用大型积分球测定透明蜂窝结构的太阳辐射透过率

　　0　引　　言

　　测定材料对太阳辐射的透过率τ,对于太阳能的利用具有重要意义。用积分球测定材料或器件的辐射特性是一种有效的测试方法〔1〕,但直径较小的积分球由于窗口的直径小,只能测定薄平板材料的透过率。

　　要测定透明隔热材料在定向照射下的透过率,采用传统的积分球方法存在不少问题。由于这类材料结构复杂,样品的尺寸较大,为了提高测量精度,必须把积分球的样品孔开得足够大,因而积分球的直径相应也要增大,所以测定透明蜂窝结构的太阳辐射透过率必须采用大型积分球〔2,3〕。

　　本工作主要是利用自行研制的大型积分球装置,对试样直径大于200mm的塑料透明蜂窝的太阳辐射透过率进行测试,测得在不同入射角下透明蜂窝试样的半球向透过率。

　　1　大型积分球测试系统

　　1.1　积分球工作原理

　　积分球是一个内壁涂有BaSO4或MgO的空腔圆球,其内壁面接近理想的漫射表面,即朗伯式表面。当光束照射到内壁面元上时,该面元作为光源在球形对称的壁面上产生的照度和发光密度处处相同〔1〕。利用积分球的这一特性,可以方便地测出材料的反射率和透过率。图1所示是积分球内光路示意图。

　　设内壁面元ΔSo是理想漫反射面。在光流为Fo的入射光照射下,ΔSo成为一个小光源,它向壁面投射的光流为ρwFo,这里ρw为内壁面的半球向反射率。球壁面上任意面元受光源ΔSo照射引起的照度和发光密度是相同的。取壁面上微面元dS1,其发光密度R1由两部分组成,一部分是ΔSo直接照射dS1引起的发光密度R1,0,另一部分是ΔSo照射全部球壁,整个球壁面对dS1的照射引起的发光密度R1,w。R1,w可以这样求:先写出球壁上任一面元dS2经ΔSo直接照射的发光密度R2,0(=R1,0)和亮度,由亮度可写出dS2投射到dS1的光流在dS1上产生的照度,再对整个球面积分,就得到dS1在整个球壁(ΔSo除外)照射下的照度和发光密度R1,w。

　　在这里,壁面的反射率要按光束在球内发生了无数次反射的情况来考虑。

　　由以上分析可推导出半径为r的积分球内,光束照在ΔSo上引起壁面任一面元的发光密度为

　　为了测试透明隔热材料对太阳辐射的透过率,需在积分球上开较大的窗口。把材料样品放在窗口上,用直射光源以入射角θ照射试样,透过试样的光束投射到积分球内壁面,经过壁面无数次反射,壁面任一面元的发光密度为Rs,然后移开试样,让直射光源以同一入射角θ经窗口直接照射球内壁面,经过内壁面多次反射后,壁面的发光密度为R1。式(1)表示了R1与入射光流、积分球内壁面反射率和积分球半径的关系。

　　用光学感受件依次测得某一θ角下的Rs和R1后,就可按下式求出材料试样对入射光的透过率τ〔3〕: