SJ Z 9001.43-1987 基本环境试验规程 第2部分:各种试验 太阳辐射试验导则.pdf
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1、,号l中华人民共和国电子工业性部标准基分:太阳辐射试验贝lBasic environmental testing procedures Part 2 I Tests Guidance for solar radiation testing 一SJ/Z 9001.43 87 IEC 68一29 ( 1975 ) 本标准介绍检查地面太阳辐射对设备和无件影响的模报方法。模拟环境的主要特性是地面上所观测到的太阳光谱能量分布和与控制温度条件综合吸收能量的强度。但是需要考虑末阳辐射(包括天空辐射)和其它琼境,例如温度、温度、空气速度等的综合。2 的辐射强度和光谱分布辐射对试验撑品的影响将取决于辐射强度和光
2、谱分布。2.1 辐射强度在地球一太阳平均距离的地球大气之外箩垂直于入射幅射的平面k的太阳辐射强度谓之太阳常数Eo。地球表面上的情射强度受到太阳常致以及稿时在大气中的衰减和放射的影响。为了选行试验,CTE国际照明委员会第22技术委员会建议以太阳常敖Eo1.35kW/m2为基础,太锢在尖顶时,从太阳和天空就到地面上的环球(总)辐射值为1.120kW/m2。2.2 光谱分布为本试验规定的环球辐射的标准光谱分布是按照CIE的推荐,列在SJ/Z9001.lt C 1 E C 68 2 5)试验Sa的表1中。如果只考虑太阳辐射的热效应,那么可使用鸽丝灯.但是必须清楚地理解,鸽丝灯的光谱分布与天然太阳辐射的
3、光谱分布明显不同(见图2) , 其辐射强度必须按照下面2.3阴芷。2.3 用其它光谱分布时要用的辐射强度中华人民共和国电子工业部1987一门一27批SJ/Z 9001.43 87 血一一-如果用于试验的辐射源不符合试验Sa的表1中所给出的标准光谱分布,例如使用鸽丝灯(如果试验只是为了评定热效应,这是允许的),必须调节其辐射强度,使其热效应跟试验样品受太阳和天空来的环球辐射的照射相同。因此从试验掘吸收的辐射应与太阳和天空来的环球辐射相同,即Eex 1.120 式中zEex-一从试验源来的辐射强度Fes ex ex一一试验样品对试验源辐射的吸收系敛,kW/m2 es-一试验样品对太阳和天空坏球辐射
4、的吸收系敛。(见附录A)3 试验程序和持续时3.1 必须考虑暴露的持续时间及其是连续的还是间断的。规定了三种可能的方法z方法A24h为一循环,8 h照射,16h不照射,按要求的重复次数进行试验(该方法给出每昼夜的总照射为8.96kW/m2,接近于最严酷的天然条件。如果主要考虑热效应,内规定用方法A)。方法B24h为一循环,20h照射,4h不照射,按要求的重复次数进行试验(该方法给出每昼夜+的总照射为22.4kW/m2,可用于主要考虑劣化效应的场合)。方法C按要求连续照射(该方法是一种简便的试验,可用于周期性热应;ij二严重要而只评定光化学效应的场合,也可用于评定低热容量试验样品的热效应)。3.
5、2 试验Sa规定的辐射强度为1.12kW/m2士10%。不推荐使用超过达辐射强皮的加选试验。如丰所述,模拟接近于最严酷的天然条件的总日照量的是方法A,其暴露于标准照射条件的持续时间为每天8h。因此,超过8h的暴露将得到超过天然条件的;!JH;11试验。但是方法C,每天24h的连续暴露可能掩盖周期性热应力的任何劣化效应,因此在过种情况下一般推荐使用方法C。3.3 要求的持续时间将取决于试验目的。如果考虑的只是热效应,三个循坏应该是足够的(需要较长时间才能达到最高内部温度的大设备除外。如果评定劣化效应,;后要较挺的试验持续时间。4 要考虑的其它环境因素4.1 箱内温度在照射和不照射期间,应按照规定
6、的方法(A、B或C)控制箱内温度。有元规范根据设备或元件的预定用途规定在照射阶段需达到的是十400C还是十550C。v4.2 湿度2 SJ /2 .9001、.4387 一喃阳不同曲曲提条件会明显地影响材料涂料、塑料等的光化学劣化效应,但要求如此不同,这里不打算对这一事项输出导则。有关规范应明确规定特殊的要求,例如,可以在方法B的试验开始时规定4且的温热(40土2C和(93土3)%RH)时间。4.3 表面污染灰尘和其它表面污物会大大地改变被照射表面的吸收特性。除非另有要求,试验样品必须在清洁的状态下试验。然而,如果必须评定表面污物的影响,有关规范应该包括有关表面处理等的必要资料。4.4 臭氧和
7、其它污染气体由试验源的短波紫外线产生的臭气,通常将通过用于校正光潜能量分布的辐射掠光器排出试验箱外。因为臭氧和其它污染气体会大大地影响某些材料的劣化过程,把这些气体排出箱外是重要的,有关规范另有要求除外(并见9.3条)。4.5 空气速度请注意流过试验样品的气流冷却效应,它也能够引起用于监控辐射强度的开启式热电偶产生使人误解的误差。1m/s的气流会降低20%的温升。因此,控制和测量空气速度是重要的应该尽可能地低)使之与达到满意控制温度(如果要用温度则连湿度)相一致。可通过箱壁的适当加热和冷却来调节箱内温度,不需要用高速气流。但是,实际上强烈的太阳辐射条件是难得完全没有风的。因此需要评定不同空气速
8、度对受试验设备或元件的影响。有关规范应该规定这一方面的特殊要求。4.6 基底、安装方式等因为基底的热性能和安装方法会大大影响试验样品的温升,这些因素必须认真考虑,使传递热量能代表典型的使用条件.试验样品多半要求安装在升高的支架上或规定性能的基底上,例如有规定厚度的混凝土层或有一定传导率的砂床上等等.基底的全部细节、安装方法和试验样品的情况应该在有关规范中规定(见附录B)0 5辐5 1 概述辐射源可以包括一个或几个灯及其有关的光学部件,例如反射器、滤光器等等以提供要J求的光谱分布和辐射强度。带滤光器的高压筒弧灯能提供最好的匹配。水银蒸气灯和筒采灯在匹配上有能导致误差的明显缺陷。具有特殊掺杂电极的
9、碳孤灯己广泛使用,但其稳定性差,维护有困难。因而没有得到普遍推广应用。如果只考虑热效应,可以用鸽丝,不过它几乎全无紫外光,因而在要评定光化学效应时不能用。这些灯的特性,滤光器的特性,光学装置等等在下列各条中讨论。5 .2 筒弧灯所用的这种灯的形状和大小将取决于所要求的试验。因1给出了乱弧灯的典型光谱分布。但是也应该考虑热电极的直接辐射。这一效应,短弧的相应地比长弧的大得多,会大大地影晌光谱的匹配,因为电板的幅射比弧光辐射有更大的红外辐射光区。己友现缸弧辐射的相对光3 SJ/Z9001.43-87 i普分布基本上与灯的功率无关n然而,灯的功率不同将改变电极的温度因而改变它们的辐射的光i普分布。对
10、长弧灯,屏蔽电极辐射较容易。短弧灯的结构形式导致制造公差比长弧灯要大得多,这一点当需要更换灯时特别重要。无论用哪一种灯,都需要定期更换,因为光的发射会随使用期限而不断变化,而且1:T与灯之间的寿命特性有很大的不同。尽管强度的这些不同,但因缸气是纯元素气体,其电弧辐射的相对光谱分布实际上应该保持不变。5 .3 鸽丝灯鸽丝灯由于缺少紫外辐射不适用于劣化试验。在热效应试验所得的结果中,如果不考虑光谱能量分布与天然太阳辐射有相当大的差别,那么也会出现严重的偏差(见2.3条)。罔2示出了灯丝温度为2600K的典型鸽丝灯与天然太阳辐射对比的光谱分布曲线。鸽丝灯辐射能的主要部分是在红外光区内,其最大强度在1
11、.0m附近,而约50%的太阳能则在可见光和紫外光区内,即小于0.7m的波长带内。石英卤素型的鸽丝灯在其寿命期内的性能有较好的一玫性。5.4 破弧灯在某些情况下,可以使碳弧提供有几分跟太阳在地面上的光谱分布相似的辐射,不过还是需要有校正捷光器,特别是紫外光区。光源的可燃性质有缺乏精确位置和非永久性的弱点。嵌孤灯的最大弱点是自己会烧掉。即使小心装配碳棒移动机袍,连续点灯时间也难于超过5 ho 5.5 水银蒸气盯水银蒸气灯的辐射在光谱的红光和红外光区是不足的,并且其光谱有高能i带钱。它们己与鸽丝灯结合在一起用于日光搭室中F来债组合弧光灯己用于环境试验。不过,它的强光谱线使得来弧作为模拟的太阳光源通常
12、是不能接受的。5.6 滤光器液体捷光器有一忘缺点,例如沸腾的可能性,光语传输的温度系数扣光谱特性的长期移。1因此,目前优先选用的是玻璃滤光器,虽然从根本上说来玻璃不象化学溶液那样可准确重现。用不同的板厚补偿不同的光学密度可能需要作某些试验并给出误差。破璃滤光器目是专利品,关于选择适合特殊用途的滤光器应该咨询制造厂商。这种选择将取决于光源及其使用方法。例如z最好用吸收红外光和紫外光的滤光器组合来补偿债气光源。某些玻璃红外光过滤器暴露于过量紫外光辐射时,容易引起光谱特性迅速变化.在光源和红外光滤光器之间插入紫外光波:光器多半可防止这种变坏情况。干扰型滤光器是用反射代替吸收不需要的辐射而起过作用的,
13、这就减少了玻璃的加热,一般说来它们比吸收塑滤光器。5.7 辐射强度的均匀性由于太阳离地球很远,太阳辐射在地球表面上基本是平行的光线。人工光源比较接近工作表面,一定要装上光线导引和调焦装置,目的是在测量的平面上提供规定范围(即1.120kW/m2士10%)的均匀辐射强度。用抛物柱面反射镜的短孤官司气灯是难于达到的,因为有灯泡电极和支架的阴影。而且,阳极的炽热会在低得多的色温时产生相当多的辐射,如果只有4 5J/亿9001.4387 、弧本身在反射镜的焦点上,它们偏离主光线不远。把长弧灯装在槽型抛物柱面反射镜里,比较容易得到均句的照射。但是,通过利用很精巧的安装技术也可用若干短弧缸气灯来照射大面积
14、而又有一寇程度的均匀性。把幅射源放在试验箱(室J之外一般是,月行的,这就可以防止例如由于湿度高而可能劣化光学部件和由于氨气灯和其它种类的弧灯产生的臭氧而污染试验样品。在这种情况下,必须考虑窗子材料的光谱透射系数。除太阳电池、太阳跟踪装置之类的特殊试验设备之外,辐射光线通常毋须准确瞄准。然而,为太空研究而设计的某些模拟技术,有些可远用于地球表面太阳辐射的研究。6 ;j!U 6.1 辐射强度的测量认为最适于监测辐射强度的仪表是用来测量水平面上的太阳和天空组合辐射的太阳辐射强度计.有两种适于测量模拟太阳源辐射的仪器,每种都是靠温差电偶而工作的。1 )摩尔考琴斯基(Moll-Gorczinski )太
15、阳辐射强度计尔考琴斯基太阳辐射强度计由14条康铜-锤铜带(10mm X 1 mm X O.005mm )组成,其热端位于一个平面上,并利用传热率低的黑体构成一个水平表面。冷端头被弯下与热量大的铜板有良好的热连接,易感光面积用两个同心的玻璃半球攫。2)埃拍雷(Eppley )太阳辐射强度计埃拍雷太阳辐射强度计由两个O.25mm厚的银锚同心环组成,内环漆上黑色(用以吸收几乎所有的辐射)外环则漆上白色用以反射可见光和红外光)0热和冷端热连接于环上,而环则封闭在充满干燥空气的76mm直径的玻璃抱中。这两种仪表都不会受到试验样品或验箱发射出来的长波红外光的主/-.tiC响一种改进的摩尔考琴斯基太阳辐射强
16、度计通常称之为基普(kpip )日光表,是许多国家气象部门采用的仪表。埃拍雷太阳辐射强度计是美国最广泛采用的一种.这两种仪表中所用的玻璃盖将切断波长大于3m左右的辐射,这只在使用未滤波的鸽丝灯时才是重要的,因而那时才需要有校正系数.6.2光谱分总强度检测是容易进行的,但是光谱特性的详细检测就比较困难了.可用太阳辐射强度计和有选择性的滤光器结合进行廉价的例行测量来检查主要光谱变化。为了检测设备的详一分布特性、有必要使用复杂的光谱射电测量仪表。但是,看来没有什么实际障碍会妨碍由设备制造厂商作为服务或者由国家校准中心上门进行校准,在滤光器/太阳辐射强度计和光谱射电测量法之间,每隔一立时间会取得一致。
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