Страница 2: ГОСТ 28205-89. Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Руководство по испытанию на воздействие солнечной радиации (77292)

Следует учитывать также излучение раскаленных электродов. От­носительная энергия этого излучения при коротких разрядных про­межутках значительно больше, чем при длинных, и она может су­щественно отразиться да имитации спектра, поскольку доля ин­фракрасного излучения электродов больше доли инфракрасного излучения разрядного промежутка. Установлено, что относитель­ный спектральный состав излучения ксенонового разрядного про­межутка практически не зависит от мощности лампы. У ламп с различной мощностью температура электродов будет различной, а следовательно, будет различен и спектральный состав их излуче­ния. При использовании ламп с длинными разрядными промежут­ками, излучение электродов можно легко сделать незначительным в общем балансе. Конструктивные особенности ламп с короткими разрядными промежутками обусловливают значительно более ши­рокие производственные допуски, чем у ламп с длинными разряд­ными промежутками. Это особенно важно учитывать при замене ламп.

Все типы ламп нуждаются в периодической замене, поскольку их интенсивность излучения постоянно уменьшается с течением времени и в процессе эксплуатации интенсивность излучения мо­жет меняться у разных ламп по-разному. Несмотря на изменение интенсивности излучения в процессе эксплуатации относительный спектральный состав излучения ксенонового разрядного промежут­ка остается практически неизменным, так как ксенон является без- примесным чистым элементным газом.

Вольфрамовые лампы накаливания почти не излучают ультра­фиолетовых лучей, поэтому они непригодны для испытаний, про­водимых с целью выявления возможной деградации. Могут иметь место также серьезные расхождения в результатах испытаний с целью определения теплового воздействия на образцы, если не бу­дут учтены значительные различия в спектральном распределении энергии излучения по отношению к солнечной радиации (см. л. 2.3). На рис. 2 для сравнения приведено спектральное распре­деление энергии излучения типичной вольфрамовой лампы нака­ливания, имеющей температуру нити накала 2600 К, и распреде­ление энергии солнечного излучения. Большая часть энергии, из­лучаемой вольфрамовой лампой, приходится на инфракрасную об­ласть спектра; максимум энергии в спектре соответствует длине волны около 1,0 мкм. В солнечном спектре приблизительно 50% энергии приходится на видимую и ультрафиолетовую части спект­ра, что соответствует длинам волн короче 0,7 мкм. Лампа с воль­фрамовой нитью, заключенная в колбу из кварцевого стекла с га­логенным наполнителем, обладает лучшей стабильностью рабочих характеристик на протяжении срока службы.

Излучение ртутных ламп в красной и инфракрасной областях спектра недостаточно, и их спектр содержит несколько спектраль­ных линий высокой интенсивности. Ртутные лампы используют совместно с вольфрамовыми лампами накаливания в соляриях, а ртутно-ксеноновые газоразрядные лампы используют в целях ис­пытаний на воздействие внешних факторов. Однако высокая ин­тенсивность спектральных линий делает ртутную лампу в большин­стве случаев неприемлемой в качестве источника, имитирующего солнечное излучение.

Жидкостные фильтры имеют определенные недостатки, напри­мер возможность вскипания, зависимость коэффициента пропуска­ния от температуры и дрейф спектральной характеристики во вре­мени. Поэтому предпочтительнее использовать стеклянные фильт­ры, хотя состав стекла воспроизвести сложнее, чем химический ра­створ. Для компенсации неодинаковой оптической плотности сте­кол можно применять пластины разной толщины, подбирая их по методу проб и ошибок. На технологические процессы изготовле­ния стеклянных фильтров имеются патенты, поэтому при выборе нужных фильтров следует руководствоваться рекомендациями из­готовителей. Выбор светофильтров зависит от источника излучения и способа его применения. Например, спектр излучения ксеноно­вой лампы может быть откорректирован цри помощи комбинации абсорбционных светофильтров для инфракрасной и ультрафиоле­товой областей.

Некоторые стеклянные светофильтры для инфракрасной облас­ти спектра имеют тенденцию быстро изменять свои спектральные характеристики под воздействием интенсивного ультрафиолетового излучения. Такое изменение можно в значительной степени пре­дотвратить, поместив между источником излучения и светофильт­ром для инфракрасной области спектра светофильтр для ультра­фиолетовой области спектра. Интерференционные фильтры, осно­ванные не на поглощении, а на отражении нежелательного излу­чения, меньше нагреваются и обычно более стабильны, чем абсорб­ционные фильтры.

Вследствие большой удаленности Солнца от Земли солнечные лучи падают на земную поверхность практически параллельно. Искусственные источники излучения находятся на сравнительно близком расстоянии от испытуемой поверхности, поэтому необхо­димо предусмотреть средства для направления и фокусирования лучей, чтобы обеспечить равномерное распределение интенсивности излучения в плоскости измерения в заданных пределах (т. е. 1,120 кВт/м²±10%). Этого трудно добиться при использовании ксеноновой лампы с коротким разрядным промежутком, снабжен­ной параболическим рефлектором, вследствие наличия теней от электродов и опор. К тому же температурное свечение анода мо­жет создать значительное излучение с более низкой цветовой тем­пературой, несколько смещенной по отношению к основному пуч­ку лучей, если только сама дуга находится в фокусе рефлектора. Равномерность облучения легче получить, используя лампы с длин­ным разрядным промежутком, укрепленные в желобообразном па­раболическом рефлекторе. Однако, используя соответствующую технику монтажа, можно облучать большую поверхность с доста­точной равномерностью при помощи нескольких ксеноновых ламп с коротким разрядным промежутком.

Обычно рекомендуется размещать источник излучения вне ра­бочего объема испытательной камеры. Это позволяет избежать возможной деградации оптических элементов, например под воз­действием условий повышенной влажности и загрязнения испытуе­мых образцов озоном, образующимся в результате излучения ксе­ноновых и других дуговых ламп. При таком размещении источ­ника излучения необходимо принимать во внимание общий коэф­фициент пропускания материала, закрывающего оконный проем.

Обычно не требуется точной коллимации лучей, за исключени­ем случаев испытания образцов, для которых это необходимо, на­пример солнечных батарей, систем наблюдения за Солнцем и т. п. Однако некоторые технические средства имитации, предназначен­ные для космических исследований, можно приспособить для изу­чения солнечной радиации на уровне земной поверхности.

6. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

   1. Измерение интенсивности излучения

Наиболее подходящим прибором для контроля интенсивности излучения считается пиранометр, который служит для измерения суммарной солнечной радиации, падающей на горизонтальную по­верхность.

1. Для измерения интенсивности имитированного солнечного из­лучения применяют два типа пиранометров. Их действие основа­но на использовании термопары.Пиранометр Молля-Горчинского

Пиранометр Молля-Горчинского состоит из 14 константаново­манганиновых полосок (10X1X0,005 мм), расположенных таким образом, что их «горячие» спаи лежат в одной плоскости и обра­зуют горизонтальную поверхность, покрытую черным ладом, име­ющим низкую темплопроводность.

Концы «холодных» спаев загнуты вниз, чтобы осуществить хо­роший теплообмен с медной пластиной, имеющей большую тепло­емкость. Чувствительная поверхность находится под двумя кон­центрически расположенными стеклянными полусферическими колпаками.

2. Пиранометр Эпли

Пиранометр Эпли состоит из двух концентрически расположен­ных серебряных колец толщиной 0,25 мм. Внутреннее кольцо за­чернено для обеспечения полного поглощения излучения, а внеш­нее кольцо выбелено для отражения лучей в видимой и инфракрас­ной областях спектра. «Горячие» и «холодные» спаи находятся в. теплообмене с кольцами, которые заключены в стеклянный бал­лон диаметром 76 мм, наполненный сухим воздухом.

При измерении этими приборами влияние длинноволновой час­ти инфракрасного излучения образца или излучения стенок испы­тательной камеры не имеет существенного значения.

Модифицированный пиранометр Молля-Горчинского (соляри­метр Киппа) используется в метеорологических службах многих стран. Пиранометр Эпли — один из наиболее широко применяемых в США. Стеклянные оболочки этих приборов плохо пропускают из­лучения с длиной волн более 3 мкм; это необходимо учитывать в случае применения вольфрамовых ламп накаливания без свето­фильтров, когда необходим поправочный коэффициент.

Контроль суммарной интенсивности излучения не представляет трудностей. Труднее провести подробные исследования спектраль­ных характеристик. Существенные спектральные изменения мож­но определить при помощи недорогостоящих обычных методов из­мерения, используя пиранометр в сочетании с избирательными фильтрами. Для подробных исследований характеристик распреде­ления энергии необходимо прибегать к использованию сложных спектрорадиометрических приборов.

На практике такая калибровка может быть проведена при об­служивании оборудования его изготовителем или при проверке оборудования метрологической службой. Следует регулярно про­водить сопоставление данных, полученных методом с применени­ем фильтров и пиранометров и спектрорадиометрическим методом.

С течением времени могут произойти изменения спектральных характеристик ламп, рефлекторов и светофильтров, что обусловит значительное превышение допустимых отклонений в спектральном распределении энергии излучения. Производственные допуски мо­гут быть настолько велики, что замена лампы приведет к непри­емлемым изменениям интенсивности излучения по сравнению с первоначально установленными. Это требует регулярного контро­ля, однако во время испытания образца детальный контроль спек­трального распределения энергии излучения в испытательном обо­рудовании не всегда возможен.

В связи с высоким уровнем интенсивности излучения необходи­мо применение соответствующих мер защиты термочувствительных элементов от теплового воздействия излучения как при измерении температуры воздуха в испытательной камере, так и при контроле температур образца и оборудования.

Для данных измерений можно использовать термопару, сво­бодно установленную внутри радиационного экрана. Радиацион­ный экран представляет собой вертикальную мельхиоровую труб­ку (приблизительно' диаметром 15 мм и длиной 70 мм), установ­ленную в металлическом колпаке, расположенном на некотором расстоянии от нее; внутренняя поверхность колпака полируется, а наружная покрывается белой краской.

Для измерения температуры аппаратуры термочувствительные элементы, например термопары, следует устанавливать на внутрен­ней поверхности внешней оболочки, а не прикреплять к наружным поверхностям. Термоиндикаторные краски и воски для контроля температуры облучаемых поверхностей образцов не применяют, так как их характеристики поглощения иные, чем у образцов.

Для приближенного определения максимальной температуры на поверхности образца может быть использован зачерненный тер­мометр. Он состоит из антикоррозионной металлической пластины, предварительно обработанной матово-черным лаком для защиты от атмосферных влияний. Температура пластины может быть изме­рена биметаллическим термометром.

7. ПОДГОТОВКА ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ОБРАЗЦОВ

   1. Испытательное оборудование

Оптика испытательного оборудования, лампы, рефлекторы и т. п. должны быть чистыми.

Интенсивность излучения в заданной плоскости измерения должна измеряться непосредственно перед каждым испытанием.

Второстепенные параметры испытательного режима, например температура окружающей среды, влажность, скорость воздуха и др., необходимо контролировать непрерывно р течение всего ис- II ’-J Щ ч

Воздействие тепла на образцы в значительной степени зави­сит от способа монтажа и положения образца относительно на­правления излучения. Образцы должны монтироваться либо на опорных стойках, либо на основании с определенными свойствами, например на слое бетона заданной толщины или на слое песка с определенной теплопроводностью и т. и. Все это, а также поло­жение образцов должно быть указано в соответствующей НТД.

Особое внимание следует обратить на состояние поверхности образцов. Их покрытие должно быть чистым и соответствовать требованиям соответствующей НТД. Тепловое воздействие на ис­пытуемые образцы в значительной степени зависит от состояния их поверхностей, поэтому с образцами следует обращаться осто­рожно. Особенно важно, чтобы не было масляных пленок, а по­крытие и грунт полностью отвечали требованиям технологической документации. Датчики температуры необходимо прикреплять к образцам согласно требованиям соответствующей НТД (см. п. 6.3).