbewertung des Luxmeters dem Kosinusgesetz. Ist die Kosinuskorrektur unzureichend, kann schräg einfallendes Licht – insbesondere bei größeren Einfallswinkeln – unterschätzt werden.
Die Kosinusbewertung ist daher besonders relevant in Büros, Verkaufsräumen, Produktionsbereichen und anderen Umgebungen mit mehreren Leuchten und reflektiertem Licht.
Leistung von Sensor und optischem System
Ein digitales Luxmeter wandelt das einfallende Licht über einen Fotosensor in ein elektrisches Signal um. Optische Filter, Verstärkerschaltungen und digitale Signalverarbeitung dienen anschließend zur Berechnung der Beleuchtungsstärke.
Linearität, Stabilität, Rauschverhalten und Langzeitdrift des Sensors können das Messergebnis beeinflussen. Auch Alterung optischer Filter, Verschmutzung optischer Komponenten oder Veränderungen der Sensoreigenschaften können zu Messwertverschiebungen führen.
Ein stabiler Sensor und ein geeignet ausgelegtes optisches System sind daher wesentliche Voraussetzungen für zuverlässige Messungen.
Kalibrierzustand
Wie andere Messgeräte kann auch ein Luxmeter im Laufe der Zeit Änderungen seiner Messeigenschaften aufweisen. Sensoren, optische Filter und elektronische Schaltungen können driften und dadurch von ihrem ursprünglichen Kalibrierzustand abweichen.
Wenn eine langfristige messtechnische Rückführbarkeit erforderlich ist, sollte das Kalibrierintervall anhand der Nutzungshäufigkeit, der Umgebungsbedingungen, der Qualitätsanforderungen und der Herstellerempfehlungen festgelegt werden.
Nach einem Sturz, starken mechanischen Belastungen oder längerer Einwirkung hoher Temperaturen beziehungsweise hoher Luftfeuchtigkeit kann eine Funktionsprüfung oder erneute Kalibrierung sinnvoll sein, auch wenn das reguläre Kalibrierintervall noch nicht erreicht wurde.
Stabilität der Lichtquelle
Nicht jede Änderung des Messwerts wird durch das Luxmeter verursacht. Auch die Lichtquelle selbst kann sich verändern.
Einige LED-Leuchten benötigen nach dem Einschalten eine gewisse Zeit, bis sich thermische und optische Bedingungen stabilisiert haben. Leuchtstofflampen besitzen eine Aufwärmphase, während Tageslicht von Bewölkung, Wetter, Sonnenstand und Tageszeit abhängt.
Für Wiederholungsmessungen oder Gerätevergleiche sollte die Lichtquelle daher zunächst stabilisiert werden und die Beleuchtungsbedingungen sollten während der Messung möglichst konstant bleiben.
Messposition und Messhöhe
Die Beleuchtungsstärke beschreibt den auf eine Fläche auftreffenden Lichtstrom. Änderungen der Messposition können deshalb deutliche Änderungen des Messwerts verursachen.
In der Nähe von Leuchten, Wänden, Fenstern oder lokalen Schattenbereichen können bereits kleine Positionsänderungen zu messbaren Unterschieden führen.
Bei der Messung auf einer Arbeitsebene sollten deshalb eine definierte Messebene und feste Messpunkte verwendet werden, beispielsweise auf einem Schreibtisch, einer Werkbank oder in einer festgelegten Höhe.
Messrichtung und Sensorposition
Die lichtempfindliche Fläche des Sensors sollte entsprechend der Ausrichtung der zu bewertenden Fläche positioniert werden.
Bei der Messung der horizontalen Beleuchtungsstärke auf einem Schreibtisch wird der Sensor üblicherweise horizontal ausgerichtet. Bei einer vertikalen Fläche muss die Sensorlage entsprechend angepasst werden.
Verändert sich der Sensorwinkel zwischen den Messungen, verändert sich auch der Anteil des aus verschiedenen Richtungen einfallenden Lichts. Dadurch nimmt die Vergleichbarkeit der Ergebnisse ab.
Umgebungstemperatur
Die Eigenschaften von Fotosensoren, Verstärkerschaltungen und anderen elektronischen Komponenten können temperaturabhängig sein. Außerhalb des spezifizierten Betriebstemperaturbereichs kann die Messabweichung zunehmen.
Hochwertig ausgelegte Luxmeter verfügen häufig über eine Temperaturkompensation, um Temperaturänderungen innerhalb des vorgesehenen Betriebsbereichs zu reduzieren.
Für genauere Messungen sollte ein Gerät, das unmittelbar aus einer sehr kalten oder warmen Umgebung kommt, zunächst an die Messumgebung angepasst werden.
Zustand der Sensoroberfläche
Die Sensoroberfläche empfängt das einfallende Licht direkt. Staub, Öl, Feuchtigkeit oder andere Verunreinigungen können die auf das Sensorelement gelangende Lichtmenge verändern.
Die lichtempfindliche Fläche sollte deshalb sauber gehalten und entsprechend den Herstellerangaben gepflegt werden. Reinigungsverfahren, die die optische Oberfläche verkratzen oder beschädigen könnten, sollten vermieden werden.
Eine vorhandene Schutzkappe muss vor der Messung entfernt werden.
Bedienung und Abschattung
Auch der Anwender selbst kann die Lichtverhältnisse am Messpunkt beeinflussen.
Körper, Hände, Anschlussleitungen oder andere Gegenstände können Licht abschatten und einen lokalen Schatten auf dem Sensor erzeugen. Wenn sich die Position des Anwenders zwischen Wiederholungsmessungen verändert, können dadurch ebenfalls unterschiedliche Ergebnisse entstehen.
Während der Messung sollten Abschattungen vermieden und die Positionen von Anwender, Gerät und umgebenden Gegenständen möglichst konstant gehalten werden.
Spannungsversorgung
Die meisten digitalen Luxmeter arbeiten innerhalb des vorgesehenen Batteriespannungsbereichs stabil. Bei niedriger Batteriespannung sollte die Batterie jedoch rechtzeitig ersetzt werden.
Zeigt das Gerät eine Warnung für niedrigen Batteriestand an, sollte es nicht für wichtige Genauigkeitsprüfungen oder Kalibriervergleiche verwendet werden, bevor die Batterie ersetzt wurde.
Warum können verschiedene Luxmeter unterschiedliche Werte anzeigen?
Geringfügige Unterschiede zwischen zwei digitalen Luxmetern am gleichen Messort sind nicht ungewöhnlich.
Jedes Gerät besitzt zunächst eine eigene zulässige Messabweichung. Auch wenn beide Geräte innerhalb ihrer Spezifikation arbeiten, müssen ihre Anzeigen daher nicht exakt übereinstimmen.
Zusätzlich können sich Modelle hinsichtlich spektraler Anpassung, Kosinusbewertung, Sensorlinearität und Kalibrierzustand unterscheiden. Besonders bei Lichtquellen mit ausgeprägten spektralen Eigenschaften, beispielsweise LEDs, können solche Unterschiede deutlicher sichtbar werden.
Werden die Sensoren nicht exakt an derselben Position und mit derselben Ausrichtung platziert, messen sie möglicherweise zudem nicht dieselbe Beleuchtungsstärke.
Für einen aussagekräftigen Vergleich sollten deshalb:
● dieselbe stabile Lichtquelle verwendet werden;
● die Sensoren am gleichen Messpunkt positioniert werden;
● Messhöhe und Ausrichtung übereinstimmen;
● Abschattung und Änderungen des Umgebungslichts vermieden werden;
● beide Geräte einen geeigneten Kalibrierzustand aufweisen.
Erst unter vergleichbaren Messbedingungen ist ein zuverlässiger Gerätevergleich möglich.
Wie lässt sich die Genauigkeit der Beleuchtungsstärkemessung verbessern?
Eine einheitliche Messmethode kann viele vermeidbare Fehler reduzieren.
● Gerät, Batterie und Sensor vor der Messung prüfen.
● Sensoroberfläche sauber und frei von Staub, Öl und Abschattungen halten.
● Die Lichtquelle vor der Messung stabilisieren lassen.
● Eine definierte Messebene verwenden und Position, Höhe sowie Sensororientierung konstant halten.
● Abschattung durch Körper, Hände oder andere Gegenstände vermeiden.
● Für alle Messpunkte dieselbe Messmethode anwenden.
● Bei langfristigen Vergleichen Testbedingungen und Geräteeinstellungen beibehalten.
● Kalibrierung entsprechend Nutzung, Qualitätsanforderungen und Herstellerempfehlungen durchführen.
● Das Gerät nur innerhalb der spezifizierten Umgebungsbedingungen und Messbereiche einsetzen.
Bei Abnahmeprüfungen, Laboranwendungen oder anderen Aufgaben mit Anforderungen an die Rückführbarkeit sollte zusätzlich das jeweils anzuwendende Prüfverfahren oder Qualitätsmanagementsystem berücksichtigt werden.
Wie wählt man ein digitales Luxmeter mit guter Messleistung aus?
Bei hohen Anforderungen an die Messqualität sollte nicht nur der Messbereich betrachtet werden.
● Messgenauigkeit: Genauigkeitsangabe sowie den zugehörigen Messbereich und die Prüfbedingungen prüfen.
● Spektrale Anpassung: Auf eine möglichst gute Übereinstimmung mit V(λ) achten, insbesondere bei LED-Messungen.
● Kosinusbewertung: Eine gute Kosinuskorrektur verbessert Messungen bei Licht aus verschiedenen Richtungen.
● Auflösung: Eine zur Anwendung passende Auflösung wählen, ohne sie mit Genauigkeit gleichzusetzen.
● Wiederholbarkeit und Stabilität: Für wiederkehrende Messungen und Langzeitüberwachung ist eine stabile Messleistung wichtig.
● Kalibrierbarkeit: Prüfen, ob eine professionelle Kalibrierung möglich ist und die jeweiligen Qualitätsanforderungen erfüllt.
● Einsatzbedingungen: Temperatur, Luftfeuchtigkeit, erforderlichen Messbereich und Nutzungshäufigkeit berücksichtigen.
Für allgemeine Beleuchtungskontrollen sind stabile und wiederholbare Messwerte, die den Anforderungen der Anwendung entsprechen, häufig wichtiger als besonders hohe Spezifikationen. Für Labor, technische Prüfung und Qualitätssicherung sollten Kalibrierung und messtechnische Rückführbarkeit stärker gewichtet werden.
FAQ
Warum zeigen zwei digitale Luxmeter am gleichen Messort unterschiedliche Werte an?
Unterschiede können durch zulässige Messabweichungen, spektrale Anpassung, Kosinusbewertung und Kalibrierzustand verursacht werden. Auch geringfügige Abweichungen bei Position und Ausrichtung der Sensoren können das Ergebnis beeinflussen.
Beeinflusst LED-Licht die Messgenauigkeit eines Luxmeters?
Ja, dies ist möglich. LEDs weisen unterschiedliche spektrale Leistungsverteilungen auf. Bei unzureichender Anpassung des Luxmeters an V(λ) können sich je nach LED-Typ und Farbtemperatur unterschiedliche Messabweichungen ergeben.
Bedeutet eine höhere Auflösung automatisch eine höhere Genauigkeit?
Nein. Die Auflösung beschreibt die kleinste darstellbare Änderung, die Genauigkeit dagegen die Nähe des Messwerts zum Referenzwert.
Muss ein Luxmeter regelmäßig kalibriert werden?
Das geeignete Kalibrierintervall hängt von Nutzungshäufigkeit, Einsatzbedingungen, Herstellerempfehlungen und Qualitätsanforderungen ab. In Labor-, Prüf- und Qualitätssicherungsanwendungen sind regelmäßige Kalibrierungen üblich.
Beeinflusst eine Neigung des Sensors die Messung?
Ja. Die Sensororientierung bestimmt, wie viel Licht aus unterschiedlichen Richtungen empfangen wird. Für vergleichbare Messungen muss die Ausrichtung deshalb konstant bleiben.
Kann Staub auf dem Sensor die Messung beeinflussen?
Ja. Staub, Öl oder andere Verunreinigungen können die einfallende Lichtmenge verändern. Die Sensoroberfläche sollte sauber gehalten und gemäß Herstellerangaben gepflegt werden.
Fazit
Die Genauigkeit eines digitalen Luxmeters wird nicht durch eine einzelne Spezifikation bestimmt. Neben der angegebenen Gerätegenauigkeit können spektrale Anpassung, Kosinusbewertung, Sensor- und Optikleistung, Kalibrierzustand, Stabilität der Lichtquelle, Messposition, Sensororientierung, Umgebungstemperatur und Bedienung das Ergebnis beeinflussen.
Die Wahl eines geeigneten Luxmeters ist daher nur ein Teil einer zuverlässigen Beleuchtungsstärkemessung. Einheitliche Messbedingungen, korrekte Sensorpositionierung, Vermeidung von Abschattung, saubere Sensorflächen und eine geeignete Kalibrierstrategie sind ebenso wichtig.
Die Kombination aus geeigneter Messtechnik und standardisiertem Messverfahren reduziert Messabweichungen und verbessert Wiederholbarkeit sowie Zuverlässigkeit der Daten für Beleuchtungsplanung, technische Prüfungen, Qualitätssicherung und Umweltbewertung.
