试验十四材料透光性的测定

实验十四材料透光性的测定

一．目的意义

在材料中，玻璃、陶瓷、塑料等是透明或半透明材料。透光性是指材料透过光线的能力，它是一个综合性的指标，与材料对光线的吸收和反射性质有关．通常用透光率或雾度(浑浊度)来表征。

传统的光学材料是玻璃．透光性是玻璃最重要的性质。早在十五世纪，人们就开始应用这个光学性质。自那以后，光学玻璃和平板玻璃的光学性质给人类带来了文明和繁荣。现在，无论是在人们的生活中还是在各种生产和科学研究领域里都离不开玻璃。对于平板玻璃，由于其用途的需要，对光的透过率有较高的要求，在各国的玻璃标准中对透过率都有具体的规定。因此，透过率的测定是平板玻璃质量检测的重要项目。

乳白玻璃和半透明瓷器的一个重要光学性质是半透明性。一些重要的工艺瓷，例如骨灰瓷和硬瓷，其半透明性是主要的鉴定指标之一。单相氧化物陶瓷的半透明性是它的质量标志。因此，测定乳白玻璃和半透明瓷器的半透明性对科研和生产都是十分重要的。

对于陶瓷材料，好磁器的一种特殊性质是高度的透光性。透明的Al

2O

3

、MgO、Y

2

O

3

等

氧化物陶瓷也有较高的透明度。其透光性也是这些材料的质量指标。

此外，有机玻璃、透明或半透明塑料薄膜也以透光性作为其质量鉴定和老化后性能变化程度的评定指标。

本实验的目的：

1．明确总透光率、雾度的基本概念；

2．了解玻璃透光率测定仪、透光率／雾度测定仪的基本测量原理及使用方法；

3．掌握材料透光率、雾度的测定技术。

二．基本原理

1．总透光率的定义与测量原理

(1) 总透光率的定义

透光率是衡量一种物体透射光通量的尺度。1 9 3 3年，国际照明委员会( C I E )

对透光率做了明确的定义：透过率是透过物体的光通量和射到物体的光通量之比，即

T=0ΦΦ=⎰⎰∞∞

00λλλλλλλτd V I d V I （14-1）

式中：T ——总透过率；光通量之比，即

Φ0——射到物体上的光能量，流 (明)；

Φ——透过物体的光能量； ．

I λ——A 光源的分谱辐射强度，瓦每球面度；

V λ——明视觉相对光谱灵敏度(或视见函数)；

λτ——单色光透过率。

d λ——波长间隔，纳米。

这样，只要用分光光度计测出物体的一系列单色光的透过率，就可以累计计算物体的可见光 (3 8 0―7 8 0 nm) 透过率。不过，手工计算十分麻烦，将算法编成程序，让计算机自动计算则方便得多。

(2) 玻璃透光率测定仪的测试原理

平板玻璃的可见光总透过率 (简称透光率) 是指光源A 发出的一束平行光束垂直照射 平板玻璃时，透过它的光通量2Φ对入射光通1Φ的百分数，以T (％) 表示，即 T=1001

2⨯ΦΦ% （14-2） 由秦皇岛玻璃研究设计，无锡建筑材料仪器机械厂生产的“BT 一1型玻璃透光率测 定仪”，是国家标准GB 2 6 8 0—8 1指定的测试仪器，其结构如图14—1所示。

由灯泡(3)发出的光经过聚光镜 ( 4 ) 与物镜 ( 7 ) 变成一束平行光，该束光通过试件 ( 1 0 ) 后进入积分球 ( 1 4 ) ，经球内壁反射层多次反射后成为柔和的漫射光，使球壁表面各处的光照度相等。固定在积分球上的硒光电池 ( 1 2 ) 将球内的光照吸收后转换成光电流，并由检流计 ( 1 5 ) 指示反映出来。

图14--1 BT 一1型平板玻璃透光率仪的测试原理图

(1)直流稳压电源 (2)园弧反光镜 (3)灯泡 (4)聚光镜 (5)平行光管 (6)固定光栏(7)物镜

(8)可调光栏 (9)快门 (10)试件 (11)滤光片 (12)硒光电池 (13)微调电位器 (14)积分球 (15)检流计

当光路中没有试样时，设光通量为1Φ的平行光束进入积分球内之后，此光束被硒光电 池吸收所转换成的光电流是I 1，此时打开快门 ( 9 ) ，光电流使检流计 ( 15 )的光亮点偏转 1 0 0格：而将试样 ( 1 0 )推入光路后，平行光束经试件反射，吸收后进入积分球内腔的光通量为2Φ，被硒光电池吸收转换成的光电流为I 2，检流计光亮点偏转的格数为a ，则试样的透光率为： T= 100100

1212⨯==ΦΦa I I %100⨯=a % （14-3） 这样；从检流计光亮点偏转的格数就可以直接读出被测试洋的透光率值。

2．雾度的定义与测量原理

(1)雾度的定义

光线射到一透明或半透明物体上时，部分产生定向反射，部分产生漫反射，如图14—2中的左半球所示。光线进入样品后部分被吸收，部分被透过。在出射样品的光中，主透射部分按折射定律前进，其余部分产生半球透射，其前进方向是散乱的，因此称为漫透射，如图中的右半球所示。

按照G B 2 4 1 0―8 0及ASTM D1 0 0 3—6 1( 1

9 9 7 )，以半球透射来考核的透光率，称为半球透光

率。

透过试样而偏离入射方向的散光通量与透射光通

量之比称为雾度，同样，在GB 2 4 1 0―8 0及ASTM

D 1 0 0 3―6 1(1 9 9 7)中所定义的雾度是指样品的

半球雾度．

(2)测量原理

雾度测定仪采用平行照射，半球散射，积分球光 图14-2 半球反射与透射原理

电接收的方式，其测量原理如图14—3所示。由光源1 (卤钨灯)发出的光经过聚光镜2，通过光栏3，经遮光式调制器4射到物镜5上。物镜5射出一束平行光束，其光线偏离角不大于30，并将光拦3成像在出射窗口1 0上。出射窗对入射窗口中心的张角为80，光斑边缘与出射窗形成1.30的环带。积分球7内装有一可摆动的标准发射器9，当测定透光率及总透射光时，标准发射器被控在位，挡住出射窗；当测散射光时，从出射窗处让开。固定在积分球

图14--3雾度测定仪的测量原理图

1．光源 2．聚光镜 3．光栏 4．调制器5．物镜 6．试样 7．积分球

8．光电池9．发射标准器10．出射窗口 11．入射窗口

上的硒光电池8将球内的光照吸收后转换成光电流，经检波放大A／D转换，微机处理后，显示透光率和雾度的测定值，需要时还可打印输出。

三．玻璃总透光率的测定

(一)．仪器结构

透光率测定仪主要由直流稳压电源、平行光管、光接受器、检测计四部分组成。

1．稳压电源 (见14—1图)

直流稳压电源的作用是将2 2 0 v交流电源变为透光仪所需的测定1 2 v直流电源。透光率仪采用的是天津市无线电元件三厂生产的WYJ―1 5A型晶体管稳压电源。

2．平行光管 (见14—1图)

平行光管是光路系统的主要部件，由，圆

弧反光镜、灯泡、聚光镜、固定光栏和物镜组

成。其作用是将灯泡发出的光变成较强的平行

光，这光束的大小由可调光栏 ( 8 ) 进行调节，

用快门 ( 9 ) 截断光源，校对检流计的零点。

3．光接受器 (见14—1图)

光接受器由积分球、硒光电池、滤光片组成，

其作用是接收射入积分球内的光，并转换成光电

流。

4．检流计

检流计用来显示光电流的大小，检流计的标