страница - 74
2.5.5. Спектральное распределение энергии излучения
Параметр излучения | Интервал спектра | |||||
ультрафиолетовый | видимый | инфракрасный | ||||
Длина волны, мкм Поверхностная плотность потока излучения, Вт• м2 Допустимое отклонение, % | 0,28...0,32 5 ±35 | 0,32...0,40 63 ±25 | 0,40...0,52 200 ± 10 | 6,52...0,64 186 ± 10 | 0,64...0,78 174 ± 10 | 0,78...3,00 492 ±20 |
ются: спектральное распределение энергии излучения (табл. 2.5.5), а также интенсивность излучения, или поверхностная плотность потока энергии излучения. Интенсивность солнечного излучения, характеризуемая солнечной энергией, приходящейся на единицу поверхности, перпендикулярной солнечным лучам на среднем расстоянии от Солнца вне земной атмосферы, называют солнечной постоянной Eq .
Для проведения испытаний на воздействие солнечной радиации необходимо в заданной плоскости измерения обеспечить излучение, воспринимаемое испытуемым издели; ем, с интенсивностью 1,120 кВт*м"2 и определенным спектральным распределением энергии. В указанное значение интенсивности должны также входить излучения, полученные за счет отражения от стенок камеры, однако не должны входить инфракрасные излучения от нагреваемых стенок камер.
Наряду с рассмотренными к параметрам камер солнечной радиации относятся: температура, скорость циркуляции воздуха и его относительная влажность. Температура воздуха в камере при облучении во время темной фазы
должна достигать +40 или 55 °С в зависимости от метода испьгганий, воспроизводящего предполагаемые условия эксплуатации. Поскольку для испытаний применяются камеры с принудительной циркуляцией воздуха, необходимо учитывать возможность охлаждения изделий и термодатчиков под действием воздушного потока. Даже столь малая скорость циркуляции воздуха, как, например, 1 мвс-1, может вызвать уменьшение температуры перегрева более чем на 20 %. Вследствие этого при осуществлении нагрева (охлаждения) термоэлементами, расположенными в стенках камер, должно обеспечиваться более равномерное распределение температуры в камере при относительно небольшой скорости воздушного потока.
В качестве искусственных источников солнечного излучения используются одна или несколько специальных ламп, а также ряд оптических элементов (рефлекторов, светофильтров и т.д.), обеспечивающих получение требуемого спектра и заданной интенсивности излучения.
Источники излучения различаются по физической природе излучения. Они могут быть основаны на нагревании, принципе электролюминесценции, одновременном использовании нагрева и электролюминесценции.
К источникам излучения, основанным на нагревании, относятся вольфрамовые лампы. Вакуумные или газонаполненные вольфрамовые лампы большую часть своей энергии излучают в области коротковолновых инфракрасных лучей и почти не излучают ультрафиолетовых лучей, что ограничивает их применение. Так, например, вакуумная лампа при температуре вольфрамовой нити Т = 2 500 К имеет максимум излучения в области X = 1, 15 мкм, а газонаполненная лампа при температуре нити Т = 3 000 К - в области X = 0,96 мкм. Если принять всю энергию, излучаемую вакуумной лампой, за 100 %, то только 7 ... 12 % приходится на видимую часть спектра, а остальная часть, за исключением небольших потерь, излучается в виде инфракрасных лучей.
Лампы с вольфрамовой нитью в колбе из кварцевого стекла с галогенным наполнителем обладают лучшей стабильностью рабочих характеристик на протяжении всего срока службы. Поскольку в солнечном спектре приблизительно 50 % энергии приходится на видимую и ультрафиолетовую части спектра, что соответствует длинам волн короче 0,7 мкм, применение вольфрамовых ламп целесообразно только в случаях, когда необходимо воспроизведение инфракрасного и теплового воздействия (рис. 2.5.30).
Солнечная радиация, Вт/мг
л | |||||
И | Z { | / | |||
V/ | г | ||||
1 1 | /ш | ||||
L 1 III | 1 HI> и | ||||
У | |||||
0,2 0,6 1,0 1,4 1,8 Л, мкм
Рис. 2.5.30. Спектральное распределение излучения:
1 - вольфрамовой лампы накаливания; 2 - солнечной радиации, когда Солнце находится в зените; 3 - солнечной радиации при слабой облачности
Вт/м2
0,2 0,6 1,0 1fi 1,8 \,мкм
Рис. 2.5.31. Спектральное распределение излучения:
1 - ксеноновой газоразрядной лампы высокого давления; 2 - солнечной радиации, когда Солнце находится в зените; 3 - солнечной радиации при слабой облачности
В отличие от источников излучения, основанных на нагревании, которые дают сплошной спектр, электролюминесцентные излучатели имеют прерьгвистый спектр. Они характеризуются высокоинтенсивным селективным излучением в очень узкой области спектра, зависящей от газового заполнения.
К люминесцентным относятся также и ксеноноеые излучатели, обеспечивающие получение спектра, наиболее приближающегося к солнечному (рис. 2.5.31). Спектр излучения зависит от длины разрядных промежутков, от мощности ламп, от их геометрической формы
и размеров. Так, при коротких разрядных промежутках относительная энергия излучения больше, чем при длинных, и она в большей степени сосредоточена в ИК части спектра. Потребляемая мощность ксеноновых излучателей и эксплуатационные расходы весьма значительны. Теоретический срок службы порядка 5 ООО ч.
Дуговые лампы основаны на использовании дугового разряда, образующегося между двумя угольными или графитовыми электродами. Они позволяют получить спектр излучения, имеющий максимум в области коротковолновой части инфракрасного излучения (0,7 ... 0,8 мкм) и пик в начале ультрафиолетовой части спектра. Недостатками дуговых ламп являются: постепенное затухание вольтовой дуги, приводящее к ограниченному времени непрерывной работы, а также недостаточная локализация и фиксация источника излучения.
Сравнение спектра солнечного излучения со спектрами ламп, применяемых для его имитации, показывает их недостаточное совпадение. В то время как солнечный свет дает приблизительно непрерывный (сплошной) спектр, все искусственные источники имеют определенные спектральные линии. В связи с этим для получения необходимого спектра излучения применяют светофильтры, которые могут быть стеклянными и жидкостными, абсорбционными и интерференционными. Выбор светофильтров зависит от источника излучения и его использования. Предпочтение отдается стеклянным фильтрам. К недостаткам стеклянных фильтров можно отнести неодинаковую оптическую плотность стекол, тенденцию к изменению спектральных характеристик под воздействием излучения.
В ряде случаев находят применение многослойные стеклянные интерференционные светофильтры, действие которых основано на интерференции лучей, многократно отражающихся и проходящих через тонкие слои прозрачных материалов. Подбирая показатели преломления, толщины и число этих слоев, можно получать различные светофильтры с почти произвольными спектральными свойствами. Интерференционные фильтры меньше нагреваются и обычно более стабильны, чем абсорбционные.
Хорошие результаты дает комбинация интерференционных и абсорбционных светофильтров. Таким образом, спектр излучения ксеноновой лампы может быть откорректирован с помощью комбинации абсорбционных светофильтров для инфракрасной и ультрафиолетовой областей.
Большая удаленность Солнца от Земли приводит к тому, что солнечные лучи падают на земную поверхность параллельно, в то время как искусственные источники излучения
находятся на сравнительно близком расстоянии от поверхности испытуемого изделия и не обеспечивают аналогичного направления лучей. Вследствие этого для обеспечения равномерного распределения интенсивности излучения в плоскости измерения необходимо применение рефлектора в виде параболического вогнутого зеркала. При этом важное значение имеет конструкция используемой лампы. Так, например, при применение и ксеноновой лампы возможно образование теней от ее электродов и опор. Иногда для обеспечения равномерности облучения используют ксено-новую лампу с длинным разрядным промежутком, укрепленную в желобообразном параболическом рефлекторе (рис. 2.5.32).
Источники излучения в камерах солнечной радиации рекомендуется размещать вне их рабочего объема, за специальным остеклением, исключающим, с одной стороны, воздействие на изделие большого количества теплоты, выделяемой лампами, и загрязнение испытуемых изделий озоном, образующимся в результате ультрафиолетового излучения ксеноновых, дуговых и других ламп, а с другой стороны, уменьшающим воздействие повышенной влажности в испытательной камере на оптические элементы. Попадание озона и других газов в рабочий объем камеры может оказывать значительное влияние на процессы деградации некоторых материалов.
Рис. 2.5.32. Излучатель, имитирувниий солнечное излучение:
1- излучения ультрафиолетового и видимого спектра;
2- ИК-излучения; 3 - ксеноновая лампа; 4 - зеркало УФ-излучения; 5 - зеркало излучения видимого
спектра; 6 - оболочка из кварцевого стекла с избирательно отряжающим слоем ИК-излучения; 7 - дополнительный фильтр УФ-излучения; 8 - параболический рефлектор; 9 - образцовая поверхность
Средства измерений воздействия солнечного излучения. Постепенное изменение интенсивности излучения и спектрального распределения энергии излучения по сравнению с первоначальным, возникающее в процессе эксплуатации камер, требует регулярного контроля значений параметров воспроизводимых в камере испытательных режимов. С течением времени могут изменяться спектральные характеристики рефлекторов, светофильтров и ламп вследствие постепенного испарения материала электродов, который осаждается тонким слоем на их баллоне. К неприемлемым изменениям значений параметров излучения может приводить замена ламп.
Для оценки солнечной радиации находят применение ряд приборов.
Пиргелиометр - прибор для измерения прямого солнечного излучения, падающего на поверхность, перпендикулярную солнечным лучам. Он является эталонным прибором и применяется для поверки актинометров.
Пиранометр - прибор для измерения суммарного рассеянного солнечного излучения, поступающего на горизонтальную поверхность; применяется в сочетании с избирательными фильтрами.
Актинометр - прибор для измерения интенсивности прямого солнечного излучения;, он измеряет относительные значения в отличие от пиргелиометра, измеряющего абсолютные значения. Определение интенсивности ультрафиолетового излучения осуществляется фотохимическим способом, основанным на вычислении изменения интенсивности ультрафиолетового излучения по результатам изменения оптической плотности светочувствительного раствора под действием излучения.
Наряду с определением суммарной интенсивности излучения представляет интерес исследование спектральных характеристик, осуществляемое сложными спектрорадиомет-рическими приборами.
В связи с высоким уровнем интенсивности излучения для измерения температуры в камере могут применяться термопреобразователи только определенного принципа действия. Рекомендуется использование термопар, устанавливаемых внутри радиационных экранов, изготовляемых из мельхиора.
При необходимости измерения температуры испытуемых изделий термопреобразователи следует устанавливать на внутренней поверхности (кожухов).
Испытания на воздействие солнечного излучения проводят для определения его влияния на тепловые, механические, химические, электрохимические и другие явления, происходящие в испытуемых изделиях.
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87] [стр.88] [стр.89] [стр.90] [стр.91] [стр.92] [стр.93] [стр.94] [стр.95] [стр.96] [стр.97] [стр.98] [стр.99] [стр.100] [стр.101] [стр.102] [стр.103] [стр.104] [стр.105] [стр.106] [стр.107] [стр.108] [стр.109] [стр.110] [стр.111] [стр.112] [стр.113] [стр.114] [стр.115] [стр.116] [стр.117] [стр.118] [стр.119] [стр.120] [стр.121] [стр.122] [стр.123] [стр.124] [стр.125] [стр.126] [стр.127] [стр.128] [стр.129] [стр.130] [стр.131] [стр.132] [стр.133] [стр.134] [стр.135] [стр.136] [стр.137] [стр.138] [стр.139] [стр.140] [стр.141] [стр.142] [стр.143] [стр.144] [стр.145] [стр.146] [стр.147] [стр.148] [стр.149] [стр.150] [стр.151]