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有關通常用透光率或霧度(渾濁度)來表征。 傳統的光學材料是玻璃透光性是玻璃最重要的性質。早在十五世紀，人們就開始應用這個光學性質。自那以后，光學玻璃和平板玻璃的光學性質給人類帶來了文明和繁榮。現在，無論是在人們的生活中還是在各種生產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定。因此，透過率的測定是平板玻璃質量檢測的重要項目。 乳白玻璃和半透明瓷器

2、的一個重要光學性質是半透明性。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都是十分重要的。 對于陶瓷材料，好磁器的一種特殊性質是高度的透光性。透明的AlO、MgO、YO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 掌握材料透光率、霧度的測定技術。

3、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 T= （14-1）式中：T總透過率；光通量之比，即 0射到物體上的光能量，流 (明)； 透過物體的光能量； IA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)； 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 07 8 0 nm) 透過率。不過，手工計算十分麻煩，將算法編

4、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發出的一束平行光束垂直照射平板玻璃時，透過它的光通量對入射光通的百分數，以T () 表示，即 T=% （14-2）由秦皇島玻璃研究設計，無錫建筑材料儀器機械廠生產的“BT一1型玻璃透光率測定儀”，是國家標準GB 2 6 8 08 1指定的測試儀器，其結構如圖141所示。 由燈泡(3)發出的光經過聚光鏡 ( 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 ) ，經球內壁反射層多次反射后成為柔和的漫射光，使球壁表面各處的

5、光照度相等。固定在積分球上的硒光電池 ( 1 2 ) 將球內的光照吸收后轉換成光電流，并由檢流計 ( 1 5 ) 指示反映出來。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 (8)可調光欄 (9)快門 (10)試件 (11)濾光片 (12)硒光電池 (13)微調電位器 (14)積分球 (15)檢流計 當光路中沒有試樣時，設光通量為的平行光束進入積分球內之后，此光束被硒光電池吸收所轉換成的光電流是I1，此時打開快門 ( 9 ) ，光電流使檢流計 ( 15 )的光亮點偏轉 1 0 0格：而

6、將試樣 ( 1 0 )推入光路后，平行光束經試件反射，吸收后進入積分球內腔的光通量為，被硒光電池吸收轉換成的光電流為I2，檢流計光亮點偏轉的格數為a，則試樣的透光率為： T= % （14-3）這樣；從檢流計光亮點偏轉的格數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，部分產生定向反射，部分產生漫反射，如圖142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，主透射部分按折射定律前進，其余部分產生半球透射，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

7、 0 0 36 1( 1 9 9 7 )，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 08 0及ASTM D 1 0 0 36 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電接收的方式，其測量原理如圖143所示。由光源1 (鹵鎢燈)發出的光經過聚光鏡2，通過光欄3，經遮光式調制器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

8、與出射窗形成1.30的環帶。積分球7內裝有一可擺動的標準發射器9，當測定透光率及總透射光時，標準發射器被控在位，擋住出射窗；當測散射光時，從出射窗處讓開。固定在積分球 圖14-3霧度測定儀的測量原理圖1光源 2聚光鏡 3光欄 4調制器5物鏡 6試樣 7積分球8光電池9發射標準器10出射窗口 11入射窗口上的硒光電池8將球內的光照吸收后轉換成光電流，經檢波放大AD轉換，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)儀器結構 透光率測定儀主要由直流穩壓電源、平行光管、光接受器、檢測計四部分組成。 1穩壓電源 (見141圖) 直流穩壓電源的作用是將2 2 0

9、v交流電源變為透光儀所需的測定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的WYJ1 5A型晶體管穩壓電源。 2平行光管 (見141圖) 平行光管是光路系統的主要部件，由，圓弧反光鏡、燈泡、聚光鏡、固定光欄和物鏡組成。其作用是將燈泡發出的光變成較強的平行光，這光束的大小由可調光欄 ( 8 ) 進行調節，用快門 ( 9 ) 截斷光源，校對檢流計的零點。 3光接受器 (見141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的光，并轉換成光電流。 4檢流計檢流計用來顯示光電流的大小，檢流計的標尺長1 3 0mm，等分為1 3 0分度，每分度1毫米。標度為6 0

10、06 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144所示。 5零點調節器6試件夾7指示燈8零點快門 9滿度細調 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 08 1規定取三塊樣，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4 0 X 6 0毫米。 圖47-5從平板玻璃原片上取樣的示意圖 對于其它板材玻璃，如果不便于按上述方法取樣時，可直接切成4 0 6 0mm大小的試樣進行測試。 應當注意，所取試樣不應

11、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”、“細調”旋鈕在最小位置 ( 向左轉 ) ； 取樣開關在“內”一側。 (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”，滿度細調旋鈕置于最小位置 ( 向左方旋轉 ) ； 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

12、伏的一側；零點調節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 )，開啟穩壓器“電源開關”，指示燈亮，旋轉“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) 調節穩壓器上的“粗調”、 “細調”旋鈕，使透光儀上電流表指針調到色溫電流規定值 ( 該燈泡為4.2 6A ) ； (5) 撥動檢流計“零點開關”，使光點移至標尺左邊“5 0”刻度線上，該線稱為零點； (6) 將“零點快門”旋鈕

13、緩慢轉向“滿”位，指示燈亮，光路開通，稍停35分鐘，光亮點轉向標尺右邊“5 0”刻度附近； (7) 調節“滿度細調”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+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，

14、應重新調正“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”， “光源開關”；最后將穩壓電源的“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、使用結束和搬動儀器時，均應將檢流

15、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，則可調節零點調節器，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有l 0 0小時，因此，儀器連續使用時間不得過長，不用時應立即關閉光源。 6測定結果 · (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果。測定結果可按下列格式記錄。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

16、 (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). 儀器結構 儀器外形如圖146所示。儀器分為發射系統(左側)和接收系統(右側)兩部分，中間是開啟式的樣品室。由于調制器的采用，儀器不受環境光的影響，不必采用暗室開啟式的樣品窗幾乎不受樣品尺寸的限1. 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及數據處理系統，無旋紐操作，使用方便。 (二). 試樣的制備 1. 試樣切割尺寸 對

17、于量少的材料，可切成小樣，尺寸為5 05 0mm。 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 3 0 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，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 (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

18、，儀器開始預熱。兩窗口各顯示一各小數點，準備指示燈指示黃光。不久，指示燈指示綠光，左邊讀數窗出現“P”，右邊出現“H”，并發出呼叫聲。此時，按下測試開關，儀器將顯示“P 1 0 00”， “H 00 0 0”。 如果不顯示“P 1 0 00”， “H 00 0 0”，即“P<1 0 00”， “H>00 0 0”，說明光源預熱不夠。可關閉電源后再開機，重復l2次，在顯示“P1000”， “H000”，穩定數分鐘后即可結束預熱。 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據后，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，指示燈轉為紅光，不久就在顯示屏顯示出透光率和霧度的數值。前者顯示單位為01，后者為00 1。此時，指示燈轉為綠光。 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