CN1734250B - 具有uv辐射源和辐射传感器的气候老化装置 - Google Patents

Abstract

一种气候老化装置，具有一个或多个UV辐射源(2)以及一个或多个第一传感器(3)，其在第一光谱灵敏度范围内被校准。在本发明的第一个方面中，传感器或第一传感器(3)中的一个传感器以这样的方式被校准，即，可以根据在第一光谱灵敏度范围内的输出信号来确定位于第一光谱灵敏度范围内的光谱范围内辐射功率的转换因子，并借助于转换因子，将在第一光谱灵敏度范围内的输出信号转换为位于第一光谱灵敏度范围内的光谱范围的辐射功率。在本发明的第二个方面中，设置第二传感器(4)，其在第二光谱灵敏度范围内被校准。

Description

具有UV辐射源和辐射传感器的气候老化装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的气候老化装置。

背景技术

在气候老化装置中，样品尤其是扁平材料样品的与气候有关的老化特性，是通过对样品进行人工气候老化确定的。用于此目的的气候老化装置通常具有气候老化室，其中设置有夹持将被气候老化的样品的夹持装置，以及为了向样品施加辐射，尤其是UV辐射，而设置的一个或多个辐射源。

材料样品的人工气候老化装置通常被用来评估材料的使用寿命，这些材料在其使用期间被连续置于自然气候条件下，并且受诸如日照、太阳能热、潮湿等等气候影响而劣化。为了获得自然气候老化特性的良好模拟，优选在装置中所产生的光谱能量分布尽可能与自然太阳能辐射所产生的光谱能量分布对应，基于这个原因，这些设备使用氙放射器作为辐射源。另外通过比自然条件更强烈地照射样品，加速样品的老化，从而实现材料的加速老化测试。这样，在相对短的时间后，就可以获得材料样品的长期老化特性的状态。

在人工气候老化设备中被研究的材料样品的大多数都是由聚合材料合成的。与气候有关的聚合材料劣化实际上是由太阳能辐射的UV成分引起的。在这种情况下发生的主要光化学过程，也就是说，光子的吸收以及受激状态或自由基的产生并不取决于温度。相反，随后与聚合体或添加剂的反应阶段也许取决于温度，因此观测到的材料的老化也同样取决于温度。

一个或多个诸如氙辐射源的UV辐射源，被可选地用在以前的气候老化装置中。众所周知，这些辐射源能够很好地模拟整个太阳光谱，而在这样的情况下，红外光谱范围内的相对高的光谱成分能够被适当的IR滤光器衰减。

通过UV传感器测量从UV辐射源发出的辐射功率，在这样的情况下，可以为每个UV辐射源提供与其自身相连的UV传感器。UV传感器的输出信号被提供给控制和记录装置，在这种装置中UV辐射功率在气候老化过程期间能够被记录。此外，UV传感器的输出信号能够提供给控制装置，借助于该控制装置，施加到UV辐射源的电源装置上的电功率能够被调整在恒定的UV辐射功率等级。

宽频带UV传感器被用在气候老化装置中，这是公知的，该UV传感器具有与IS标准一致的从300nm到400nm范围的灵敏度范围。然而，对于将被执行的气候老化过程，常常需要利用NB标准来测量UV辐射功率。在这种标准中，辐射功率在两个窄频带340nm±10nm或420nm±10nm范围内被可选地测量，后者的范围在UV范围之外，在可见光中蓝光光谱范围内。然而，在现有技术中，在所有情况下，只有上述三个灵敏度范围中的一个范围中被校准的传感器。因此，如果希望从一个气候老化过程到下一个气候老化过程使用不同的辐射功率测量标准，尤其是基于不同的灵敏度范围，则或者必须更换传感器，或者，如果不可能，必须使用不同的气候老化装置。

在现有技术中，辐射功率测量标准的改变，是伴随着相当大的工作量和额外成本而实现的。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种气候老化装置，该气候老化装置允许利用不同的功率测量标准、以相对少的工作量来执行气候老化过程。

这个目的可以通过本发明的一个方面的技术方案实现，同样也可以通过本发明的另一个方面的技术方案实现。有利的发展和改进是其他方面的技术方案的主题。

依据本发明的气候老化装置具有：一个或多个UV辐射源；以及一个或多个第一传感器，其在UV中第一光谱灵敏度范围内被校准，并且每个传感器产生输出信号，该输出信号是接收到的在第一灵敏度范围内的有代表性的辐射功率。第一灵敏度范围可以是300nm到400nm的宽频带范围。

本发明第一方面的主旨涉及以如下方式另外校准第一传感器或第一传感器中的一个，即，能够根据在第一光谱灵敏度范围内的输出信号来确定位于第一光谱灵敏度范围内的光谱范围内辐射功率的转换因子，并借助于转换因子，将在第一光谱灵敏度范围内的输出信号转换为位于第一光谱灵敏度范围内的光谱范围的辐射功率。

在这种情况下，该光谱范围是330nm到350nm，其与NB标准中规定的340nm±10nm的测量范围一致。

本发明第二方面的主旨涉及除第一传感器或传感器之外设置的第二传感器，其在第二光谱灵敏度范围内被校准。

该第二光谱灵敏度范围是410nm到430nm，其同样与NB标准中规定的420nm±10nm的测量范围一致。这个范围在UV之外，在可见蓝色光谱范围内。在该范围内的测量是利用这样的事实，即，某一UV辐射源在相邻的可见光谱范围内也能放射，并且在这个测量范围内的辐射功率相对于UV范围内的辐射功率具有定比。

可以以一种特别有利的方式将本发明的两个方面彼此进行结合，使得在一个气候老化装置中使用少量的传感器在一个气候老化过程中为了测量目的而记录如上所述的全部三个光谱范围变得可能。

在气候老化装置中UV辐射源的数量越多，这种方式就变得越显著。

对于具有大量UV辐射源的气候老化装置，本发明的一个有利的改进是，这些UV辐射源中的一个总是与第一传感器中的一个相连，这些传感器实际上只检测各自连接的UV辐射源的UV辐射。举例来说，气候老化装置可能具有两个、三个或甚至多于三个UV辐射源，并且具有相应数量的第一传感器，这些第一传感器被以这样的方式设置，即，它们只检测各自连接的辐射源的辐射。

在气候老化装置中具有三个UV辐射源的情况下，如将在后面所述，为了记录三个用于测量目的的灵敏度范围(如上所述)，使用四个传感器已经足够，而在传统装置中为此目的总共会需要九个传感器。

然而，依据本发明，也可以为气候老化装置设置仅有单独的UV辐射源。然后，可以在气候老化装置中设置一个并且仅有一个第一传感器，并且为第一灵敏度范围内的光谱范围另外校准该第一传感器。另外或作为选择方案，可以设置第二传感器，这样在这种情况下，总共设置两个传感器。

在本发明的第二个方面中，更优选地，第二传感器与多个UV辐射源中的一个特定的UV辐射源(参考辐射源)连接，并且其实际上只在第二灵敏度范围内检测由这个所连接的UV辐射源发出的辐射。该第二传感器也可以用于根据所连接的第一传感器的输出信号和参考辐射源的第一和第二传感器的输出信号导出第二光谱灵敏度范围内的其他UV辐射源的辐射功率。

依据另一个有利的实施方式，本发明的气候老化装置具有其中容纳UV辐射源和传感器的气候老化室，其中，UV辐射源沿着气候老化室的第一内壁设置，被气候老化的样品沿着与第一内壁相对的第二内壁设置，并且UV传感器被装配到连接第一内壁和第二内壁的第三内壁上，具体地讲，是被插入到第三内壁的开口中。

在这种情况下，更优选地，以这样的方式使用传感器，即，它们以倾斜的角度对准与它们分别相连的UV辐射源。

附图说明

图1示出了本发明所述的气候老化装置的一个实施方式；

图2示出了在IS标准和NB标准中规定的三个测量范围的光谱位置。

具体实施方式

图1示出了气候老化装置中贯穿气候老化室1的纵剖面。在气候老化室1的一个纵向壁上设置有UV辐射源2插入的开口。在目前的情况下，UV辐射源2由氙辐射源构成。在每个辐射源2中，以已知的方式用金属反射器将充满氙的放电管包围，使得几乎所有的从辐射源2发出的辐射都进入气候老化室1的内部。红外滤光器可以设置在辐射源2的前面，以从氙灯发出的光谱中除去相对高的红外成分。为了增大UV辐射范围内的反射程度，并且也用以使从内壁反射的UV辐射施加到样品上，优选气候老化室1的内壁涂覆铝。

卤素灯，尤其是金属卤素灯、荧光灯或UV发光二极管也可以用作UV辐射源，来代替氙灯。

为了容纳和夹持将被气候老化的材料样品6和诸如黑板的温度传感器或黑色标准传感器7，将安装在气候老化室1中的夹持板5面对UV辐射源2放置。从UV辐射源2发出的辐射束路径以箭头表示。这导致几乎恒定的辐射功率在三维方向上施加在材料样品6的平面上。

传感器3和4为测量UV辐射功率而设置，并被插入气候老化室1的内壁开口中，该内壁与气候老化室1中装配UV辐射源2的内壁成直角。传感器3和4因此与UV辐射源2倾斜成一定角度。

在本典型实施方式中，气候老化装置具有三个UV辐射源2。这三个UV辐射源2中的每一个都具有分别相连的宽频带UV传感器3，该UV传感器3具有从300nm到400nm的灵敏度范围，其输出信号因此用于在这个光谱范围内测量分别相连的UV辐射源2发出的辐射功率。

气候老化装置能够以利用从300nm到400nm的UV带宽的IS标准渐进地测量的UV辐射功率执行气候老化过程。然而，依照本发明，该气候老化装置还能够利用其他带宽中不同辐射功率数据的测量目的另外记录气候老化过程。所以，UV传感器3中的一个不仅在300nm到400nm范围内，而且还在330nm到350nm的光谱范围内被校准，该330nm到350nm的光谱范围包含在300nm到400nm这个光谱范围内。图2中，UV传感器3的灵敏度范围和被包含在这个范围内的340nm±10nm的光谱范围，由曲线IS和NB1表示。举例来说，预先借助于UV辐射源和330nm到350nm范围的窄频带UV传感器对相关的UV传感器3校准，校准方式是根据其在宽频带范围的输出信号来确定窄频带范围内辐射功率的转换因子。根据这种校准，该转换因子可以是恒定参数。然而，转换因子也可以是变量参数，因此必须为来自于宽频带范围的每个UV传感器3的输出信号使用不同的转换因子来计算窄频带范围的辐射功率。

这种情况下，在气候老化装置中，同样可以借助于气候老化室1内的一个UV辐射源2对相关的UV传感器3校准，此时UV传感器3和330nm到350nm范围内的窄频带UV传感器正承受UV辐射源中的一个辐射源的UV辐射，当UV辐射源的辐射功率正在变化时，将UV传感器的输出信号彼此进行比较，以这种方式确定转换因子。

这种预先利用UV传感器3中的一个UV传感器在340nm±10nm范围内执行的校准也能在气候老化过程期间应用于其他的UV传感器3，借助于转换因子，将它们在宽频带范围的输出信号转换为窄频带范围内的辐射功率。因此能够利用这三种现存的UV传感器3执行气候老化过程，在这种情况下，这三种UV传感器3的UV辐射功率被记录在宽频带范围或窄频带范围内。

另外或作为选择方案，可以提供根据NB标准在420nm±10nm窄频带范围内记录UV辐射源功率的能力。如图2的NB2曲线所示，420nm±10nm这个范围在UV和UV传感器3的从300nm到400nm的宽频带灵敏度范围之外。在气候老化室1内设置一个具有从410nm到430nm的灵敏度范围的附加传感器4，并且其只负责记录一个特殊的UV辐射源2的辐射。如图所示，可以将其放置在侧壁的开口中，定位在与UV辐射源2相连的UV传感器3的上方，并且以倾斜的角度对准UV辐射源2。在气候老化过程期间，这两个传感器3和4测量在宽频带范围和窄频带范围内与它们相连的UV辐射源2发出的辐射功率。这个UV辐射源可以说被用作参考辐射源。只有宽频带UV传感器3与其他UV辐射源2相连，因此，最初，它们仅直接测量宽频带范围的辐射功率。然而，通过使由参考辐射源的第一个传感器3和第二个传感器4测量的辐射功率UV_300-400和VIS₄₂₀关联，并且将它们关联后的值应用于宽频带辐射功率上，具体地说，是用宽频带辐射功率与它们关联后的值相乘，由此可以利用这两个传感器测量的宽频带辐射功率推导出窄频带范围内的辐射功率。在确定的裕度范围内，在VIS₄₂₀和UV_300-400之间存在定比。为了计算VIS₄₂₀值，可以用其他辐射源的UV_300-400值与为参考辐射源确定的这个定比值相乘。

对于420nm±10nm的窄频带UV范围，在气候老化过程期间，同样可以根据NB标准通过仅使用一个附加的传感器4来记录UV辐射源2的辐射功率。

因此，当在所述典型实施方式中应用本发明的两个方面时，如仅用四个传感器就足以代替现有技术中的九个传感器。一般地说，在现有技术中，对于N个辐射源需要3N个传感器，而根据本发明只需要N+1个传感器，可以节省2N-1个传感器。

Claims (13)

1.一种气候老化装置，具有：

一个或多个UV辐射源(2)；以及

一个或多个第一传感器(3)，其在UV中第一光谱灵敏度范围内被校准，并且每个传感器产生输出信号，该输出信号是接收到的在第一灵敏度范围内的有代表性的辐射功率，其特征在于，

以如下方式另外校准第一传感器(3)中的一个，即，根据在第一光谱灵敏度范围内的输出信号来确定位于第一光谱灵敏度范围内的光谱范围内辐射功率的转换因子，并借助于转换因子，将在第一光谱灵敏度范围内的输出信号转换为位于第一光谱灵敏度范围内的光谱范围的辐射功率。

2.如权利要求1所述的气候老化装置，其特征在于，

设置第二传感器(4)，其在第二光谱灵敏度范围内被校准。

3.如权利要求1所述的气候老化装置，其特征在于，

第一灵敏度范围为300nm到400nm。

4.如权利要求1所述的气候老化装置，其特征在于，

所述位于第一灵敏度范围内的光谱范围为330nm到350nm。

5.如权利要求2所述的气候老化装置，其特征在于，

第二光谱灵敏度范围为410nm到430nm。

6.如权利要求1所述的气候老化装置，其特征在于，

设置至少两个UV辐射源(2)，其中的一个总是与第一传感器(3)中的一个连接，这些传感器实际上只检测各自连接的UV辐射源(2)的UV辐射。

7.如权利要求6所述的气候老化装置，其特征在于，

设置三个UV辐射源(2)。

8.如权利要求2或6所述的气候老化装置，其特征在于，

第二传感器(4)与被用作参考辐射源的UV辐射源(2)连接，实际上只检测参考辐射源(2)的辐射。

9.如权利要求8所述的气候老化装置，其特征在于，

根据所连接的第一传感器(3)的输出信号以及参考辐射源(2)的第一传感器(3)和第二传感器(4)的输出信号，可以导出第二光谱灵敏度范围内的UV辐射源(2)的辐射功率。

10.如权利要求1所述的气候老化装置，其特征在于，

气候老化装置具有其中容纳UV辐射源(2)和UV传感器(3)的气候老化室(1)，其中，

UV辐射源(2)沿着气候老化室的第一内壁设置，将被气候老化的样品沿着与第一内壁相对的第二内壁设置，并UV传感器(3，4)被装配到连接第一内壁和第二内壁的第三内壁上。

11.如权利要求10所述的气候老化装置，其特征在于，

UV传感器(3，4)被插入到第三内壁的开口中。

12.如权利要求10所述的气候老化装置，其特征在于，

将被气候老化的样品由第二壁或由夹持板(5)夹持。

13.一种气候老化装置，具有：

一个或多个UV辐射源(2)；以及

一个或多个第一传感器(3)，其在UV中第一光谱灵敏度范围内被校准，并且每个传感器产生输出信号，该输出信号是接收到的在第一灵敏度范围内的有代表性的辐射功率，其特征在于，

设置第二传感器(4)，其在UV范围之外的第二光谱灵敏度范围内被校准，

第二传感器(4)与被用作参考辐射源的UV辐射源(2)连接，实际上只检测参考辐射源(2)的辐射。

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