 |
|
Измерения блеска с помощью фотоэлектрического блескомера ФБ-2
535.361
И 374
Измерение блеска
Методические указания
Для студентов II курса ЭМФ
Новосибирск
 |
Министерство образования и науки Российской федерации
Федеральное агенство по образованию
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
_______________________________________________________
535.361
И 374
Измерение блеска
Методические указания для студентов II курса ЭМФ
(направление 140600 – Электротехника,
электромеханика и электротехнологии)
дневного и заочного отделений
Новосибирск
УДК 535.361.21.08
И 374
Составители: А.В. Шишкин, канд. хим. наук, доц.
О.С. Дутова, ст. препод.
Рецензент А.И. Алиферов, д-р техн. наук, проф.
Работа подготовлена на кафедре «Автоматизированные
электротехнологические установки»
Ó Новосибирский государственный
технический университет, 2009
ИзмереНИЕ блеска
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Знакомство с оптическими явлениями и способами измерения блеска.
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Блеск – характеристика свойства поверхности, отражающей свет. Блеск обусловлен зеркальным отражением света от поверхности, происходящим обычно одновременно с рассеянным (диффузным) отражением. Глаз человека воспринимает зеркальное отражение на фоне диффузного, и количественная оценка блеска определяется соотношением между интенсивностями зеркально и диффузно отраженного света [1]. Изменение блеска является показателем начальной стадии разрушения поверхности.
Как измеряемая физическая величина блеск – это отношение светового потока, отраженного от образца в зеркальном направлении к приемнику (источник и приемник расположены под заданным углом), к световому потоку, отраженному в зеркальном направлении от стекла с показателем преломления 1,567 [2].
ИЗМЕРЕНИЯ БЛЕСКА
Блеск измеряют с помощью фотоэлектрических блескомеров, принцип действия которых основан на сравнении количества света, отраженного поверхностью покрытия, с количеством света, отраженного эталоном.
Блескомер состоит из источника света, линзы, направляющей поток параллельных лучей на испытуемую поверхность, и приемного устройства, состоящего из линзы, полевой диафрагмы и фотоэлемента, воспринимающего отраженный свет в заданном телесном угле. Пластинки для испытаний покрытийдолжны быть толщиной не менее 3 мм, иметь ровную, гладкую и однородную поверхность без пропусков, подтеков, морщин и размер 150´100 мм. Размер их должен быть больше или равен длине освещенной площадки [2].
Для получения среднего значения величины блеска, измеряемого по всей поверхности образца, ширина освещенного поля испытуемой пластинки должна быть значительно больше, чем возможные структурные элементы на поверхности. Общепринятой величиной считают 10 мм [2]. Измерения проводят на горизонтальной поверхности.
Метод не распространяется на определение блеска покрытий, обладающих металлическим эффектом.
Измерения блеска с помощью фотоэлектрического блескомера ФБ-2
Измерения блеска лакокрасочных покрытий в соответствии с ГОСТ 896-69 [3] (действовал до 01.01.2008 г., сейчас действует ГОСТ Р 52663-2006) проводятся фотоэлектрическим методом. В основу метода определения зеркального блеска положено измерение тока, возбуждаемого в фотоэлектрическом приемнике под действием светового потока, отраженного от испытуемой поверхности. В зависимости от степени блеска или белизны меняется интенсивность света, изменение которой приводит к изменению напряжения на нагрузке фотоэлемента. Метод обеспечивает количественную оценку блеска покрытий. Величину блеска лакокрасочных покрытий выражают в процентах в соответствии с показаниями шкалы прибора.
Измерение блеска лакокрасочных покрытий производится с помощью блескомера ФБ-2, рис. 1, или другого прибора этого типа, основанного на бескомпенсационной схеме (т.е. позволяющего отсчитывать результат испытания непосредственно по шкале прибора), при этом показания этих приборов должны быть приведены в соответствии с показаниями прибора ФБ-2.
Фотоэлектрический блескомер ФБ-2 состоит [4] из измерительной головки, блока питания с шунтирующими потенциометрами и измерителя (микроамперметра М136). Измерительная головка прибора (датчик) в свою очередь состоит из корпуса с размещенными в нем под углом 90° держателями (тубусами) для осветителя и фотоэлемента. Нижняя часть головки плоскошлифованная и имеет эллиптическое отверстие. Осветителем служит точечная лампа, вставленная в центрированный патрон (патрон можно вращать и передвигать по высоте в тубусе осветителя).
Рис. 1. Внешний вид фотоэлектрического блескомера ФБ-2
Световой поток осветителя собирается линзой и падает на образец под углом 45°. Отраженные от измеряемой поверхности лучи падают через диафрагму на селеновый фотоэлемент Ф41-С с помощью систем линз. Фотоэлемент помещается в боковой тубус для замера блеска (зеркальной составляющей светового потока) и в средний тубус – для замера рассеянного света. Постоянное напряжение, подаваемое на осветитель, поддерживается трансформатором с ферромагнитным стабилизатором, вмонтированным в футляр прибора. Это устройство обеспечивает воспроизведение результатов измерения блеска с точностью до 1 % при колебании напряжения в сети до 20 %.
Измерительным устройством в приборе является микроамперметр М136 со шкалой, имеющей 100 делений, рис. 1.
Принципиальная схема фотоэлектрического блескомера ФБ-2 изображена на рис. 1. При измерении блеска оптические оси осветителя и фотоприемника должны находиться под равными углами (g = g1) относительно перпендикуляра к измеряемой поверхности. Точка пересечения лучей должна лежать на поверхности образца.
Для настройки блескомера применяются рабочие стандартные образцы, аттестованные в установленном порядке государственными или ведомственными органами метрологической службы на установке с той же геометрией освещения-наблюдения 45°/45° и 45°/0°, которая применена в блескомере ФБ-2.
Рис. 1. Фотоэлектрический блескомер ФБ-2
1 – оптическая система; 2 – осветитель; 3 – фотоприемник;
4 – измеритель; 5 – усилитель; 6 – приспособление для настройки электрической схемы.
Поверочная (эталонная) пластинка блестящей поверхности (рабочий стандартный образец), представляет собой темное увиолевое стекло (ИКС-6), блеск (коэффициент зеркального отражения) которой по этому прибору равен 65 %. Точность метода определяется погрешностью применяемого прибора и для ФБ-2 составляет ±4 %.
Увиолевое стекло – стекло с повышенной прозрачностью, пропускающее ультрафиолетовое (УФ) излучение с длиной волны l < 400 нм.
При зеркальном отражении отраженный луч лежит в одной плоскости с падающем лучом и нормально к поверхности раздела сред, проведенной к точке падения. Угол отражения равен углу падения.
Коэффициент отражения – безразмерная величина, равная отношению потока излучения, отраженного телом, к падающему на него потоку излучения. Он зависит от длины волны, химической природы сред, угла падения.
Рабочий стандартный образец белой поверхности представляет собой пластину из молочного стекла МС-20 (белого цвета) с коэффициентом яркости (93±7)% при геометрии освещения-наблюдения 45°/0°.
Коэффициент яркости – отношение яркости данной поверхности в некоторой точке в данном направлении к яркости (при одинаковых условиях освещения) идеального отражающего рассеивателя (яркость которого одинакова во всех направлениях, а коэффициент отражения равен 1).
Яркость – величина, характеризующая свечение источника света в данном направлении.
Перед испытанием блескомер настраивают при помощи эталонной пластинки блестящей поверхности таким образом, чтобы показание шкалы прибора было «65». Минимальный размер испытуемого образца 40´60 мм. Замеры величины блеска после настройки блескомера производят на различных участках поверхности подготовленного образца покрытия. За величину блеска, отсчитываемого в процентах по шкале прибора, принимают среднее арифметическое значение трех определений. Расхождение между двумя параллельными определениями не должно превышать 2 % [3, 5].
По степени блеска покрытия, измеренной на блескомере, лакокрасочные материалы (покрытия) можно подразделить на следующие 6 категорий:
- > 60 % – высокоглянцевые;
- 59–40 % – глянцевые;
- 39–25 % – полуглянцевые;
- 24–10 % – полуматовые;
- 9–3 % – матовые;
- < 3 % – глубокоматовые [5].
Потеря блеска в процессе эксплуатации рассчитывается по формуле:
X = F–1×(F – F1)×100%, (1)
где X – потеря блеска; F – исходный блеск покрытия;F1 – блеск покрытия после его эксплуатации [6].
3.2. Измерения блеска в соответствии
с ГОСТ Р 52663-2006
С 01.01.2008 г. вступил в действие государственный стандарт России 52663-2006. Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ISO 2813:1994. Данный стандарт устанавливает метод определения блеска лакокрасочных покрытий с помощью блескомера с углами измерений 20°, 60° и 85°. Измерения блеска под углом 60° применяют для любых покрытий, однако для высокоглянцевых или матовых покрытий измерения следует проводить под углом 20° или 85° соответственно. Измерение блеска под углом 20° (при котором в приемном устройстве используется меньшая апертура) предназначено для более точного определения блеска высокоглянцевых покрытий (т.е. покрытий, блеск которых при измерении под углом 60° составляет более 70 единиц). Измерение блеска под углом 85° предназначено для более точного определения блеска матовых покрытий (т.е. покрытий, блеск которых при измерении под углом 60° составляет менее 10 единиц) [2].
Апертура – действующее отверстие оптической системы, определяемое размерами линз или ограничивающей диафрагмой, называемой апертурной. Угловая апертура характеризуется числом 2a между крайними лучами конического светового пучка, входящего в систему. Числовая апертура – число A = nsina, где n – показатель преломления среды, в которой находится предмет. Освещенность изображения, создаваемого оптической системой, пропорциональна A2, а ее разрешающая способность – A.
Эталонные образцы
Для настройки блескомера используются эталонные образцы. Эталонным образцом 1-го разряда должно быть хорошо отполированное кварцевое или черное стекло, высота неровностей на внешней поверхности стекла должна находиться в пределах двух интерференционных полос на сантиметр, измеряемых методами оптической интерференции. Блеск стекла с показателем преломления 1,567, измеренным на длине волны 587,6 нм, принят за величину блеска, равную 100 единицам блеска. Если стекло с таким показателем преломления отсутствует, то в расчеты вносят поправку (см. [2]). Эталонный образец 1-го разряда подлежит поверке каждые 2 года из-за возможности старения.
Рабочие контрольные образцы [2] представляют собой керамическую плитку, стекловидную эмаль, матовое стекло, полированное черное стекло или другой материал с равномерным блеском. Они должны обладать достаточной степенью плоскостности и быть откалиброваны по эталонному образцу 1-го разряда при измерении под углами 20°, 60° и 85°. Рабочие контрольные образцы должны иметь стабильную структуру и быть откалиброваны в организации, аккредитованной на данный вид измерения. Рабочие контрольные образцы периодически проверяют путем сравнения их с эталонным образцом 1-го разряда.
Для проведения измерений при каждом из трех заданных углов необходимо иметь в распоряжении не менее 2-х образцов с различным уровнем блеска.