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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
< br>
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
(<
/p>
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，
< br>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
2
O
3
、
MgO
、
Y
2
O
3
等
< br>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 )
< br>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
?
?
0
I
?
V
?
?
?
d
?
T=
=
?
（
14-1
）
?
0
?
I
?
V
?
d
?
0
?
式中：
T
—
—总透过率；光通量之比，即
< br>?
0
——射到物体上的光能量，流
(
明
)
；
?
——透过物体的光能量；
．
I
< br>?
——
A
光源的分谱辐射强度，
瓦每球面度；
V
?
——明视觉相对光谱灵敏度
(
或视见函数
)
；
?
?
——单色光透过率。
d
?
——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
?
2
对入射光通
?
1
的百分数，以
T (
％
)
表示，即
T=
?
2
?
1
00
%
（
14-2
）
?
1
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
?
1
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
?
2
，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=
?
2<
/p>
I
2
a
?
?
?
100
%
?
a
?
100
%
（
14-3
）
?
1
I
1
100
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
< br>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
< br>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
3
，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
8
，光斑边缘与
出射窗形成
1.3
的环带。
< br>积分球
7
内装有一可摆动的标准发射器
< br>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
0
0
0
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
< br>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
< br>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
< br>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