試驗十四材料透光性的測定

1、實驗十四 材料透光性的測定一目的意義在材料中，玻璃、陶瓷、塑料等是透明或半透明材料。透光性是指材料透過光線的能 力，它是一個綜合性的指標， 與材料對光線的吸收和反射性質(zhì)有關 通常用透光率或霧度 ( 渾 濁度 )來表征。傳統(tǒng)的光學材料是玻璃透光性是玻璃最重要的性質(zhì)。早在十五世紀，人們就開始應 用這個光學性質(zhì)。 自那以后， 光學玻璃和平板玻璃的光學性質(zhì)給人類帶來了文明和繁榮。 現(xiàn) 在，無論是在人們的生活中還是在各種生產(chǎn)和科學研究領域里都離不開玻璃。 對于平板玻璃， 由于其用途的需要， 對光的透過率有較高的要求， 在各國的玻璃標準中對透過率都有具體的 規(guī)定。因此，透過率的測定是平板玻璃質(zhì)量檢測的重要

2、項目。乳白玻璃和半透明瓷器的一個重要光學性質(zhì)是半透明性。一些重要的工藝瓷，例如骨 灰瓷和硬瓷， 其半透明性是主要的鑒定指標之一。 單相氧化物陶瓷的半透明性是它的質(zhì)量標 志。因此，測定乳白玻璃和半透明瓷器的半透明性對科研和生產(chǎn)都是十分重要的。對于陶瓷材料，好磁器的一種特殊性質(zhì)是高度的透光性。透明的AI2O3、MgO Y2 O3等氧化物陶瓷也有較高的透明度。其透光性也是這些材料的質(zhì)量指標。此外，有機玻璃、透明或半透明塑料薄膜也以透光性作為其質(zhì)量鑒定和老化后性能變 化程度的評定指標。本實驗的目的：1 明確總透光率、霧度的基本概念；2 了解玻璃透光率測定儀、透光率霧度測定儀的基本測量原理及使用方法；3

3、 掌握材料透光率、霧度的測定技術。二基本原理1 總透光率的定義與測量原理(1) 總透光率的定義透光率是衡量一種物體透射光通量的尺度。1 9 3 3 年，國際照明委員會 ( C I E )對透光率做了明確的定義：透過率是透過物體的光通量和射到物體的光通量之比，即(14-1)式中：T總透過率；光通量之比，即Go射到物體上的光能量，流（明）；:透過物體的光能量；I .A光源的分譜輻射強度，瓦每球面度；V,明視覺相對光譜靈敏度 （或視見函數(shù)）；/u-.單色光透過率。d ,波長間隔，納米。這樣，只要用分光光度計測出物體的一系列單色光的透過率，就可以累計計算物體的可見光（3 8 0 7 8 0 nm）透過

4、率。不過，手工計算十分麻煩，將算法編成程序，讓計算機自動計 算則方便得多。（2）玻璃透光率測定儀的測試原理平板玻璃的可見光總透過率 （簡稱透光率）是指光源A發(fā)出的一束平行光束垂直照射平板玻璃時，透過它的光通量2對入射光通1的百分數(shù)，以T （ %）表示，即T=2100%（14-2）1由秦皇島玻璃研究設計，無錫建筑材料儀器機械廠生產(chǎn)的“BT 一 1型玻璃透光率測定儀”，是國家標準 GB 2 6 8 0 8 1指定的測試儀器，其結(jié)構(gòu)如圖14 1所示。由燈泡（3）發(fā)出的光經(jīng)過聚光鏡 （4 ） 與物鏡（7 ）變成一束平行光，該束光通過試件（1 0）后進入積分球（1 4），經(jīng)球內(nèi)壁反射層多次反射后成為柔和

5、的漫射光，使球壁表面各處的光照度相等。固定在積分球上的硒光電池（1 2 ）將球內(nèi)的光照吸收后轉(zhuǎn)換成光電流，并由檢流計 （15 ）指示反映出來。13圖14-1 BT 一 1型平板玻璃透光率儀的測試原理圖(1)直流穩(wěn)壓電源(2)園弧反光鏡(3)燈泡(4)聚光鏡(5)平行光管(6)固定光欄(7)物鏡當光路中沒有試樣時，設光通量為(8)可調(diào)光欄(9)快門(10)試件(11)濾光片(12)硒光電池(13)微調(diào)電位器(14)積分球(15)檢流計：'的平行光束進入積分球內(nèi)之后，此光束被硒光電 池吸收所轉(zhuǎn)換成的光電流是 丨1,此時打開快門(9 )，光電流使檢流計(15 )的光亮點偏 轉(zhuǎn)100 格：而將

6、試樣(1 0) 推入光路后，平行光束經(jīng)試件反射，吸收后進入積分球內(nèi)腔的光通量為2，被硒光電池吸收轉(zhuǎn)換成的光電流為12,檢流計光亮點偏轉(zhuǎn)的格數(shù)為 a，則試樣的透光率為:T=I1a100100%= a 100 %(14-3)漫反射漫反射半球反射半球反肘霧度測定儀采用平行照射，半球散射，積分球光圖14-2半球反射與透射原理這樣；從檢流計光亮點偏轉(zhuǎn)的格數(shù)就可以直接讀出被測試洋的透光率值。2 .霧度的定義與測量原理(1) 霧度的定義光線射到一透明或半透明物體上時，部分產(chǎn)生定向反射，部分產(chǎn)生漫反射，如圖14 2 中的左半球所示。光線進入樣品后部分被吸收，部分被透過。 在出射樣品的光中， 主透射部 分按折射

7、定律前進， 其余部分產(chǎn)生半球透射， 其前進方向是散亂的，因此稱為漫透射， 如圖 中的右半球所示。按照 G B 2 4 1 08 0 及 ASTM D1 0 0 3 6 1( 1 997 )，以半球透射來考核的透光率，稱為半球透光 率。透過試樣而偏離入射方向的散光通量與透射光通量之比稱為霧度，同樣，在GB 2 4 1 0 8 0及ASTMD 1 0 0 3 6 1(1 9 9 7)中所定義的霧度是指樣品的半球霧度.(2) 測量原理電接收的方式，其測量原理如圖14 3所示。由光源1 （鹵鎢燈）發(fā)出的光經(jīng)過聚光鏡 2, 通過光欄3，經(jīng)遮光式調(diào)制器 4射到物鏡5上。物鏡5射出一束平行光束，其光線偏離角

8、不大 于30，并將光攔3成像在出射窗口 1 0上。出射窗對入射窗口中心的張角為80,光斑邊緣與出射窗形成1.30的環(huán)帶。積分球7內(nèi)裝有一可擺動的標準發(fā)射器9,當測定透光率及總透射圖14-3霧度測定儀的測量原理圖光時，標準發(fā)射器被控在位，擋住出射窗；當測散射光時，從出射窗處讓開。固定在積分球J1 /、101.光源2 .聚光鏡3 .光欄4 .調(diào)制器5 .物鏡6 .試樣7 .積分球8.光電池9.發(fā)射標準器10.出射窗口 11 .入射窗口上的硒光電池8將球內(nèi)的光照吸收后轉(zhuǎn)換成光電流，經(jīng)檢波放大A/D轉(zhuǎn)換，微機處理后,顯示透光率和霧度的測定值，需要時還可打印輸出。三.玻璃總透光率的測定（一）.儀器結(jié)構(gòu)透

9、光率測定儀主要由直流穩(wěn)壓電源、平行光管、光接受器、檢測計四部分組成。1 .穩(wěn)壓電源（見14 1圖）直流穩(wěn)壓電源的作用是將 2 2 0v交流電源變?yōu)橥腹鈨x所需的測定1 2 v直流電源。透光率儀采用的是天津市無線電元件三廠生產(chǎn)的WY 1 5A型晶體管穩(wěn)壓電源。2 .平行光管（見14 1圖）平行光管是光路系統(tǒng)的主要部件，由，圓弧反光鏡、燈泡、聚光鏡、固定光欄和物鏡組 成。其作用是將燈泡發(fā)出的光變成較強的平行 光，這光束的大小由可調(diào)光欄（8 ） 進行調(diào)節(jié)，810用快門（9 ） 截斷光源，校對檢流計的零點。3 .光接受器（見14 1圖）光接受器由積分球、硒光電池、濾光片組成， 其作用是接收射入積分球內(nèi)的

10、光， 并轉(zhuǎn)換成光電 流。檢流計用來顯示光電流的大小，檢流計的標4 .檢流計尺長1 3 0mm，等分為1 3 0分度，每分度1毫米。標度為6 0 0 6 0 ,測量時可從標尺 上直l 電流表2檢流計3 分流器4電源開關接讀出試樣透光率的值。透光率測定儀的外形簡圖14-4透光率測定儀外形簡囪圖如圖14 4所示。5零點調(diào)節(jié)器6 試件夾7 指示燈8零點快門9 滿度細調(diào)1 0短路零點（二）.測定方法1 取樣方法對于平板玻璃原板，國家標準GB 2 6 8 0 8 1規(guī)定取三塊樣，即在與玻璃拉引方向相垂直的方向大約相等的距離的三個地方，分別取一塊樣品，如圖145所示。每片尺寸為40 X 6 0 毫米。對于其

11、它板材玻璃，如果不便于按上述方法取樣時，可直接切成406 0mm大小的試樣進行測試。應當注意，所取試樣不應有明顯可見的劃傷、疙瘩、不易清洗的附著物及直徑大于1毫米的氣泡。2 .試樣的準備用浸有無水乙醇（或乙醚）的脫指棉（或軟布條）將待測試樣擦干凈、晾干，裝入試件 夾。將試件夾插入儀器，推出光路位置。3.儀器測定前的準備（1）穩(wěn)壓電源 電源開前在關的位置（向下）； 電源選擇開關在斷的位置； “粗調(diào)”、“細調(diào)”旋鈕在最小位置 （向左轉(zhuǎn)）； 取樣開關在“內(nèi)” 一側(cè)。（2） 透光率儀 電源開關，光源開關和測量開關都在關的位置（向下）； 零點快門旋鈕置于“零”，滿度細調(diào)旋鈕置于最小位置 （向左方旋轉(zhuǎn)）；

12、 檢流計各開關的位置分流器旋鈕置于“短路”位置，電源開關置于220伏的一側(cè)；零點調(diào)節(jié)器旋鈕置于適當 位置（約在中間位置）。4 .測試步驟(1) 插上電源插頭 ( 2 2 0 v )，開啟穩(wěn)壓器“電源開關” ，指示燈亮，旋轉(zhuǎn)“電壓選擇”旋鈕至 12 v 處，預熱十分鐘；(2) 打開透光率儀“電源開關” ，指示燈亮；打開“光源開關” ，指示燈亮；打開“測 量開關”硒光電池開始開作；(3) 將檢流計面板“分流器”旋鈕置于 X 1 的位置；(4) 調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器上的“粗調(diào)” 、 “細調(diào)”旋鈕，使透光儀上電流表指針調(diào)到色溫電流規(guī) 定值 ( 該燈泡為 4.2 6A ) ；(5) 撥動檢流計“零點開關” ，使光

13、點移至標尺左邊“ 5 0 ”刻度線上，該線稱為零點；(6) 將“零點快門”旋鈕緩慢轉(zhuǎn)向“滿”位，指示燈亮，光路開通，稍停35分鐘，光亮點轉(zhuǎn)向標尺右邊“ 5 0 ”刻度附近；(7) 調(diào)節(jié)“滿度細調(diào)”旋鈕，使檢流計光點對準右邊刻線“ 5 0 ”，此時稱為“滿度” ；(8) 將試件夾向后拉入光路，此時檢流計光點向左偏移，停止對準“XX “刻線，即可按“XX'刻度線數(shù)值直接讀出試件透光率值.透光率值的計算方法是：T= ( 光亮點的偏移格數(shù) +5 0 ) 例如，光亮點偏移至右邊“ 4 0 '刻度線上，則試樣的透光率值直接讀為 9 0；(9) 檢流計光亮點“滿度'和“零'點

14、的校對； 讀出透光率值之后，將被測試樣推出光路，若光亮點回移至“滿度'線，則此測量值有效；若光亮點偏離“滿度'線，則此值無效，應重新調(diào)正“滿度'和“零點'，再一次進行測量。 另一方面，若被測試樣推出光路，光亮點雖然回到“滿度'線位置，但當“零點快 門'旋鈕轉(zhuǎn)向 “零' 位時， 光亮點沒有回移至 “零點' 線，則此值仍然無效， 應重新調(diào)正 “零 點'和“滿度' ，再進行測量；(10) 測量完畢，將“零點快門'旋至“零' ，將檢流計的“分流器'旋至“短路'位置， 關上“測量開關'

15、 ， “光源開關' ；最后將穩(wěn)壓電源的“電壓選擇'開關旋至“斷' ，將“電 源開關'關上，撥掉電源插頭。用布罩蓋好儀器，以防塵染。5 .測試注童事項(1) 在測量中，當檢流計指示器搖晃不停時，可按下“短路點'按鈕，使檢流計受到阻尼， 在改變電路、 使用結(jié)束和搬動儀器時， 均應將檢流計的分流器旋鈕置于 “短路' 位置。(2) 如在檢流計標尺上找不到光點，可將檢流器的分流器置于“直接'處，并將檢流 計輕微擺動，如有光點影象掃掠，則可調(diào)節(jié)零點調(diào)節(jié)器，將光點凋至標度盤上。如仍無光點影象掃掠，則應查燈泡是否燒壞.(3) 透光率儀的光源燈泡壽命大約只

16、有 l 0 0小時，因此，儀器連續(xù)使用時間不得過長， 不用時應立即關閉光源。6 .測定結(jié)果(1) 對每片試樣測定三次，取算術平均值作為該片試樣的透光率值。（2）將三片試樣的透光率值取算術平均值，作為該批試樣的測定結(jié)果。測定結(jié)果可按F列格式記錄。試樣編號試樣厚度（mm）測定值（%）每塊試樣的透光率（%）平均透光率（%）備注12312（3）透光率的測定報告還應包括：取樣日期、測定日期等。 四霧度的測定（一）.儀器結(jié)構(gòu)儀器外形如圖14 6所示。儀器分為發(fā)射系統(tǒng)（左側(cè)）和接收系統(tǒng)（右側(cè)）兩部分，中間是開啟式的樣品室。由于調(diào)制器的采用，儀器不受環(huán)境光的影響，不必采用暗室開啟式的樣品窗幾乎不受樣品尺寸的限

17、21. 測試準備指示燈 2.透光率顯示窗3.霧度測試窗4.電源開關5.測試開關6.樣品架制，保證了大件樣品操作者的安全，可以測量平板玻璃， 塑料板材和片材、 塑料薄膜等透明及半透明的平行平面樣品的透光率、透射霧度，儀器采用微機自動操作系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，無旋紐操作，使用方便。（二）.試樣的制備1.試樣切割尺寸對于量少的材料，可切成小樣，尺寸為5 0 5 Omm。對于面積和厚度大的材料，可切成大樣，寬度可達3 8 0 mm，厚度可達1 30 mm,長度不受限制。2 .試樣的處理試樣不應有明顯可見的劃傷、疙瘩、 不易清洗的附著物等。被測試樣表面應清潔，因此試樣選好后，要用濾紙或潔凈的紗布擦干掙，

18、必要時要用浸有無水乙醇（或乙醚）的脫脂棉 （或軟布條）將待測試樣擦干凈，晾干后才能進行測試。（ 三）.準備工作1 .將儀器電源插頭插入插座（三眼）。將打印機接上電源。2 將儀器的三只保護蓋旋下。3 在測小樣品時，須將樣品架裝于接受器的左側(cè) （ 擰上二只螺釘即可 ） 。（ 四） 測試方法1 儀器預熱按一下電源按鈕，儀器開始預熱。兩窗口各顯示一各小數(shù)點， 準備指示燈指示黃光。不 久，指示燈指示綠光，左邊讀數(shù)窗出現(xiàn)“P,右邊出現(xiàn)“ H,并發(fā)出呼叫聲。此時，按下測試開關，儀器將顯示“ P 1 0 0 0”，“ H 00 0 0 ”。如果不顯示“ P 1 0 0 0”， “H 00 0 0 ”，即“ P

19、<1 0 0 0”， “ H>0 0 0 0 ”， 說明光源預熱不夠?？申P閉電源后再開機， 重復 l 2 次，在顯示 “ P1000”， “ H000 ”， 穩(wěn)定數(shù)分鐘后即可結(jié)束預熱。2 空白的測試按下測試開關，儀器中的微機采集儀器自身的數(shù)據(jù)后，再度顯示“P',“H',并呼叫，即可進行測量。3 塊狀樣品的測量方法將待測樣品裝在樣品架上， 按測試鈕， 指示燈轉(zhuǎn)為紅光， 不久就在顯示屏顯示出透光率 和霧度的數(shù)值。前者顯示單位為 0 1，后者為 0 0 1 。此時，指示燈轉(zhuǎn)為綠光。需要進行復測時，可不拿下樣品，重按測試鈕即可。最后取其算術平均值作測量結(jié)果，以提高測量準確度。儀器將自動顯示透光率/霧度的多次測量平均值。更換樣品，重復按測