分类: 测量

  • 灯具的测试方法 – 启动时间


    2017年10月,美国能源之星发布了新版灯和灯具的启动时间测试方法-《ENERGY STAR Program Requirements-Start Time Test Method》。该文件对灯和灯具启动时间的测量环境条件、测量设备、测量方法以及测试报告的内容都做了相应规定,厘清了以往规范中的模糊之处。按照该规范的要求,工程技术人员能快速和正确的执行操作,在标准条件下获得准确的测量结果。

    除此之外,欧盟ErP以及中国的相关标准也制定了启动时间的测试要求,其内容与能源之星大同小异。以下仅以能源之星的规范为例,介绍使用LED光源的灯泡、光引擎和灯具(以下统称LED灯)的启动时间测量方法。

    1. 适用范围

    以下测试方法适用于所有使用LED光源的灯泡、光引擎和灯具(以下统称为LED灯)。

    2. 定义

    按照能源之星的定义,LED灯的启动时间指电力加载至灯到光源连续点亮的时间,连续点亮指光输出是常数或呈上升趋势的点。

    3. 环境条件

    测试应在环境温度为25°C±1°C的条件下进行,并尽量减少空气流动。测试环境应清洁,无大量灰尘和湿气。

    4. 测量系统

    能源之星推荐了基于“积分球测量法”和“非积分球测量法”的两种测量系统,前者需要将样品安装在积分球内进行测试,操作繁琐且对积分球设备带来不必要的磨损,所以实际的工程测试中更多采用的是非积分球测量法。

    非积分球测量法即暗室测量法,这里的暗室并不局限于严格意义上的一个房间,也可以是一个屏蔽外部光线的空间或盒子。暗室测量法对场地和设备的要求不高,只要确保没有外来光线对测试造成干扰即可,操作过程也非常简单,测量结果完全能满足标准要求。

    参考能源之星规范的建议,一个实用的暗室测量系统如下图所示。示波器分别采集AC电压和光信号出现的时间,通过计算两者的时间差,即可得到启动时间的测量值。

    AC电源选用可编程交流变频稳压电源,其输出电压范围应能覆盖样品的额定电压值,功率容量至少大于被测样品的10倍。也就是说,如果被测样品的功率为100W,那么AC电源的输出功率应不低于1KW。

    示波器用来同时采集灯具的AC电压和光输出信号,至少要有两个输入通道,并具有数据存储功能,通常实验室使用的示波器都能满足要求。

    承担光电转换功能的是一个硅光电探测器,并校正至接近CIE(国际照明委员会)的Vλ光谱光效曲线。应避免使用光敏电阻等器件作为探测器,因为这类器件不符合Vλ校正要求,并且光电转换的上升时间太长,可能会带来几十毫秒的延迟误差。

    5. 测试方法

    5.1 样品准备

    被测样品灯应当和出货产品具有相同的机械和电气设计,能完全代表最终的出货产品。在测试之前应仔细检查,确保样品外观应清洁无破损,若有任何缺陷或不一致之处,都应记录在测试报告中。

    样品灯应在室温环境下静置一段时间后才能进行测试,能源之星要求至少静置16小时,且最后至少2个小时的温度范围应是25℃±1℃,然后立即测试。在实际的测试作业中,样品灯在室温环境下静置2小时后的测试数据即能符合要求。与荧光灯不同,LED灯在测试前不需要进行老练。

    传统LED灯的启动时间基本上由驱动器的电路启动时间决定,对于带有运动传感器、光控器、本地遥控等功能的LED灯,可采用技术手段禁用或旁路这些功能,避免上电后驱动器不工作或拖慢电流输出时间。需要特别注意的是,对于带有网络控制(例如:Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth……)功能的智能灯具,由于固件的不断优化已使多数控制组件的启动延时降至很低,没有必要再进行任何旁路处理。

    5.2 样品安装

    样品的安装方向应与消费者的实际使用情形相同,也可按制造商指定的不同要求安装,均应在测试报告中注明。

    光电探测器应正对LED灯的外部发光面,尽量避免光线经过反射后再进入探测器,这和测试光通量的要求有所不同。

    5.3 测试步骤

    • 示波器的CH1通道接AC电压信号,设置耦合方式为交流输入,时基建议设为50/div。
    • CH2通道接光电探测器的输出电压信号,设置耦合方式为直流输入,时基建议设为2V/div。
    • 设置示波器的扫描速度,建议设为100-200 mS/div。
    • 设置示波器为上升沿单次触发模式,触发电平建议设置为10V。
    • 设置AC电源的输出为样品的额定电压和频率,如果样品是宽电压供电的,应在不同的额定电压下分别测试一次。通常,输入电压越高,LED灯的启动也越快。
    • 接通电源,施加AC电压到LED灯,示波器自动抓取输入电压和光输出的波形。
    • 设置示波器的光标类型为“时间”,调节光标CH1至交流电压出现的位置,调节光标CH2至光源连续点亮的起始点位置,CH1与CH2的时间差Δt即为启动时间。

    多数LED灯的启动时间都在0.3~1s之间,但由于对光电信号的幅值或扫描速度设置不当,可能出现波形抓取失败的情况。如有必要,在正式测试之前,可以使用一个和被测样品相同规格的副样品先进行一次测试,以确定正确的示波器设置。

    6.测试报告

    启动时间测试报告应当包括下列信息:

    • LED灯和驱动器的制造商名称和规格
    • 测试设备的规格型号
    • 测试日期
    • 环境温度
    • 样品安装方向
    • 测试电压(V)及频率(Hz)
    • 基于输入电压和光输出信号的启动时间波形
    • 启动时间(ms)
    • 注明测试中是否禁用或旁路了何种控制功能,并详细说明采用的技术手段

    合格的启动时间截图如下:

  • 耐候性试验方法中的天然环境曝露试验

    材料的耐候性是指涂料、橡胶、塑料等制品在阳光照射、温度变化、风吹雨淋、气体腐蚀、细菌沾染等外界气候的影响下,出现的褪色、发黄、变色、失光、变模糊、氧化、脱皮、龟裂、分层、粉化、脆化及强度下降等现象,其中紫外线和盐雾是导致材料老化的关键因素。

    为了验证新材料以及评价材料配方的耐久性能,业界制订了多种耐候性的测定方法,大体上可归为天然环境曝露试验和人工环境加速试验两大类别。

    天然环境曝露试验始于1839年,当时的英国科研人员R·Mallet在河流入海处的水上和岸上,进行了金属样品的90°垂直挂片试验,曝露时间为两年。1926年,美国材料试验协会(ASTM)在宾夕法尼亚州大学曝露场,采用30°角试验样品。1939年,又改为45°角曝露试验,并被多数科研试验人员沿用至今。

    天然环境曝露试验方法的操作简便,所需的费用也较低,缺点是试验周期太长,影响产品设计的优化进度。并且,由于是天然环境,试验场地的气候变化无法控制,为保证试验结果的再现性,对试验场地的选择尤为重要。天然环境曝露试验方法经过不断改进和发展,目前在国内外普遍采用,已经成为了解材料耐久性最常用的手段。

    天然环境曝露试验又细分为直接阳光暴露试验、玻璃框下阳光暴露试验、黑箱暴露试验几种。样品的放置方法又分为固定安装和太阳跟踪两种,固定安装的样板与太阳照射的角度随日光变化,而将被样板装在有太阳跟踪装置的样板架上后,样板与太阳照射的角度可与保持不变,能更快获得试验结果。

    1. 美国的天然环境曝露试验

    美国材料试验协会(ASTM)是世界上最早开展大气暴露试验的组织,已并形成曝露试验网体系和大规模的天然环境曝露试验中心。ASTM在全球设有45个试验场,分布在境内的纽约、哥伦布、斯塔特科勒吉、柯尔海滩、阿兰萨斯港、伯克利海滨等18个试验点及境外的巴拿马运河区,并且根据与加拿大国家研究委员会的协议,可以使用加拿大的哈利法克斯(海岸地区)、渥太华(农村地区)、蒙特利尔(工业地区)、萨斯卡通、运北地区的温哥华岛和贝克湖的暴露场。

    ASTM的暴露试验场

    ASTM海水试验站及海水特性

    美国阿特拉斯(ATLAS)气候服务集团在全球范围拥有18个暴晒场站,其中佛罗里达和亚利桑那的两个暴晒场是世界上最大的暴晒场。

    美国是目前天然环境曝露试验场最多的国家,其他的天然环境曝露试验场包括:

    • 美国国家标准与技术研究院共有6个曝露试验场
    • 国家陆海军环境试验体系在全球共有4个试验中心和16个曝露试验场
    • 美国军用工程塑料自然环境中心建有6个曝露试验场
    • 美国南佛罗里达试验服务中心在国内外共有8个曝露试验场
    • 美国北卡罗来那州拉奎腐蚀技术研究中心在柯尔海滩有2个大的海滨和海水曝露试验场
    • 美国迈阿密亚热带试验中心有4个气候类型的曝露试验场

    2. 日本的天然环境曝露试验场

    日本的天然环境曝露试验遍及全球,其中JWTC日本天然暴露试验中心于1970年7月29日建立的铫子曝露试验场最为著名,该试验场功能齐全,是亚洲最大的天然环境试验中心。1992年2月21日,日本又在冲绳岛以南300公里建立了宫古岛曝露试验场,该试验场四周被珊瑚海包围、是日本最靠近北回归线的海洋气候试验场地。

    日本的天然环境曝露试验场

    3. 俄罗斯的天然环境曝露试验场

    俄罗斯的天然环境曝露试验场也遍布远东地区、中亚细亚、南高加索地区、中央地带和北极地区。此外,俄罗斯还与古巴、越南、印度、缅旬、中东以及非洲的曝露试验场站保持业务联系,进行试验研究工作。

    4. 英国的天然环境曝露试验场

    英国总共有各类曝露试验场40个左右,仅钢铁研究协会就有8个,其中最大的是英国日太公司的克林顿曝露试验场。此外,英国还在西非、新加坡、纽约市郊、澳大利亚海滨等不同地点建立了规模不一的曝露试验场。

    5. 法国的天然环境曝露试验场

    法国约有曝露试验场30个,其中包括世界上海拔最高(4843m)的曝露试验场。

    6. 中国的天然环境曝露试验场

    中国电子产品可靠性与环境试验研究所(赛宝实验室)从1955年起就开始从事环试验境技术研究,在环境试验理论和试验评价方法研究等领域以及试验设备的设计与制造方面一直处于国内领先地位,是首批获得国家认可的、专业从事产品环境适应性试验和评价的第三方检测机构。赛宝实验室建有广州、海南、西沙3 个试验场站, 可为各种材料提供城市、乡村及海洋3 种典型气候环境试验。

    赛宝广州试验站分布在广州东北郊电子五所大院内及广州花都试验场,位于北纬23°16′、东经113°16′,年平均温度为21.8°C,年平均相对湿度78%,年日照时间1900小时,年降雨量1850毫米。该地区不仅属于典型的亚热带湿润气候,还具有工业大气特点,空气中含有二氧化硫、硫化氢、二氧化氮等腐蚀气体,是各种涂镀层、材料、汽车零部件理想的试验基地。

    赛宝海南试验站建在海南省万宁市城郊乡村,位于北纬18°48′、东经110°20′,海拔8.3米,年平均温度为23.4°C,年平均相对湿度84%,年平均日照时间2300小时,年降雨量2050毫米,属典型的热带乡村气候,是考核涂镀层以及产品耐湿抗腐性能的理想试验场地。

    赛宝西沙试验站建于永兴岛,位于北纬16050‘,东经112020’,海拔4.9m,西沙的年平均气温27.0℃,相对湿度为82%,年日照时间2700h,年降雨量为1600mm,平均风速4.2m/s。永兴岛面积仅2.6平方公里,岛小且无地形屏障,四周风大浪高,岛上空气中的盐雾含量长年居高不下,属热带湿热地区,可开展露天、半封闭、全封闭三种条件的暴露试验及研究。

    中国广州电器科学研究院气候试验中心始建于1958年,建有花都和琼海两个符合国际标准要求的户外试验场,是具有第三方地位的材料检测与评价专业机构。与欧洲、美国、日本和韩国等多家国际著名机构建立了合作关系,是美国ATLAS气候服务(AWSG)在中国进行环境气候实验的唯一指定服务机构,是通用、大众、日产、BHC等公司业务授权机构。

  • 灯具的测试方法—运输包装测试

    随着经济全球化的蓬勃发展,国际分工日益加深,货物的跨国运输已经成为常态。使用不合格的运输包装可能造成产品损伤,由此带来的质量和安全隐患会危及消费者的利益,最终使商家的声誉下降、利益受损。

    如何确保货物在经历不同条件的长途运输之后,仍能安全无损的送达消费者手中,是各制造商、物流机构和零售商必须认真面对的问题。

    通过在实验室对运输包装件进行针对性的模拟实验,不仅可以提前发现包装设的瑕疵,还能对包装方式和包装材料进行优化调整,使包装设计尽可能达到科学合理的水平,同时符合经济适用的原则。

    60年前,国际安全运输协会(International Safe Transit Association,简称ISTA)率先提出了包装性能测试和认证的概念。今天,ISTA已成为产品包装测试行业的领导者,他们开发的测试程序已被各国和各行业广泛引用。

    ISTA已经发布了一系列的标准以及测试程序和测试项目等文件,作为对运输包装的安全性能进行评估的统一依据。ISTA标准目前有如下六个系列的测试标准:

    • 1A     重量在68公斤及以下的包装产品
    • 1B     重量超过68公斤的包装产品
    • 1C     重量在68公斤及以下的独立包装产品的延长测试
    • 1D     重量超过68公斤的独立包装产品的延长测试
    • 1E     组合负载
    • 1G     重量在68公斤及以下的包装产品(随机振动)
    • 1H     重量超过68公斤的包装产品(随机振动)
    • 2A     重量在68公斤及以下的包装产品
    • 2B     重量超过68公斤的包装产品
    • 2C     设备包装
    • 2D     视为单元的包装产品
    • 2E     视为狭长外形的包装产品
    • 3A     重量在70公斤及以下的包裹运送体系的包装产品
    • 3E     同类产品的组合负载
    • 3F     重量在45公斤及以下的从配送中心至零售商运输的产品包装
    • 3H     用机械处理的散装运输的产品或包装产品的性能测试
    • 5B     受温度影响的运输包装的热性能测试的重点模拟向导
    • 7A     方案:承载重量在27公斤及以下的可重复使用的敞开集装箱和托盘承载的组合输送
    • 7B     承载重重量在68公斤及以下的封闭可重复使用的运输包装集装箱
    • 7C     重复使用的散装包装集装箱
    • 7D     包裹运送体系的输送中热性能对运输包装的影响

    其中ISTA-1A(Packaged-Products 150 lb (68 kg) or Less,质量不大于 150磅 (68 kg) 的包装件固定位移振动和冲击测试)一直作为一种基准测试程序使用,也是灯具制造商常用的一项运输包装测试规范,其测试流程如下:

    1. 对样品的要求

    • 样品必须是出货产品之一或与其一致。
    • 包装箱的材质、结构与出货状态一致。
    • 防护材料的材质与出货状态一致。
    • 防护方法的结构与出货状态一致。
    • 若被测样品需要通过运输工具传递到实验室的,应使用防护外箱,并标注在测试时需要拆除防护外箱的文字提示。

    2. 振动测试

    • 将被测样品放置在振动台上,调节防护栏至合适位置,确保样品有一定的自由活动空间。
    • 设定振动台的振动次数为14200次,振动频率为150-300CPM,振动完成一半后按要求将样品旋转90度。
    • 振动过程中,被测样品与振台之间的间隙应能自由的通过1.5mm厚、50 mm 宽、适当长度的金属薄片。

    3. 跌落测试

    • 将被测样品安放在跌落机上进行一角三边六面共10次自由落体测试,不同重量的被测样品其跌落高度和撞击速度按如下要求:

    4. 评估

    以包装物及产品的变形或破坏等受损情况来进行评估:

    • 包装箱接缝必须完好,不能开裂。
    • 灯具外观无擦伤,灯具包装袋或零件包无破裂。
    • 灯具结构无明显变形,零件无松动或脱落,五金、光学、电气部件无损伤。
    • 灯具的电气性能无变化。
    • 如果运输包装内有多个彩盒小包装,彩盒表面不能有明显的摩擦痕迹。
  • 灯世界发布“能源之星规范-灯和灯具的启动时间测试方法2015”中文译本

    2015年9月,美国能源之星计划发布了2015版的光源启动时间测试规范。该文件对测量的环境条件、测量设备、样品的前处理方法、测量步骤以及测试报告的内容都做了相应规定,厘清了以往测量方法中的模糊之处,以便于工程技术人员正确理解和掌握测量方法,在标准条件下获得准确的测量结果。

    与2013年发布的V1.0版本相比,2015版规范的主要变化是扩大了产品覆盖面,以适应灯具产品的测量需求,变化如下:

    • 文件名称由“灯的启动时间测试方法”修改为“灯和灯具的启动时间测试方法”
    • 适用范围由CFL和SSL灯泡扩展为CFL、SSL灯泡、光引擎和灯具

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    能源之星计划要求 灯和灯具

    启动时间测量方法

    2015.9

    1 概述

    下面的测试方法将用于判定产品是否符合能源之星(ENERGY STAR)灯泡和灯具的合格标准对启动时间的要求。

    2 适用范围

    能源之星测试方法适用于所有集成和外接镇流器的CFL、SSL灯泡、光引擎和灯具。

    3 定义

    除另有说明,本文件中的所有条款与能源之星灯泡和灯具的合格标准要求中的定义是一致的。

    • 启动时间:从电力加载至装置到光输出达到98%的灯初始稳定值之间的时间。
    • 初始稳定值:指光输出随时间水平的平均增幅(斜率降低),这可以基于灯的输出轨迹在数学上或视觉上的观察来确定。请参阅以下第9节的有关示例。

    4 测量方法和参考文件

    • IES LM-66-11: IES单端紧凑型荧光灯电气和光度测量的批准方法
    • IES LM-79-08: IES固态照明产品电气和光度测量的批准方法
    • IES LM-54-12: IES灯老练的指南

    5 测试设备

    5.1 测试装置和仪器

    • 可调节AC或DC电源(适用于灯泡)
    • 具有数据存储功能的多通道示波器
    • 适当的衰减探头
    • 光电探测器

    5.2 老练和预热

    • 在第一次读数之前,紧凑型荧光灯(CFL)应该按照IES LM-54-12的要求老练100小时,并按照IES LM-66-14的要求预燃烧。
    • LED灯和灯具不需要老练。

    5.3 用于启动时间测量的输入电源

    • 电源要求按IES LM-66-14或LM-79-08适用。
    • 当选择一个用于整体式灯泡或灯具的电源时,电源的VA等级必须适用于指定的功率因数。

    5.4 存储

    • 灯应在25℃±5℃下至少贮存16小时再测试,在最后至少2个小时的温度范围应该是25℃±1℃,并立即测试。
    • 节能灯(CFL)和镇流器(如果适用)样品应在试验前关闭20±4小时,如果节能灯(CFL)和镇流器样品已关闭了24小时以上时,应先运行3小时,然后关闭20±4小时之后再进行测试。

    5.5 环境温度

    • 应在环境温度为25°C±1°C的条件下测试,并尽量减少空气流动。

    5.6 功率计

    • 功率计应当能够满足IES LM-66-14或IES LM-79-08的相应测量要求。

    5.7 环境条件

    • 测试环境应清洁,无大量灰尘和湿气。

    5.8 方向

    • 样品测试时的安装方向依照能源之星规范的说明或制造商指定的不同要求安装。

    5.9 样品选择

    • 样品应具有制造商典型产品的代表性。
    • 样品应当在测试之前进行清洁和彻底检查。
    • 灯样品的任何缺陷或不一致之处,都应加以记录。

    6 测试指引

    6.1 光度测量

    • 对于积分球测量法,参考IES LM-66-14或IES LM-79-08(如适用)。
    • 对于非积分球测量法,光度测量所用的光电探测器是一个硅探测器,并校正至接近CIE(国际照明委员会)的Vλ光谱光效曲线。

    6.2 节能灯(CFL)的移动

    • 在被运送到启动时间测试设备之前,节能灯和镇流器应当按照上面第5.4节的要求存储,在传输过程中应注意保持灯的方向并避免震动或撞击灯。

    7 测试程序

    • 将灯安装在测试环境中,镇流器或驱动器可能是外部的测试环境,如适用。
    • 非积分球测试法,光电探测器的位置应对着灯管或阵列的主体(如适用),根据需要遮挡外来光线。
    • 对于积分球测试法,见第A.1节的要求。
    • 当测试有罩的节能灯(CFL)时,光电探测器只需要对着样品的外部发光面。
    • 连接示波器探头去测量样品的输入电压和光输出。
    • 设置输入电压信号的触发范围,设置触发电平为10V。
    • 设置电源为样品的额定电压和频率,如果是一个指定的范围,则在范围值的中点处测试。
    • 使用一个典型样本以确定适当的电压和时基设置,建议初始时基设为200 mS/div。
    • 施加额定电压/频率到装置。
    • 以启动时间的基线记录输入电压和光输出波形。
    • 记录在98%光输出初始稳定值的启动时间,参见第9节的示例1和2。

    8 测试报告

    启动时间测试(STT)报告的数据应当包括下列测试信息:

    • 灯具、光引擎、灯泡和镇流器(如果适用)制造商的名称和产品标识
    • 测试设备的名称和位置
    • 测试日期
    • 灯头方向
    • 测试电压(V)
    • 测试电压的频率(Hz)
    • 时基设置(mS/ div)
    • 启动时间的输入电压和光输出波形
    • 启动时间(ms)

    9 示例:

    9.1 示例1-CFL

    9.2 示例1-LED灯

    下载:

    “ENERGY STAR Recommended Practice-Start Time Test Method(能源之星规范-启动时间测试方法)V2015”

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