光电倍增管式光谱仪内部的工作原理被测灯发出的复色光在积分球内均匀混光后被光纤输入端头接收，并由光纤传送进入光谱仪，再经滤色进入输入狭缝，投射到光栅上对光谱光功率信号进行分解。因为作为光电转换的光电倍增管本身无法区分光谱，所以由机械装置转动光栅来把一定带宽的单色光功率信号按照波长大小依次投射到输出狭缝，由紧贴狭缝的光电倍增管接收并把光功率信号转换并多级放大为电信号，再由外部电路进一步放大输出到电脑中进行处理。在这一系列过程中，技术非常复杂。
此外，测量需要准确的波长扫描(这对于光谱连续的灯的测量准确性不是问题，但对分离光谱的灯的光色参数特别是色参数测量准确性很重要，例如白炽灯的色温测量准确度很高而三基色节能灯的色温测量准确度较差)，测量的分辨率和准确度又与输入输出狭缝宽度、波长定位及扫描步长关系很大。所以光电倍增管式光谱仪的测量速度较慢，早期的光谱仪一般需2～3分钟，近期的也需要10秒钟左右。
光电倍增管式光谱仪的测量准确度可以很高，但光电倍增管也有缺点：①灵敏度因强光照射或因照射时间过长而降低，停止照射后会部分地恢复，这种现象称为“疲乏”。我们在对一台使用了多年光电倍增管式光谱仪对同一白炽灯连续重复测量90 分钟试验中，其光通量不断单向下降达3%，但色温变化很小在5K 内(0.2%)；②光阴极表面各点灵敏度不均匀；③在实际测量中施加的电压太高会产生噪声。
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