S U R L A P H O T O M ] ~ T R I E D E S L A M P E S A D E C H A R G E D A N S L E S G A Z

par P. CLAUSING

Natuurkundig Laboratorium der N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken Eindhoven-Holland

Summary A d e s c r i p t i o n is g i v e n of a c o m b i n e d m e t h o d w i t h f l i cke r p h o t o m e t e r

a n d c o l o u r e d f i l t e r s for t h e m e a s u r e m e n t of t h e l u m i n o u s f l ux of s o d i u m a n d m e r c u r y v a p o u r d i s c h a r g e t u b e s for a l t e r n a t i n g c u r r e n t . T h e i n t e r - g r a t i n g s p h e r e is u sed w i t h o u t a d i f fu s ing g lass w i n d o w .

Le probl~me de la photom~trie h~t6rochrome, qui pr~sente encore de grandes difficult~s, est r~solu essentiellement de mani~res diff~- rentes. Un precis tr&s r~cent et document~ est donn6 par K ~ n i g 1), qui lui-m~me a donn~ une m~thode ~), qui promet beaucoup. L'id~e (une combinaison de propositions ant~rieures) consiste A transformer la courbe de la sensibilit~ spectrale d'une cellule photo61ectrique couche d'arr~t dans la courbe de la sensibilit~ de l'ceil au moyen d'une combinaison d'~crans color,s et d 'un dispositif spectral, qui fait tomber le spectre de la lumi~re filtr~e sur un diaphragme de forme convenable. I1 est ~vident, qu'il suffit d'~talonner une cellule adapt~e ainsi avec une lampe de flux lumineux connu, pour la rendre propre

la mesure d 'un flux de r~partition spectrale quelconque. Vu les r6sultats remarquables de K 6 n i g, on peut accepter, que le pro- bl&me de la photom~trie h~t~rochrome pratique s'est approch~ tout pros de sa solution, si la disposition sera adapt~e aux intensitds tr~s vari~es des sources lumineuses de la technique.

N~anmoins, aussi les laboratoires bien outill~s, qui dans l'avenir s'occuperont de la m~thode cit~e, auront besoin de moyens simples comme les photom~tres ~ papillottement et l'usage d'~crans color6s pour la photom~trie h~t6rochrome. C'est pourquoi il me semble utile

1) H. K S n i g , Arch. techn. Mess.,4, No. 43, p. T6(1935). 2) H. K S n i g , Helv. Phys. Acta, 7, No. 4) p. 433(1934).

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de presenter ici quelques experiences, qui sont acquises depuis une annie avec une m~thode utilisant des filtres, ~ l'occasion de la mesure du flux lumineux total des lampes ~ d~charge dans les gaz.

Cette m~thode fut pr6f~r~e ~ l'usage du photom~tre A papillotte- ment, parce que cet instrument est moins propre ~ la mesure des lampes A courant alternatif A cause des battements. Aussi le photo- rn~tre ~ papillottement n'a jou~ qu'un r61e secondaire dans nos expe- riences comme sera ~lucid~ dans ce qui suit.

Nous employons une lampe ~talon A filament spiral de tungst~ne (atmosph&re gazeuse) de 500 wat t et d'un flux total d'environ ! 1000 lumen. Maintenant une telle combinaison de filtres color,s est choi- sie, que la lumi~re de la lampe 6talon, observ~e A travers de cette combinaison, a la m~me couleur que la lurni~re de la lampe ~ d~- charge dans le gaz, dont le flux lumineux total sera d~termin~. L'in- tensit~ lumineuse de la lampe ~talon (toujours nourrie par courant direct) est mesur~e, ~ l'aide du photom&tre ~ papillottement, sur le banc photom~trique sans et avec intercalage de la combinaison choisie. De ces mesures et du flux lumineux connu on d~duit directement le flux lumineux filtr~ L0, que poss~derait la lampe ~talon, si celle-ci serait tout entour6e par une envelopppe transparente avec la m6me transmission spectrale que la combinaison consid~r~e. Cette lampe ~talon avec flux lumineux filtr~ connu sert maintenant ~ l'~talon- nage de la sphere int~grante.

La sphere utilis~e (voir la fig. l fort sch~matis~e) avec un diam~tre de 175 cm n'a pas de verre opalin ou d~poli; la fen~tre est ouverte et donne sur un volet V circulaire (diam~tre = 10 cm) dans la moiti~ op- posse de la sph&re. La ligne de jonction horizontale entre la fen~tre et le volet passe le centre de la sphere ~ une distance d'environ 30 cm. Un ~cran opaque E emp~che la lumi~re de la lampe G au centre de la sphere de tomber directement sur le volet. Le volet se trouve dans le foyer de la lentille $1, qui dirige des faisceaux parall~les vers le cube photom~trique C. Apr~s r~flexion totale dans le cube ces faisceaux tombent sur une lentille $3, qui concentre la lumi~re dans l'image du volet dans le plan de l 'ouverture oculaire 0. Du reste $3 sert comme loupe pour observer les champs du cube photom~trique.

En outre, c'est l'image d'un verre opalin M (dans le foyer de la lentille $2), qui est projet6 ~ travers le cube et S~ dans le plan de l 'ouverture oculaire. M est illumin~ par" une lampe A comparaison B (lampe ~ filament plat de tungst~ne et ~ atmosphere gazeuse), qui a

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environ la m~me temp4rature de couleur que la lampe 6talon et dont la distance au verre M peut ~tre bien r4gl4e.

° 1 ° I l l

/ l l l l

Fig. I.

"__;.-. F,

- - - - 0

L'4talonnage de la sphere int~grante s'accomplit comme suit. La lampe ~talon est mise dans la sphere et la combinaison de filtres est intercal~e A F 3. Quant au champ du cube photom4trique, illumin4 par la sphere, l 'observateur re~oit la m4me impression comme si la com- binaison enveloppe la lampe 4talon au lieu d'etre intercal~e ~ F 3. La position de la lampe ~ comparaison B, dont la lumi~re passe aussi la combinaison ~ Fa, est maintenant r~gl~e de fa~on que les champs du cube photom4trique ont la in,me brillance.

Soit x0 la distance de B ~ M. C'est ainsi qu'on trouve la constante de la sphere int4grante

c = L ; . x=o

pour la lumi~re de m~me couleur que celle de la lampe ~ d4charge dans le gaz.

Maintenant on remplace la lampe 6talon par la lampe h mesurer et d6place la combinaison de filtres de Fa ~ F2. Ceci ne change pas l'4ta- lonnage de la sphere, parce que la lumi+re de B reste toujours filtr4e par la m~me combinaison. S'il faut maintenant r~gler la lampe B ~ la distance x de M pour obtenir l'~galit~, on obtient la valeur

L = C/x ~ = 1 4 . xg/x 2

pour le flux lumineux cherch4.

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Pour ajuster les ~clairements des deux champs photom~triques et pour les tenir entre des limites convenables nous avons intercal~ ~ F t deux grilles de lignes perpendiculaires entre elles, aussi bien pour l'~talonnage de la sphere que pour la mesure de la lampe ~ d~charge dans le gaz.

Nous avons fait abstraction de la s~lectivit~ des photom&tres employ~s et, qui est plus important, de celle de la peinture blanche de la sphere. En effet, des mesures provisoires avec un pyrom~tre opti- que dans le rouge, le jaune, le vert et le violet ne montraient pas de s~lectivit~ pour la peinture consid~r~e. En outre, la faute correspon- dante est plus petite, k mesure que la r~partition spectrale de la lumi~re filtr~e de la lampe ~talon est mieux conforme A celle de la lampe ~ d~charge. C'est tr~s bien le cas par exemple pour les lampes vapeur de sodium et la combinaison de filtres correspondante.

Nous accepterons pour ce qui suit, qu'on obtient dans la photo- m~trie h~t~rochrome des r~sultats concordants avec le photom~tre

papillottement et avec la m~thode de comparaison successive des couleurs peu diff~rentes (,,step-by-step method"). Alors, outre les petites objections cities, la m~thode consid~r~e ne pr~sente plus de difficult~s fondamentales. N~anmoins ils restent quelques inconv~- nients pratiques, qui ne doivent pas ~tre sousestim~s. Avant de traiter ces inconv~nients, il semble mieux de fournir les donn~es des filtres employ~s et de d~crire quelques experiences de contr61e.

Par tant de la collection compl&te des filtres W r a t t e n nous avons trouv6 la combinaison des num~ros 23 A et 57 la mieux adap- t6e ~ la mesure des lampes ~ vapeur de sodium. Cette combinaison (comb. 1) a une transmission, qui est grande darts le voisinage du doublet D de sodium et qui diminue rapidement des deux c6t~s. Pour les lampes A vapeur de mercure nous avons toujours employ~ la com- binaison des filtres W r a t t e n no. 38 et no. 51 (comb. 2a).

Au d6but de nos mesures ces deux combinaisons satisfaisaient bien, c.-A-d, il y avait d 'un c6t~ un bon accord de couleur entre la lumi&re filtr6e de la lampe ~talon et la lumi&re filtr~e de la lampe comparaison et de l 'autre c6t~ entre celle-ci et la lumi~re de la lampe

d~charge. Pendant l'6volution des lampes ~ d~charge dans le gaz les r~parti-

tions spectrales de ces lampes ne sont pail rest~es touj ours les-m~mes. En consequence l'accord mentionn~ ~tait de temps en temps moins bon, de sorte que le r6glage A intensit~ ~gale demandait un effort plu~

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grand. N~anmoins les differences de couleurs 6taient si petites, qu'il ~tait impossible de trouver une combinaison plus adapt~e. En cher- chant une telle combinaison nous trouv~mes que les transmissions de deux filtres du m~me num~ro peuvent diff~rer tant, qu'une seconde combinaison des filtres no. 23A et no. 57 (comb. l a) ~tait presque impropre ~t la mesure des lampes ~ vapeur de sodium. Seulement, si l 'observateur r~ussit ~t pointer soit au prix d'un grand effort avec cette combinaison moins adapt~e, il faut qu'il trouve la m~me valeur pour le flux lumineux de la lampe ~ mesurer qu'avec la combinaison bien adapt~e. C'est ainsi, que l'observateur R. trouva dans un cas special (lampe A vapeur de sodium de 70 watt) la valeur de 4538 lumen avec la comb. 1 et de 4537 lumen avec la comb. l a et dans un autre cas 5525 et 5380 lumen respectivement.

Chez la lampe ~ vapeur de mercure la m~thode d~crite se prate aussi ~ la mesure des flux lumineux partiels, qui correspondent respec- tivement au doublet des lignes jaunes 5770 A et 5791 A (mesur~ avec la comb. l) et ~ la ligne verte 5461 A (mesur~e avec le filtre W r a t- t e n no. 62). N~gligeant le flux lumineux des lignes bleues et violet- tes, qui n'est plus qu'un centi+me du flux total, il faut que la somme du flux jaune et du flux vert a la m~me valeur que le flux total, inesur6 directement avec la comb. 2a. Pour une lampe vieillie de 400 watt par exemple, l 'observateur R. trouva 5640 lumen pour le flux jaune et 5285 lumen pour le flux vert, donc 10925 lumen en tout, tandis qu'il mesura directement 11030 lumen en employant la com- binaison 2a. On volt ici un accord, qui est bien remarquable, sil 'on tient compte du grand nombre de mesures qui en forment la base.

La difficult~ principale de la m~thode donn~e est le choix de l'ob- servateur. L'observateur R. bien exerc~ et l 'auteur (C.) poss~dent une sensibilit~ de l'ceil presque normale. C'est A dire, le rapport jaune- bleu Rib, mesur~ selon la m6thode indiqu~e par I v e s e t K i n g s- b u r y 1) est 0.995 *) pour R. de m~me que pour C.

Plusieurs lois nous avons constat~ un accord presque parfait entre les mesures de flux lumineux par les deux observateurs mentionn~s. De ce fait et des mesures de contr61e comme indiqu~es nous avons conclu A l 'exactitude de nos mesures, quoiqu'un tel rapport comme Rib = env. 1,000 ne soit pas une garantie suffisante pour une photo-

1) H . E . I v e s e t E . F. K i n g s b u r y . Trans. ill. Eng. Soc. ,9 , p. 795(1914); 10, p. 203e t 253(1915}; K . S . G i b s o n , Journ. opt. Soc. A m . , 9 , p. 113(1924).

2) Valeur provisoire.

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m~trie correcte. Au contraire, d'autres observateurs (par exemple A. avec Rib = env. 1,054) doivent s'efforcer plus pour le r~glage du photom&tre et obtiennent des r~sultats incorrects. C'est ainsi, que l 'observateur A. ne peut pas mesurer une lampe ~ vapeur de mercure avec la combinaison 2a. Le r~gtage est tr~s difficite et la valeur trouv~e diff~re d'environ 10% avec la valeur d~termin~e par R. ouC.

Ce sont de telles difficult~s, qui donnent l ' incertitude de la photo- m~trie subjective et qui le rendent n~cessaire de passer aussi com- pl~tement que possible ~ la m~thode objective.

Quant ~t la suppression du verre opalin dans la paroi de la sphere int~grante, on a l 'avantage de supprimer la s~lectivit~ correspon- dante. D'autre part, c'est plus difficile d'~viter de la lumi~re fausse dans le photom~tre et d 'ajuster l'~clairage du champ photom~trique d'une mani~re bien d~termin~e. Probablement ce sont les causes, pourquoi dans la pratique le verre opalin est employ~ presque toujours.

Requ le 18 Mai 1935. Eindhoven, le 28 a v r i l 1935.