UV-3600分光光度計(jì)測(cè)量太陽能用玻璃的透射比研究

■ 堯克光 宋凱 莫根茂 賈晨輝

一 引言

隨著化石能源全球日益緊缺及氣候變化的壓力逐漸增大，太陽能、風(fēng)能等可再生能源的開發(fā)及利用受到世界各國政府的重視，在這些可再生能源中，太陽能的開發(fā)與利用得到較好的發(fā)展。太陽能光熱行業(yè)在過去的幾十年中得到很大的發(fā)展，對(duì)于光熱行業(yè)不論是真空管還是平板集熱器，玻璃的透射比對(duì)于太陽能熱利用產(chǎn)品相當(dāng)重要，如果真空管罩玻璃和平板蓋板玻璃的透射比不高，將影響太陽能熱水器及熱水系統(tǒng)的性能。

本文介紹利用UV-3600分光光度計(jì)測(cè)量玻璃太陽透射比，參照GB/T 25968-2010《分光光度計(jì)測(cè)量材料的太陽透射比和太陽吸收比試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，通過大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)平板壓花蓋玻璃太陽透射比測(cè)量時(shí)，需要調(diào)整光路測(cè)量才能得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果。

二 實(shí)驗(yàn)

在大量的實(shí)驗(yàn)中，選出較典型的3組樣品，樣品分別為鍍減反膜罩玻璃(高硼硅玻璃)、普通真空管玻璃(高硼硅玻璃)、平板壓紋玻璃(超白玻璃）。檢測(cè)設(shè)備為日本島津UV-3600，積分球直徑為150mm，白板為BaSO4。實(shí)驗(yàn)步驟：(1)首先基線掃描，然后不放樣品，直接測(cè)空氣的透射曲線；(2)將3組樣品分別放在樣品光路測(cè)試窗口，測(cè)量樣品的透射與反射；(3)將樣品光路(S)和參比光路(R)對(duì)調(diào)，然后將樣品放到樣品光路測(cè)試窗口，測(cè)量樣品的透射比。

三 結(jié)果與討論

1 積分球光路圖

如圖1，左側(cè)為積分球形狀，右側(cè)為積分球光路圖，從積分球光路圖中可以看出樣品光路和參比光路是形貌。右圖左下角的白板是可自由拿下，樣品光路的光照在該白板上。

2 不放樣品的透射曲線

圖2為不放樣品的透射曲線，從圖中可知，透射曲線在300～2400nm整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)透射比都在100%附近，基線正常，說明儀器狀態(tài)良好。

3 在光路測(cè)試窗口測(cè)量樣品的透射與反射

圖3為3種玻璃放在樣品光路窗口測(cè)量得到的透射與反射曲線。由圖可知，帶減反膜玻璃的透射比為0.96，反射比為0.026；真空管玻璃的透射比為0.913，反射比為0.059。這兩種玻璃的透射比與反射比測(cè)量值與現(xiàn)實(shí)情況吻合，證明用該種方法對(duì)這兩種玻璃測(cè)量是有效的。平板壓紋玻璃的透射比為0.831，反射比為0.072，該種玻璃的透射比測(cè)量值與玻璃行業(yè)中對(duì)該種玻璃宣傳透射比為0.92相差較遠(yuǎn)；測(cè)得的透射曲線在1900nm附近有一很高的峰，究竟是設(shè)備本身造成的還是玻璃本身帶來的，為了分清原因，找出問題，先分析光通過這3種玻璃以后的光路情況。

4 光通過玻璃后的情況

圖4 用激光筆檢查光通過玻璃后情況

用激光筆照出點(diǎn)狀激光分別照在這3種玻璃，光通過玻璃后光路情況如圖4所示。光通過帶減反膜玻璃、普通真空管玻璃時(shí)，照在玻璃上的是點(diǎn)光源透過也是點(diǎn)光源，而光照在平板壓紋玻璃上透過以后光是發(fā)散的，這主要是光通過壓紋玻璃時(shí)被反射與折射改變了原來的光路。所以在測(cè)量帶減反膜玻璃、普通真空管玻璃透射時(shí)，透過的光能全部照到白板上，這樣白板對(duì)于測(cè)量這兩種玻璃的透射比是沒有影響的。而測(cè)量壓紋玻璃透射時(shí)，透過的光不能完全照到白板上，有很多光照到積分球內(nèi)壁上，由于BaSO4白板與積分球內(nèi)壁上BaSO4加工方式不同，白板的可移動(dòng)性使得白板上BaSO4與積分球內(nèi)壁上的BaSO4老化情況不一樣，從而使得白板的反射能力與積分球內(nèi)壁反射能力不同。在掃描基線時(shí)光全部照在白板上，而測(cè)量壓紋玻璃時(shí)透過的光很多照在積分球內(nèi)壁上，掃基線與測(cè)量時(shí)參考標(biāo)準(zhǔn)不同，從而造成測(cè)量的結(jié)果有誤。由圖3可知，1900nm附近有高峰，這主要是BaSO4在白板上吸潮比內(nèi)壁上嚴(yán)重，掃描基線時(shí)將1900nm左右水的吸收峰消除，在測(cè)量時(shí)該峰對(duì)結(jié)果產(chǎn)生了影響，所以在1900nm處有一高透射峰。

在測(cè)量壓紋玻璃時(shí)，為了避免白板對(duì)測(cè)量的影響，在軟件中將樣品光路與參比光路對(duì)調(diào)，將壓紋玻璃放在對(duì)調(diào)后的樣品光路上測(cè)量透射比，因?yàn)閰⒈裙饴返墓庵苯诱赵诜e分球的內(nèi)壁上，這樣光通過壓紋玻璃后發(fā)散光全都照在積分球內(nèi)壁上，與掃基線時(shí)光照的標(biāo)準(zhǔn)物是一樣的。

5 將樣品光路(S)和參比光路(R)對(duì)調(diào)后測(cè)量平板壓紋玻璃的透射比

在軟件中將S與R進(jìn)行對(duì)調(diào)，然后掃基線，將平板壓紋玻璃放在對(duì)調(diào)后的樣品光路窗口(原來的參比光路窗口)測(cè)量透射，具體結(jié)果見圖5。測(cè)得透射比為0.895，這個(gè)測(cè)量值與實(shí)際結(jié)果吻合。從圖中我們發(fā)現(xiàn)，之前在1900nm處的峰也沒有了，和普通玻璃的透射曲線相似。

四 總結(jié)

通過以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，對(duì)于不壓紋玻璃，在測(cè)透射比時(shí)只要按UV-3600的正常光路將玻璃放在樣品窗口測(cè)量即可；對(duì)于壓紋玻璃，由于通過該玻璃的光被發(fā)散，用UV-3600測(cè)量透射時(shí)要求將S/R對(duì)調(diào)，然后將玻璃放到樣品窗口測(cè)量，否則會(huì)由于BaSO4白板自身問題給測(cè)量結(jié)果帶來影響。