Фотометрическое устройство

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУ БЛИН 5454 4(5 С 01,У 1/О ре ша л и ч целью повьпп ний, в фото в,но введеенных с ьноходной тор оложен вбл н к стенк го располож кзлучения и апертура этше поперечна входной трасположен В да об го светоки шара рец трет близи ст ентк источнику. ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП"ИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Усть- Каменогорский строителдорожный институт(56) 1. физический энциклопедичекий словарь. М "Советская энцилопедия, 1966, т. 5, с, 345.2. Авторское свидетельство ССР 494624, кл. С 01 3 1/02, 1973.(54)(57) ФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ .УСТРОЙсодержащее фотометрический шардиффузный источник излучения в иемники излучения, о те е с я тем, что, с ния точности измереетрический шаг гермеы три световода, соериемниками, при этом ц первого световода рас зи стенки шара и обравходной торец второн вблизи источникаобращен к нему, причем го световода не болього сечения источника,115454 Ь 9 эфоУ.эф 11)25 ЗО Изобретение относится к устройствам для измерения светотехнических величин, например поглощения света в жидких или газообразных поглощающих средахИзвестно устройство 11 для измерения показателя поглощения,выполненное в виде заполненного измеряемой средой фотометрического шара. Благодаря многократному отражению света от стенок шара при высоком значении альбедо у, при диффузном отражении от стенок шара увеличивается путь луча в среде, а главное освещенность стенок шара связана с ослаблением луча, происходящим лишь за счет чистого" или истинного поглощения, ибо рассеянные потоки вновь попадают на стенки. При этом освещенность шара Е связана с освещенностью Ео, первоначально созданной прямым источником, соотноше- нием Однако стенки шара нестабильны и со временем их альбедо меняется.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является фотометрическое устройство, содержащее фотометрический шар, диффузный источник излучения в центре шара и приемники излучения, В шар вводятся светопоглощающий элемент и светоотражающая заслонка. По отношению Г/Б, можно судить насколько изменилось р, и, перемещая заслонку, менять р, , восстанавливая необходимое значение этой величины. 40 Измеряя в дальнейшем величину Е/Е,1 при заполнении шара исследуемым веществом можно вычислить коэффициент его поглощения либо на основе теории, либо предварительно 45 прокалибровав прибор, так как измеряемая величина Е/Е, однозначно связана с коэффициентом поглощения. 23,Однако восстановление заданной величины р, перемещением заслон ки не может быть выполнено во время хода эксперимента, т.е. когда исследуемым веществом заполняют шар.Действительно, в этом случае величина Е/Е, уменьшается из-за оседания 55 вещества на стенках камеры и поглощения излучения в веществе, заполнившем щар, Движение же заслонки 2должно осуществляться .лишь с цельюкомпенсации изменения отражательнойспособности шара. При исследовании большого класса поглощающихвеществ на стенки шара после егозаполнения немедленно начинает отлагаться осадок, а если вещество агрессивно, то отражательная способность шара меняется вследствиехимических реакций. Таким образом,измеренная величина Е/Е не позволяет определить искомое значениекоэффициента поглощения и действительное значение у, . Даже еслипроцесс оседания происходит медленно, результаты содержат неопределенные ошибки.Пелью изобретения является повышение точности измерений.Поставленная цель достигаетсятем, что в фотометрическое устройство, содержащее Фотометрический шар,диффузный источник излучения в центре шара и приемники излучения, вфотометрический шар герметично введены три световода, соединенных сприемниками, при этом входной торец первого световода расположен .вблизи стенки шара и обращЕн к стенке, входной торец второго расположенвблизи источника излучения и обращен к нему, причем апертура этогосветовода не больше поперечногосечения источника, а входной торецтретьего световода расположен вблизи стенки шара и обращен к источнику,Измерение параметров устройствапроизводят при незаполненном веществом шаре. После его заполненияопределяют отношение синала отпервого световода ко второму и отвторого к третьему. По полученномуотношению судят как об альбедо шара, так и о коэффициенте поглощения исследуемого вещества.На чертеже изображена схема устройства. В фотометрический шар 1, стенки которого представляют диффузный рассеиватель с высоким альбедо, помещен в его центре источник 2 света с баллоном иэ молочно-матового диффузно рассеивающего материала, линейный размер которого много меньше радиуса шара Р, . Внутрь шара введены три световода 3-5. Входной торец световода 3 расположен(3) 3 1154вблизи .стенки шара и обращен к ней,входной торец световода 5 такжерасположен вблизи стенки шара, нообращен к источнику, а входной торец световода 4, обращенный также 5к источнику света, расположен вблизи последнего,Радиусы световодов должны бытьмного меньше Р но много большерадиуса исследуемых частиц (если, 10например,шар заполнен аэрозолемили гидроэолем). Апертура светово. дов должна удовлетворять .следующему условию: площадка источника,охватываемая опертурой световода 4, 15должна быть не больше поперечнойплощади молочно-матового баллонаисточника, Входные торцы световодов 3 - 5 подведены к соответствующим приемникам излучения 6 - 8. Све 20товоды пропущены сквозь стенки шарапри условии соблюдения герметичности.Стенки шара покрываются веществом с заранее известным значением 25альбедо р , которое равно отношению потока, диффузно отраженного отданной площадки, к потоку, падающему на нее. Включив источник 2при пустом (т.е. не заполненномЭОпоглощающим веществом) шаре, снимаюттри отсчета интенсивностей, воспринимаемых световодами 3 - 5 и равных соответственно 3 Э и 3 . Ве 1 а 3личина 3 пропорциональна потоку све 35та отраженного от некоторой площадки шара Ф, величина Э - потоку Фг, падающему на нее, а 3 з - потоку Фэидущему непосредственноот источника света. Таким образом,фК Э ф:К э Ф к Э где кгпв2 2 21 З 3 3коэффициенты пропорциональности.По определению, альбедо Фотсюда х 31 31- фцЭЭЭто позволяет найти коэффициен С3циентравный 2 Зная С , можно, вс= -1 50 дальнейшем, по отсчетам Э и 3 най 2 ти значения альбедо стенок шара рС другой стороны, заранее зная альбедо Р , можно найти и соответствующий коэффициент для опреде ления величины Е/Е , которая характеризует усиление светового потока благодаря многократному отражению от стенок шара. Действительно, отсчет 32 пропорционален освещенности на стенках шара Е, а 3 - величине Е, т.е. освещенности от . источника прямого излучения. Таким образом, имеем Е= К 32; Е,: К"3 где М и К коэффициенты пропорциональности.Отсюда Е К 22Е К 3 з 3 Зс где р - известная, заранее заданная величина,32 и 3 - находят путем измерений.Зная величину С, можно в дальнейшем по отсчетам 32 и 3 определить отношение Е/ Е, , необходимое для того, чтобы судить о поглощающих характеристиках исследуемого вещества.После калибровки прибора и нахождения коэффициентов С и Сшар заполняется исследуемым веществом и производится одновременная регистрация света, поступающего на приемники от всех трех световодов, т.е. измеряются сигналы 3, 3 и 3 э . Для определения величины р необходимо найти отношение Э(3 г,а для определения Е / Е, - отношение 32 /3 .Предлагаемое устройство позволяет. находить указанные отношения несмотря на то, что в процессе измерений на торцы световодов и баллон источника света происходит осаждение части исследуемого вещества. Действительно, осаждение его на баллон приводит к одинаковому ослаблению как прямого, так и многократно отраженного света, что не сказывается на величине отношения потоков. Ослабление же на торцах световодов также одинаково, ибо они идентичны по конструкции и диффузные потоки заполняют полностью их апертуру. Таким образом, и в данном случае величина отношений Э /3 и 3 /3 не изменяется при изменении прозрачности торцов.Итак, зная заранее С и С и произведя отсчеты Э, 32 и 3 , находим альбедо и отношение освещенностей полным1154546 в котором Составитель ЮГриневаРедактор П. Коссей Техред С,йовжий Корректор М. Пожо Заказ 2703/35 Тираж 897ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 аналогичный расчету освещенностиприводит к выражению Е:2 яаС,=Ь,гас г-С М5Отсюда для яркости площадки д 5во втором порядке имеем ь:в, гас,). (н)10Более высокие порядки могут бытьрассчитаны аналогичноОкончательно, яркость площадкиЫ 5равная сумме всех порядков, начинаяс нулевого, выражается формулойй56=во+6 2 РС +бо 2 рС ) +Ь (2 РСо) +(1 Сумма членов этого бесконечногоряда ( у с 1.) равна о 20Ь= -. (в 1- С,Переходя к освещенностям и имея в виду формулу (7) и фотометрическое соотношение Ьд з Р ,где В - полЕная яркость, Е - полная освещенность, находим-2 й,к1-2 е (2 я к+1)С- (о)о р 1 качто совпадает с формулами (5) и (6). Изобретение позволяет производить точные исследования коэффициентов поглощения веществ в условиях непрерывного и достаточно быстрого оседания вещества на поверхность шара, лампы и световодов. Аналогичные исследования, проводимые известными устройствами, содержат часто значительные и всегда неопределенные ошибки, и получаемые результаты при этом ненадежны.Изобретение позволяет, например, осуществлять исследования достаточно сильно поглощающих веществ, производить эксперимент длительное время, например при необходимости изучать меняющуюся структуру аэрозоля, при некоторых фотохимических реакциях и т.д.