Hallo zusammen,
ich würde gerne mit dem TX und einem Fotowiderstand einen Belichtungsmesser (Luxmeter) bauen, der aus dem Widerstandswert (0-5 kOhm) die Beleuchtungsstärke in Lux bestimmt. Für den NTC-Widerstand (Heißleiter) liefert fischertechnik mit der Robo Pro-Software ein Umrechnungsprogramm, das aus dem Widerstandswert die Temperatur in Grad berechnet.
Frage 1: Kennt jemand eine Formel (oder ein Beispielprogramm), um den Widerstand in Lux umzurechnen?
Frage 2: Falls nein - hat jemand eine Idee, wie ich (ohne Luxmeter) die Formel oder wenigstens eine Referenzwerttabelle herleiten könnte?
Pardon, falls die Frage schonmal in einem der alten Foren beantwortet wurde...
Beste Grüße,
Dirk
Belichtungsmesser (Luxmeter)
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Re: Belichtungsmesser (Luxmeter)
Hallo,
der Belichtungsmesser eines Fotoapparates eignet sich. Digitalkameras sind in Ordnung. Du nimmst eine Graukarte (oder druckst eine aus, je nach gewünschter Genauigkeit), und richtest die Kamera so drauf, dass sie nur einfarbig grau sieht (also keinen Ausgleich für Schatten oder Licht macht).
Nun hast du drei Werte, die die Belichtung beeinflussen: Sensorempfindlichkeit (ISO), Blende und Belichtung. Aus traditionellen Gründen lässt man die Sensorverstärkung konstant auf ISO 100, und liest dann mit Hilfe dieser Tabelle den Lichtwert (Exposure Value) ab.
Wenn Du den Lichtwert bestimmt hast, kannst du es mit dieser Tabelle aus der englischen Wikipedia in Lux umrechnen.
Das ist jetzt genau bis auf Faktor 2. Viel genauer muss es normalerweise nicht sein -- die Zwischenschritte sind ja jedenfalls linear. Wenn du es trotzdem genauer haben willst, musst du den Helligkeitswert des Pixels auslesen ... und ... nunja, da ist es jetzt von Vorteil, wenn du deine Kamera einmal kalibriert hast. Verschiedene Kamerahersteller machen ihre Kameras nämlich empfindlicher, als sie sein sollten, und schreiben ISO100 drauf, wo ISO125 drin ist, oder manchmal auch ISO170. Für absolute Werte musst Du also zu einem Fotografen gehen, oder zu einem Optiklabor (wenn Du Glück hast).
Grüße
Heiko
der Belichtungsmesser eines Fotoapparates eignet sich. Digitalkameras sind in Ordnung. Du nimmst eine Graukarte (oder druckst eine aus, je nach gewünschter Genauigkeit), und richtest die Kamera so drauf, dass sie nur einfarbig grau sieht (also keinen Ausgleich für Schatten oder Licht macht).
Nun hast du drei Werte, die die Belichtung beeinflussen: Sensorempfindlichkeit (ISO), Blende und Belichtung. Aus traditionellen Gründen lässt man die Sensorverstärkung konstant auf ISO 100, und liest dann mit Hilfe dieser Tabelle den Lichtwert (Exposure Value) ab.
Wenn Du den Lichtwert bestimmt hast, kannst du es mit dieser Tabelle aus der englischen Wikipedia in Lux umrechnen.
Das ist jetzt genau bis auf Faktor 2. Viel genauer muss es normalerweise nicht sein -- die Zwischenschritte sind ja jedenfalls linear. Wenn du es trotzdem genauer haben willst, musst du den Helligkeitswert des Pixels auslesen ... und ... nunja, da ist es jetzt von Vorteil, wenn du deine Kamera einmal kalibriert hast. Verschiedene Kamerahersteller machen ihre Kameras nämlich empfindlicher, als sie sein sollten, und schreiben ISO100 drauf, wo ISO125 drin ist, oder manchmal auch ISO170. Für absolute Werte musst Du also zu einem Fotografen gehen, oder zu einem Optiklabor (wenn Du Glück hast).
Grüße
Heiko
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Dirk Fox
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- Registriert: 01 Nov 2010, 00:49
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Re: Belichtungsmesser (Luxmeter)
Hallo Heiko,
vielen Dank für Deine ausführliche Antwort!
Ich lege mal los. Wenn ich ohnehin mit einer Ungenauigkeit im Bereich von Faktor 2 rechnen muss, dann sollte das Ergebnis wohl mehr oder weniger auf alle ft-Fotowiderstände passen... Wenn ich durch bin, "poste" ich das Ergebnis.
Gruß,
Dirk
vielen Dank für Deine ausführliche Antwort!
Ich lege mal los. Wenn ich ohnehin mit einer Ungenauigkeit im Bereich von Faktor 2 rechnen muss, dann sollte das Ergebnis wohl mehr oder weniger auf alle ft-Fotowiderstände passen... Wenn ich durch bin, "poste" ich das Ergebnis.
Gruß,
Dirk
Re: Belichtungsmesser (Luxmeter)
Ha, das ist der Unterschide zwischen Absolut- und Relativgenauigkeit. Wenn Du einen Maßstab hast, der beim Waschen eingegangen ist, hat er immer noch eine Millimeter-Teilung, mit der Du vergleichen kannst. Selbst wenn die absoluten Werte nix wert sind.
Deswegen werden sich verschiedene Sensoren immer noch unterschiedlich verhalten, auch wenn die absoluten Werte Quark sind. Ich würde unbedingt die Sensoren einzeln kalibrieren, die ft-Interfaces können ja immerhin 0.1% auflösen. Du misst dann eben in der beliebten Einheit "Skalenteile", kurz "Skt", die eine hochwissenschaftlich klingende Bezeichnung dafür ist, dass man eben nicht absolut kalibrieren konnte. Eine Änderung um drei Skalenteile kann sehr wohl signifikant sein ... auch wenn du nicht weißt, ob das jetzt zwei lux waren oder drei.
Die ganze Verwirrung rührt daher, dass man sich beim Messen immer auf eine Referenz beziehen muss. Man macht immer eine "mehr als"-Aussage, und vergleichbar wird es erst dadurch, dass alle die gleiche Referenz benutzen. Also das Urkilogramm, die Lichtgeschwindigkeit, der Hyperfeinstrukturübergang und die Standardkerze. Jetzt der Trick: Wenn Du prozentuale Abweichungen angeben willst (ist jetzt 10% heller geworden als vorher), dann hast du die Referenz schon angegeben. Dann musst du nicht kalibrieren und der absolute Bezugswert ist egal.
Was dann deine Aufgabe ist: Die Linearität des Sensors sicherstellen, um sagen zu können, dass drei Prozent der Skala eben immer 3% der Messgröße sind, und nicht im unteren Bereich der Skala 2% und am oberen 4%. Aber das erkläre ich ein ander Mal
Gruß
Heiko
Deswegen werden sich verschiedene Sensoren immer noch unterschiedlich verhalten, auch wenn die absoluten Werte Quark sind. Ich würde unbedingt die Sensoren einzeln kalibrieren, die ft-Interfaces können ja immerhin 0.1% auflösen. Du misst dann eben in der beliebten Einheit "Skalenteile", kurz "Skt", die eine hochwissenschaftlich klingende Bezeichnung dafür ist, dass man eben nicht absolut kalibrieren konnte. Eine Änderung um drei Skalenteile kann sehr wohl signifikant sein ... auch wenn du nicht weißt, ob das jetzt zwei lux waren oder drei.
Die ganze Verwirrung rührt daher, dass man sich beim Messen immer auf eine Referenz beziehen muss. Man macht immer eine "mehr als"-Aussage, und vergleichbar wird es erst dadurch, dass alle die gleiche Referenz benutzen. Also das Urkilogramm, die Lichtgeschwindigkeit, der Hyperfeinstrukturübergang und die Standardkerze. Jetzt der Trick: Wenn Du prozentuale Abweichungen angeben willst (ist jetzt 10% heller geworden als vorher), dann hast du die Referenz schon angegeben. Dann musst du nicht kalibrieren und der absolute Bezugswert ist egal.
Was dann deine Aufgabe ist: Die Linearität des Sensors sicherstellen, um sagen zu können, dass drei Prozent der Skala eben immer 3% der Messgröße sind, und nicht im unteren Bereich der Skala 2% und am oberen 4%. Aber das erkläre ich ein ander Mal
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Heiko
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Dirk Fox
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Re: Belichtungsmesser (Luxmeter)
Hallo Heiko,
vielen Dank für Deine Erläuterung!
In diesem Fall interessiert mich aber nur der absolute Bezugspunkt - sonst wäre ich ja mit dem gemessenen Widerstandswert zufrieden. Manchmal ist ein relativer Bezug eben nicht ausreichend; so hilft es in der Praxis meist wenig zu wissen, dass der Kühlschrank heute 20% kälter ist als gestern - wenn man sicherstellen will, dass nix einfriert... Und für mein Problem hätte ich eben gerne einen möglichst genauen Wert der Beleuchtungsstärke in Lux.
Dennoch ist die Frage der Kalibrierung spannend: Auch das NTC-Programm von Fischertechnik liefert mit meinem NTC-Widerstand nicht exakt dieselben Temperaturwerte wie unser Thermometer. Da die Umrechnung nichtlinear ist, dürfte eine Kalibierung "meines" Temperaturmessers nicht so einfach sein. Hast Du dafür eine Idee?
Hier die Umrechnungsformel von ft (T: Temperatur in Grad Celsius, W: Widerstandswert in Ohm):
T = ln²(R)*1,3932 + ln(R)*(-43,942) + 271,87
Beste Grüße,
Dirk
vielen Dank für Deine Erläuterung!
In diesem Fall interessiert mich aber nur der absolute Bezugspunkt - sonst wäre ich ja mit dem gemessenen Widerstandswert zufrieden. Manchmal ist ein relativer Bezug eben nicht ausreichend; so hilft es in der Praxis meist wenig zu wissen, dass der Kühlschrank heute 20% kälter ist als gestern - wenn man sicherstellen will, dass nix einfriert... Und für mein Problem hätte ich eben gerne einen möglichst genauen Wert der Beleuchtungsstärke in Lux.
Dennoch ist die Frage der Kalibrierung spannend: Auch das NTC-Programm von Fischertechnik liefert mit meinem NTC-Widerstand nicht exakt dieselben Temperaturwerte wie unser Thermometer. Da die Umrechnung nichtlinear ist, dürfte eine Kalibierung "meines" Temperaturmessers nicht so einfach sein. Hast Du dafür eine Idee?
Hier die Umrechnungsformel von ft (T: Temperatur in Grad Celsius, W: Widerstandswert in Ohm):
T = ln²(R)*1,3932 + ln(R)*(-43,942) + 271,87
Beste Grüße,
Dirk
Re: Belichtungsmesser (Luxmeter)
Hallo,
das, was in Excel eine Trendlinie ist, kann man mit wissenschaftlicher Software für beliebige Funktionsterme machen. Das ist der Vorgang, der zur Kalibrationsfunktion von ft geführt hat. Nimm ein Referenzthermometer und nimm möglichst viele präzise Werte auf, die Widerstandswerten des NTC einen Temperaturwert zuordnen. Dann schreib die Werte in zwei Spalten einer csv-Datei (etwa: Temperatur Spalte 1, Widerstand Spalte 2). Der Rest sieht in gnuplot so aus:
das, was in Excel eine Trendlinie ist, kann man mit wissenschaftlicher Software für beliebige Funktionsterme machen. Das ist der Vorgang, der zur Kalibrationsfunktion von ft geführt hat. Nimm ein Referenzthermometer und nimm möglichst viele präzise Werte auf, die Widerstandswerten des NTC einen Temperaturwert zuordnen. Dann schreib die Werte in zwei Spalten einer csv-Datei (etwa: Temperatur Spalte 1, Widerstand Spalte 2). Der Rest sieht in gnuplot so aus:
Code: Alles auswählen
Aref = 1.3932; Bref = -43.942; Cref = 271.87 # Wir wollen die Referenzfunktion von ft darstellen.
A = Aref; B = Bref; C = Cref # Setze unsere eigenen Parameter auf die Originalwerte, um Startwerte zu haben
ft(R) = Aref * log(R)**2 + Bref * log(R) + Cref # Original-Referenzfunktion
T(R) = A * log(R)**2 + B * log(R)+ C # Unsere eigene Funktion. Derzeit identisch.
fit T(R) "Messwerte.txt" using 1:2 via A, B, C # Passe die Funktion über die Parameter A, B, C optimal an die Daten in Messwerte.txt an.
plot "Messwerte.txt" u 1:2, ft(x), T(x) # Diagramm anzeigen. Die Fit-Parameter stehen in der Programmausgabe.