Температура солнечной радиации

ГОСТ 28205-89(МЭК 68-2-9-75)Группа Э29

Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов

ИСПЫТАНИЯ

Basic environmental testing procedures. Part 2. Tests. Guidance for solar radiation testing

Дата введения 1990-03-01

1. Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 15.08.89 N 2555 введен в действие государственный стандарт СССР ГОСТ 28205-89, в качестве которого непосредственно применен стандарт Международной Электротехнической Комиссии МЭК 68-2-9-75, с 01.03.90

3. Замечания к внедрению ГОСТ 28205-89Техническое содержание СТ МЭК 68-2-9-75 «Основные методы испытаний на внешние воздействия. Часть 2. Испытания. Руководство по испытанию на воздействие солнечной радиации» применяется для использования и распространяется на изделия электронной техники народно-хозяйственного назначения

ПРЕДИСЛОВИЕ

2. Эти решения представляют собой рекомендации для международного пользования и в этом виде принимаются национальными комитетами.

ВВЕДЕНИЕ

Стандарт МЭК 68-2-9-75 подготовлен Техническим комитетом 50 МЭК «Испытания на воздействие внешних факторов».Первый проект документа обсуждался на совещании в Ленинграде в 1971 г. В результате решений этого совещания в июле 1973 г. национальным комитетам был представлен на утверждение по Правилу шести месяцев Документ 50 (Центральное бюро) 171.За принятие стандарта голосовали следующие страны:АвстралияБельгияВеликобритания*________________* Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии.ВенгрияДанияИзраильИндияИспанияИталияКанадаНидерландыНорвегияПортугалияРумынияСоединенные Штаты АмерикиСоюз Советских Социалистических РеспубликТурцияФедеративная Республика ГерманияЧехословакияШвейцарияШвецияЮжно-Африканская РеспубликаЯпония

Испытания на воздействие солнечной радиации представляют опасность для здоровья людей, поэтому лица, связанные с этими испытаниями, обязаны ознакомиться с п.9 данного стандарта и обратить особое внимание на его выполнение.

Настоящий стандарт описывает методы имитации солнечной радиации, имеющие целью определить ее воздействие на аппаратуру и элементы, находящиеся у земной поверхности. Основными характеристиками окружающей среды, подлежащими имитации, являются спектральное распределение энергии Солнца, наблюдаемое на уровне земной поверхности, и интенсивность падающего излучения в сочетании с контролируемыми температурными условиями. Иногда учитывают сочетание солнечной радиации, включая рассеянную радиацию, с другими внешними факторами, например температурой, влажностью, скоростью воздуха и т.д.

Воздействие на образец зависит от спектрального распределения энергии и интенсивности излучения.

2.2. Спектральное распределение энергии излучения Стандартное спектральное распределение энергии суммарной радиации, установленное для этого испытания согласно рекомендациям Международной комиссии по освещению, приведено в МЭК 68-2-5 (ГОСТ 28202). Если интерес представляет только тепловое воздействие солнечной радиации, то допускается применение вольфрамовых ламп накаливания.В связи с тем, что спектральное распределение энергии излучения вольфрамовых ламп накаливания значительно отличается от распределения энергии в солнечном спектре (см. рис.2), интенсивность излучения следует устанавливать в соответствии с требованиями п.2.3.

,

3. МЕТОД И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ИСПЫТАНИЯ

Метод А24-часовой цикл состоит из 8-часовой фазы облучения и 16-часовой темной фазы. Количество циклов — по необходимости. (Это обеспечивает получение дозы облучения 8,96 кВт/м за цикл, что приближается к наиболее жестким естественным условиям. Метод А применяют при определении результатов теплового воздействия.) Метод В24-часовой цикл состоит из 20-часовой фазы облучения и 4-часовой темной фазы. Количество циклов — по необходимости. (Это обеспечивает получение дозы облучения 22,4 кВт/м за дневной цикл. Метод В применяют, когда основной целью испытания являются исследования процессов деградации.)Метод СНепрерывное облучение применяют согласно требованиям соответствующей НТД (это упрощенное испытание применяют, когда циклические тепловые нагрузки не учитывают и оценивают только фотохимический эффект. Его применяют также для определения тепловых воздействий на образцы с малой теплоемкостью).

3.3. Продолжительность испытания зависит от цели испытания. Если интерес представляют только тепловые эффекты, то должно быть достаточно трех циклов (за исключением тех случаев, когда испытывают крупногабаритную аппаратуру, которая требует больше времени для достижения максимальной внутренней температуры). Для выявления процессов деградации необходимо увеличение продолжительности испытания.

4.1. Температура воздуха в камереТемпература воздуха в камере во время облучения и в течение темных фаз должна контролироваться на соответствие требованиям, установленным в методах А, В или С. В соответствующей НТД следует указать температуру во время облучения: 40 °С или 55 °С, в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации аппаратуры или элементов.

4.3. Поверхностные загрязненияПыль и другие поверхностные загрязнения могут значительно изменить характеристики поглощения облучаемых поверхностей. Если нет иных указаний, испытуемые образцы должны иметь чистые поверхности. Если требуется оценить влияние загрязнения поверхности, в соответствующую НТД следует включать необходимые сведения о подготовке поверхностей образцов и т.п.

4.5. Скорость воздухаСледует учитывать возможность охлаждения образцов под действием воздушного потока. Охлаждающее действие воздушного потока может также привести к получению ошибочных результатов измерений при помощи термоэлементов открытого типа, применяемых для контроля интенсивности излучения. Даже такая сравнительно малая скорость воздуха, например 1 м/с, может вызвать понижение температуры перегрева более чем на 20%. Поэтому необходимо измерять и контролировать скорость воздушного потока (которая должна быть минимальной) при одновременном контроле заданной температуры и влажности (если это требуется). Регулирование температуры воздуха в рабочем объеме камеры путем соответствующего нагрева и охлаждения стенок камеры устраняет необходимость в больших скоростях воздуха.В действительности условия солнечной радиации высокой интенсивности редко сочетаются с полным безветрием. Поэтому необходимо учитывать воздействие на испытуемые аппаратуру и элементы потоков воздуха с различными скоростями. В этом случае в соответствующей НТД следует устанавливать конкретные требования.

5. ИСТОЧНИК ИЗЛУЧЕНИЯ

5.2. Ксеноновые лампыГеометрическая форма и размер применяемых ламп определяются требованиями испытания. Типичный спектральный состав излучения ксенонового разрядного промежутка приведен на рис.1.

Сравнение излучения типичной ксеноновой дуговой лампы высокого давления с кривыми спектрального распределения солнечного излучения для воздушных масс 0-1 и 2

________________* На рис.1 и 2 условная толщина воздушной массы, сквозь которую проходит солнечное излучение, обозначена буквой М. Условная толщина воздушной массы различна для разных углов () положения Солнца (М=1 — Солнце в зените; М=2 при 60°).

Следует учитывать также излучение раскаленных электродов. Относительная энергия этого излучения при коротких разрядных промежуточных значительно больше, чем при длинных, и она может существенно отразиться на имитации спектра, поскольку доля инфракрасного излучения электродов больше доли инфракрасного излучения разрядного промежутка. Установлено, что относительный спектральный состав излучения ксенонового разрядного промежутка практически не зависит от мощности лампы. У ламп с различной мощностью температура электродов будет различной, а следовательно, будет различен и спектральный состав их излучения. При использовании ламп с длинными разрядными промежутками излучение электродов можно легко сделать незначительным в общем балансе. Конструктивные особенности ламп с короткими разрядными промежутками обусловливают значительно более широкие производственные допуски, чем у ламп с длинными разрядными промежутками. Это особенно важно учитывать при замене ламп.Все типы ламп нуждаются в периодической замене, поскольку их интенсивность излучения постоянно уменьшается с течением времени и в процессе эксплуатации интенсивность излучения может меняться у разных ламп по-разному. Несмотря на изменение интенсивности излучения в процессе эксплуатации относительный спектральный состав излучения ксенонового разрядного промежутка остается практически неизменным, так как ксенон является безпримесным чистым элементным газом.

Рис.2. Сравнение излучения вольфрамовой лампы накаливания с кривыми спектрального распределения излучения солнечной радиации для воздушных масс 0-1 и 2

5.4. Дуговые лампы с угольными электродамиПри определенных условиях вольтова дуга между угольными электродами может обеспечить излучение, спектральный состав которого близок к солнечному, наблюдаемому на уровне земной поверхности. Однако корректирующие светофильтры все же необходимы, особенно в ультрафиолетовой области. Сгорание электродов не допускает точной локализации и фиксации источника света. Самым большим недостатком вольтовой дуги является ее постепенное затухание. Даже при очень продуманной системе подающего механизма время непрерывного горения не превышает 5 ч.

5.6. СветофильтрыЖидкостные фильтры имеют определенные недостатки, например возможность вскипания, зависимость коэффициента пропускания от температуры и дрейф спектральной характеристики во времени. Поэтому предпочтительнее использовать стеклянные фильтры, хотя состав стекла воспроизвести сложнее, чем химический раствор. Для компенсации неодинаковой оптической плотности стекол можно применять пластины разной толщины, подбирая их по методу проб и ошибок. На технологические процессы изготовления стеклянных фильтров имеются патенты, поэтому при выборе нужных фильтров следует руководствоваться рекомендациями изготовителей. Выбор светофильтров зависит от источника излучения и способа его применения. Например, спектр излучения ксеноновой лампы может быть откорректирован при помощи комбинации абсорбционных светофильтров для инфракрасной и ультрафиолетовой областей.Некоторые стеклянные светофильтры для инфракрасной области спектры имеют тенденцию быстро изменять свои спектральные характеристики под воздействием интенсивного ультрафиолетового излучения. Такое изменение можно в значительной степени предотвратить, поместив между источником излучения и светофильтром для инфракрасной области спектра светофильтр для ультрафиолетовой области спектра. Интерференционные фильтры, основанные не на поглощении, а на отражении нежелательного излучения, меньше нагреваются и обычно более стабильны, чем абсорбционные фильтры.

6. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

а) Пиранометр Молля-ГорчинскогоПиранометр Молля-Горчинского состоит из 14 константаново-манганиновых полосок (10х1х0,005 мм), расположенных таким образом, что их «горючие» спаи лежат в одной плоскости и образуют горизонтальную поверхность, покрытую черным лаком, имеющим низкую теплопроводность.Концы «холодных» спаев загнуты вниз, чтобы осуществить хороший теплообмен с медной пластиной, имеющей большую теплоемкость. Чувствительная поверхность находится под двумя концентрически расположенными стеклянными полусферическими колпаками.

6.2. Измерение спектрального распределения энергииКонтроль суммарной интенсивности излучения не представляет трудностей. Труднее провести подробные исследования спектральных характеристик. Существенные спектральные изменения можно определить при помощи недорогостоящих обычных методов измерения, используя пиранометр в сочетании с избирательными фильтрами. Для подробных исследований характеристик распределения энергии необходимо прибегать к использованию сложных спектрорадиометрических приборов.На практике такая калибровка может быть проведена при обслуживания оборудования его изготовителем или при проверке оборудования метрологической службой. Следует регулярно проводить сопоставление данных, полученных методом с применением фильтров и пиранометров и спектрорадиометрическим методом.С течением времени могут произойти изменения спектральных характеристик ламп, рефлекторов и светофильтров, что обусловит значительное превышение допустимых отклонений в спектральном распределении энергии излучения. Производственные допуски могут быть настолько велики, что замена лампы приведет к неприемлемым изменениям интенсивности излучения по сравнению с первоначально установленными. Это требует регулярного контроля, однако во время испытания образца детальный контроль спектрального распределения энергии излучения в испытательном оборудовании не всегда возможен.

7. ПОДГОТОВКА ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ОБРАЗЦОВ

7.2. ОбразцыВоздействие тепла на образцы в значительной степени зависит от способа монтажа и положения образца относительно направления излучения. Образцы должны монтироваться либо на опорных стойках, либо на основании с определенными свойствами, например на слое бетона заданной толщины или на слое песка с определенной теплопроводностью и т.п. Все это, а также положение образцов должно быть указано в соответствующей НТД.Особое внимание следует обратить на состояние поверхности образцов. Их покрытие должно быть чистым и соответствовать требованиям соответствующей НТД. Тепловое воздействие на испытуемые образцы в значительной степени зависит от состояния их поверхностей, поэтому с образцами следует обращаться осторожно. Особенно важно, чтобы не было масляных пленок, а покрытие и грунт полностью отвечали требованиям технологической документации. Датчики температуры необходимо прикреплять к образцам согласно требованиям соответствующей НТД (см. п.6.3).

8.1. Соответствие НТДВ соответствующей НТД должны быть указаны допустимые внешние изменения и (или) изменения рабочих характеристик испытуемого образца после требуемого воздействия облучения за указанные периоды времени. Кроме того, оценка результатов может проводиться со следующими целями:

8.3. С целью определения результатов кратковременного воздействия облучения (тепловом воздействии)Тепловое воздействие в данном случае является доминирующим. Исследуемые кратковременные тепловые воздействия проявляются в основном в местном перегреве.

8.5. С целью оценки воздействия теплаМаксимальные температуры поверхности и внутренних частей, достигаемые образцом или аппаратурой, зависят от следующих причин:

б) интенсивности излучения;

г) длительности облучения;

Большинство материалов обладают избирательной отражательной способностью, т.е. их коэффициент отражения меняется с изменением длины волны. Например, все краски слабо отражают инфракрасные лучи, однако они могут эффективно отражать лучи в видимой части спектра. Более того, коэффициент отражения многих материалов резко меняется в видимой части спектра, вызывая заметные для глаза цветовые изменения, и в ближней инфракрасной области спектра. Поэтому важно, чтобы спектральное распределение энергии излучения источника, используемого для имитации солнечной радиации, как можно точнее соответствовало распределению энергии в солнечном спектре или установлению такой интенсивности излучения, при которой обеспечивалось бы аналогичное тепловое воздействие (см. п.2.3 и приложение А).

а) многие лабораторные источники ультрафиолетового излучения значительно отличаются от солнечного излучения по спектральному распределению энергии;

в) испытания в искусственных условиях не имитируют все естественные атмосферные воздействия.

9.1. Общие положенияСложное оборудование, применяемое для испытаний на воздействие солнечной радиации, требует, чтобы его эксплуатация и обслуживание проводились квалифицированным персоналом не только в связи с необходимостью правильного проведения испытаний, но и с необходимостью соблюдения техники безопасности.

9.3. Озон и вредные испаренияДругая опасность для здоровья, связанная с применением ксеноновых и других дуговых ламп, заключается в возможности образования местных токсических концентраций озона во время испытания. Однако максимальное количество озона образуется в первый момент после включения лампы, после чего нагревшаяся колба лампы способствует обратному превращению озона в кислород. В случае применения принудительного воздушного охлаждения, охлаждающий воздух должен отсасываться и удаляться из рабочего объема. Его проникновение в кожух лампы не допускается. Таким образом, опасность образования токсических концентраций озона значительно уменьшается.Содержание озона в воздухе в количестве от 1,0 до 10,0 частей на миллион по объему вызывает головные боли, раздражение слизистой оболочки носоглотки, слезотечение. Однако следует иметь в виду, что токсичной является даже концентрация озона менее 0,1 части на миллион, что ниже уровня, обнаруживаемого по запаху (от 0,5 до 1,0 части на миллион). Комбинированное воздействие теплового и ультрафиолетового излучения на некоторые пластмассы (например слоистые пластики на основе меламина) может также привести к образованию ядовитых испарений. Поэтому при выборе конструкционных материалов для испытательного оборудования следует быть особенно осторожным.

9.5. Электрический ударДолжны быть приняты обычные меры безопасности против электрического удара, особенно при использовании высоковольтных систем зажигания дуговых ламп. В некоторых ксеноновых лампах импульс зажигания дуги превышает 60 кВ, что вызывает необходимость применения системы блокировки.

ПРИЛОЖЕНИЕ АРекомендуемое

А.1. Для обеспечения эквивалентного теплового действия интенсивность излучения искусственного источника (кВт/м) должна быть скорректирована с таким расчетом, чтобы

где — коэффициент поглощения образца для излучения искусственного источника; — коэффициент поглощения образца для суммарной солнечной радиации.

,,

Таблица А.1

________________* Энергия излучения с длиной волны короче 0,30 мкм, достигающего земной поверхности, незначительная и ею можно пренебречь.

,

ПРИЛОЖЕНИЕ В (справочное). ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЧЕРЕЗ ОПОРНОЕ ОСНОВАНИЕ

B.1. Для правильного выбора необходимого материала для опорного основания следует определить тепловой поток, проходящий через основание.

.

В.3. Удельные теплопроводности широко применяющихся материалов приведены в табл.B.1.

Источник

• http://docs.cntd.ru/document/gost-28205-89