Селективные поверхности солнечных установок - Измерения поглощательной способности и степени черноты селективных поверхностей

Измерения поглощательной способности и степени черноты селективных поверхностей в преобразователях солнечной энергии и космических аппаратах производятся различными методами. Измеренные значения этих величин применяются при расчетах энергетического баланса, а следовательно, и температуры поглощающей поверхности. Такие измерения были выполнены в ряде лабораторий с применением большинства существующих методов. Измерения поглощательной способности и степени черноты поверхности могут быть прямыми и непрямыми. Можно определить отражательную способность поверхности и затем по уравнению Кирхгофа рассчитать требуемый параметр. На рис. 4.4.1 показаны спектр внеатмосферного солнечного излучения и спектральные распределения плотности потока излучения черного тела при различных температурах.

Рис. 4.4.1. ------------------------------------- спектральные распределения энергии солнечного излучения AM 0 и AM 2;              
излучение черного тела при температурах 100, 300 и 700° С; заштрихованная площадь — спектральная чувствительность человеческого глаза; h — высота земной атмосферы.

Около 97% плотности потока солнечного излучения приходится на область длин волн 0,3-3 мкм, а соответствующая область длин волн излучения черного тела при температуре 300 К заключена между 4 и 60 мкм. В спектре излучения черного тела значительная доля плотности потока приходится на область длин волн, меньших 20 мкм. Следовательно, для точных определений степени черноты необходимо измерять отражательную способность до 60 мкм.
4.4.1. Косвенное определение поглощательной способности и степени черноты по измеренной отражательной способности
Спектральную отражательную способность в ультрафиолетовой, видимой и ближней ИК-областях легко измерить с помощью стандартных спектрофотометров, но при этом возникают две существенные трудности. Одна из них состоит в том, что большинство этих приборов измеряют относительные величины, т. е. с их помощью отражательная способность образца определяется путем сравнения ее с отражательной способностью эталона. Вторая трудность заключается в том, что отражательную способность можно определить только для одного угла падения излучения, обычно близкого к нормальному. Отражательная способность эталона должна быть измерена прямым методом. Часто в качестве эталона используют окисел магния, однако его спектральная отражательная способность не является строго постоянной величиной [159].
Исследователи прибегают к некоторым приемам, позволяющим отказаться от эталона [160-168]. Гейтс и др. [160] используют различное число многократных отражений от идентичных зеркальных поверхностей для определения абсолютного значения спектральной отражательной способности в пределах угла падения излучения 20-60° с точностью 2%. В работе [161] описывается прецизионный метод (точность 0,1%) измерений квадрата абсолютного значения отражательной способности зеркальных поверхностей при угле падения излучения, близком к нормальному. Принципиальное устройство фотометра Стронга [162], с помощью которого производятся эти измерения, подробно рассмотрено Друмметером и Хассом [163]. В работе [164] описан фотометр с интегрирующей сферой, для которого не требуется эталона и в котором можно изменять угол падения излучения. Харрис и Фоулер [165] определили отражательную способность золота в интервале длин волн 8,5 — 84 мкм, используя такой же метод измерения, как и Гейтс.
Направленную отражательную способность можно измерить прямым методом, если облучить образец с одного направления, а затем измерить все отраженное излучение независимо от его углового распределения. При другом способе на образец направляется строго диффузное излучение, а регистрируется излучение, отраженное в пределах малого телесного угла Такой метод называется "обратимой заменой".
Прямые измерения интегральной отражательной способности выполнены с помощью сферы Кобленца [166, 167], однако этому методу присуща погрешность измерений, связанная с типичным для металлов уменьшением отражательной способности в коротковолновой области спектра. Кроме того, искажаются результаты измерений и в случае диффузно отражающих материалов вследствие нелинейности угловой зависимости чувствительности приемника излучения, оптической аберрации и большого числа вторично отраженных лучей [168].

Рис. 4.4.2. Спектральные распределения отражательной способности различных металлических поверхностей, измеренные с помощью интегрирующей сферы [169].
1 - алюминиевый сплав марки 24ST81 с анодной пленкой, полученной при электрохимической обработке в сернокислом электролите; 2 - алюминиевый сплав марки 24ST81 с анодной пленкой, полученной в сернокислом электролите после химической полировки; 3 - плакированный алюминиевый сплав марки 24ST81 с анодной пленкой, полученной в хромовокислом электролите; 4 — алюминиевый сплав марки 24ST81 с черной анодной пленкой, полученной в хромовокислом электролите.

В работе Данкла и др. [ 169] описан прибор, позволяющий быстро осуществлять прямые измерения отражательной способности материалов при облучении их солнечными лучами, прошедшими сквозь атмосферу. Прибор представляет собой интегрирующую сферу с термоэлементом в экваториальной плоскости. На медную полированную поверхность с предварительно нанесенными на нее тремя слоями покрытия из окисла титана в связующем лаке напылялся слой окисла магния толщиной 0,76 - 1 мм. На рис, 4.4.2 показаны измеренные этим прибором спектральные распределения отражательной способности поверхностей металлов с различными покрытиями [169]. В области длин волн более 2 мкм фотометр с интегрирующей сферой не обеспечивает интервале длин волн 0,3 — 2,5мкм. удовлетворительной точности из-за отсутствия подходящих покрытий, диффузно отражающих в длинноволновой области спектра.

Рис. 4.4.3. Элементы интегрирующей сферы для измерения спектральной направленной отражательной способности [164].
1 — диск; 2 — направляющие; 3 — окно; 4 — уплотнение; 5 — диск; 6 — мотор для поворота держателя образца на 180°; 7 — заглушка для крепления держателя образца, поворачивающаяся в окне; 8 — сфера, вращающаяся в уплотнении; 9 - сильфон для соединения с оптической системой; 10 -уплотнение; 11 - окно; 12 - стойка, перемещающаяся по направляющим; 13 - вращающаяся плита; 14 - неподвижная монтажная плита; 15 - вертикальный подшипник; 1S - стержень; 17 - эталон; 18 - образец; 19 - магнитный держатель образца, поворачивающийся вокруг стержня на 180°; 20 - окно. Размеры даны в миллиметрах.

 Схемы этих интегрирующих сфер показаны на рис. 4.4.3 и 4 4.4. Форм-фактор, определяющий геометрическое соотношение между любым облучаемым элементом сферы и источником излучения, расположенным на внутренней поверхности сферы, находится делением площади источника излучения на площадь всей сферы. Отсюда следует, что если стенки сферы обладают строго диффузным отражением и на чувствительный элемент одинаково хорошо попадает излучение всех ее частей, то сама сфера будет вести себя по отношению к расположенному в любом месте внутри нее образцу, как чувствительный элемент с углом раскрытия 2π ср.

Рис. 4.4.4. Элемент интегрирующей сферы, разработанной Мак-Николасом и Тингуолтом [174].
1 -переизлучающая полусфера; 2 - окно для наблюдений; 3 - образец; 4 - лампа; 5 — сфера; 6 - экран; 7 — образец; 8 - держатель образца, вращающийся вокруг вертикальной оси.

О работах [165, 174, 175] описаны фотометры с обогреваемой полостью для определения направленной отражательной способности в интервале длин волн 2-20 мкм. Способ крепления образца на конце вращающегося  стержня внутри полости или сферы позволяет менять полярный угол [174, 175]. На рис. 4.4.5 и 4.4.6 схематически показано устройство спектрофотометра с обогреваемой полостью и с вращающимся образцом [175], а на рис. 4.4.7 представлена измеренная этим прибором спектральная отражательная способность серебряной пленки. Хорошие результаты при измерениях с помощью обогреваемой полости получаются в интервале длин волн 2—20 мкм. Прибор Гира и др. [ 176] содержит два одинаковых параболоида с углом раскрытия 2π ср, а прибор Данна и др. [ 177 , 178] - эллипсоид для собирания лучей, отраженных непосредственно от образца. В этом случае излучение направляется на образец прямо через отверстие в зеркале или сначала отражается от участка поверхности зеркала, затем собирается сферическим концентратором и только после этого поступает к приемнику излучения.

Рис. 4.4.5. Схема спектрофотометра с обогреваемой полостью [ 175].
1 — термопары; 2 — задвижка; 3 — делительная головка; 4 - эталон; 5 — образец; 6— охлаждающий змеевик; 7 - изоляция; 8 — нагреватель; 9 — радиационный экран.

Рис. 4.4.5. Элементы спектрофотометра с обогреваемой полостью [175].
1 — сферическое зеркало диаметром 127 мм; 2 - обогреваемая полость; 3 — прорезь; 4 - механический вибратор; 5 - шторка; 6 - чувствительный элемент; 7 — монохроматор; 8 - сферическое зеркало диаметром 76,2 мм; 9 - плоское зеркало.

Рис. 4.4.7. Спектральная отражательная способность серебряной пленки на стекле толщиной 1,5 мм, измеренная с помощью интегрирующей сферы и спектрофотометра с обогреваемой полостью [175].

Авторы работы [179] использовали фотометр с параболоидным отражателем с углом раскрытия 2π ср для собирания отраженных лучей методом обратимой замены при измерении направленной отражательной способности в дальней инфракрасной области спектра. Схема прибора, построенного авторами работ [179, 180], показана на рис. 4.4.8.
Недавно Серафин [181] разработал высокотемпературный спектрофотометр для измерения отражательной способности селективных поверхностей при высоких температурах (рис. 4.4.9). Для измерения одного спектрального распределения при повышенной температуре требуется гораздо больше времени, чем при комнатной температуре..

Рис. 4.4.8. Схема фотометра с параболоидным отражателем для собирания отраженных лучей [179].

Рис. 4.4.9. Высокотемпературный спектрофотометр, разработанный Серафином (181).

Переносный фотометр для определения поглощательной способности плоских образцов непрозрачных материалов (рис. 4.4.10) был разработан Уилли [182]. Прибор состоит из покрытого белой отражающей краской коллектора излучения, имеющего примерно эллиптическую форму, с линзой, окном для размещения образца и кремниевым чувствительным элементом.

Р и с. 4.4.10. Схема фотометра Уилли.
1 — линза; 2 — чувствительный элемент из кремния; 3 — местоположение чувствительного элемента из PbS; 4-эллиптический коллектор.

Чувствительный элемент расположен таким образом, что на активную площадь его поверхности падает излучение, отраженное от стенок отражателя, и не падает излучение, отраженное непосредственно от образца. Источником света в фотометре служит прожекторная лампа. Процесс измерения начинается с нулевого отсчета (о0) при открытом окне, затем производится отсчет 100% (V00), когда окно закрыто эталоном, и, наконец, отсчитывается показание от измеряемого образца). Измеренная отражательная способность образца Rf вычисляется по формуле

Истинную отражательную способность можно найти из соотношения

В качестве чувствительного элемента в переносном фотометре применяется кремниевый фотоэлемент. В качестве источника излучения можно использовать прожекторные лампы двух типов - лампу со спиральной вольфрамовой нитью накала типа DFW "Сильвания" и кварцевую галогенную лампу фирмы "Дженерал электрик" с вольфрамовой лентой типа ЕLН. На рис. 4.4.11 спектральные распределения интенсивности излучения этих ламп сравниваются со спектральным распределением интенсивности солнечного излучения АМI.

Рис. 4.4.11. Спектральное распределение интенсивности солнечного излучения АМ1 и приведенные кривые спектрального распределения интенсивности излучения ламп типа DFW и ELH [199а].

Спектр лампы типа DFW смещен относительно солнечного спектра АМI в инфракрасную область и имеет пик на длине волны 0,8 мкм. Обе лампы имеют меньшую по сравнению с солнечным спектром АМ1 интенсивность излучения в ультрафиолетовой области. На рис. 4.4.12 приведены спектры тех же ламп, измеренные с помощью кремниевого фотоэлемента. Кривая спектрального распределения чувствительности кремниевого фотоэлемента имеет пик на длине волны 0,9 мкм и резкий спад на длине волны 1,1 мкм. Это означает, что при использовании кремниевого фотоэлемента прибор оказывается нечувствительным к излучению, составляющему 25% в солнечном спектре АМI.

Рис. 4.4.12. Спектральное распределение интенсивности излучения ламп типа DFV и ELH , измеренное с помощью кремниевого чувствительного элемента, в сравнении с солнечным спектром АМ1 [199а].

Рис. 4.4.13. Сравнение истинной поглощательной способности в области солнечного спектра с поглощательной способностью, измеренной прибором Уипли с чувствительными элементами из Si и PbS [199 а].
О- экспериментальные данные, полученные при использовании одного чувствительного элемента из Si; ●-экспериментальные данные, полученные при использовании обоих чувствительных элементов.

Для усовершенствования прибора симметрично кремниевому фотоэлементу внутри эллиптического отражателя на его противоположной стороне был размешен фотоэлемент из РbS. Кривая спектрального распределения чувствительности фотоэлемента из PbS имеет пик на длине волны 2,1 мкм. Отражательная способность эталона из MgCO3 относительно излучения с длиной волны 2,1 мкм составляет приблизительно 0,75, поэтому измеренные значения отражательной способности делились на 0,75, Точность измерений отражательной способности с использованием чувствительного элемента из PbS составляет примерно ± 15%, что связано с недостаточной линейностью и стабильностью этого прибора и другими присущими ему недостатками. При расчете средних значений отражательной способности относительно солнечного излучения поверхности образцов из черного хрома результаты измерений с использованием кремниевого чувствительного элемента учитывались с весом 75%, а результаты измерений с помощью датчика из PbS — с весом 25%. Определенные таким образом значения поглощательной способности относительно солнечного излучения αs сравниваются на рис. 4.4.13 с истинной поглощательной способностью в области солнечного спектра.
Средняя разность между измеренными и истинными значениями αs составляет всего ±0,012 при максимальной ошибке ±0,03 4.4.2. Прямые измерения степени черноты и поглощательной способности
Поглощательную способность и степень черноты обычно рассчитывают по результатам измерений отражательной способности, выполненных с помощью фотометров, как это описано в предыдущем разделе, Чтобы найти степень черноты при определенной длине волны и в определенном направлении, обычно близком к нормали к поверхности, можно использовать интегрирующую сферу [169]. Для точного определения полусферической степени черноты анизотропных поверхностей (обладающих угловым распределением отраженного излучения) необходим более простой и прямой подход. Ряд исследователей применяли для этой цели различные методы, одни из которых позволяли измерять степень черноты без эталонными методами, другие обеспечивали быстрое получение удовлетворительных по точности результатов [175, 179, 183-187 ]. Наиболее точным считается калориметрический, или терморадиометрический, метод, который широко применяется для определения интегральной полусферической степени черноты и отношения α/ε. При калориметрических измерениях образец с известной площадью излучающей поверхности помещают в среду с регулируемыми условиями, где потери или поступление тепла осуществляются только путем теплообмена излучением. В этом случае степень черноты вычисляется по величине энергии, необходимой для поддержания образца при равновесной температуре. Такой метод называется стационарным. При известном значении теплоемкости образца степень черноты можно рассчитать по скорости изменения его температуры. Этот метод называется динамическим. Если энергия поступает непосредственно от Солнца или от имитатора солнечного излучения, то, как указано в работе [188], можно определить поглощательную способность относительно солнечного излучения и степень черноты в зависимости от температуры.

Рис. 4.4.14. Схема прибора, разработанного Петти, для калориметрических измерений степени черноты [189].
1 — термопары внутри образца; 2 - стандартное сопротивление; 3 - источник постоянного тока; 4 - термопары у стенки камеры; 5 - жидкий азот для охлаждения камеры; 6 - вакуумная камера.

Петти [189] разработал так называемый "ступенчатый калориметрический метод" измерения степени черноты, при котором за короткий период времени достигается несколько положений равновесия для материала с низкой степенью черноты. На рис. 4.4.14 и 4.4.15 приведены схемы приборов для калориметрических измерений степени черноты разработанным методом. Измеряемый образец находился внутри изотермической камеры, температура стенок которой была намного ниже температуры образца и которая в свою очередь помещалась (для исключения потерь конвекцией и теплопроводностью) в вакуумную камеру. Медные стенки камеры, охлаждаемые жидким азотом, были выкрашены изнутри черной бархатной краской (εt,H> > 0,88 в интервале температур 77 — 300 К [190]). Образец был составлен из двух частей: нижней пластины с полостью глубиной 2,2 мм для размещения электронагревателя с двумя хромель-алюмелевыми термопарами и плоской крышки с четырьмя отверстиями под плоские головки винтов, устанавливаемых заподлицо.

Рис. 4.4.15. Поперечное сечение терморадиометра Петти [ 189].
1 — нагреватель; 2 — обратная сторона образца.

 Нагреватель и внутренняя сторона каждого образца были выкрашены термостойкой краской (εt,H≥0,8 в интервале температур 250 - 3000° С [191]), чтобы свести к минимуму теплообмен излучением между нагревателем и образцом.
Садлер и др. [192] разработали терморадиометр для измерения интегральной полусферической степени черноты, который был использован фирмой "Грумман эйркрафт энжиниринг". Этот прибор, основанный на принципе экранирующего нагревателя, показан на рис. 4.4.16 и 4.4.17.

Рис. 4.4.16. Поперечное сечение терморадиометра, разработанного Садлером и др. [192].
1-экранирующий нагреватель; 2-нихромовая проволока; 3—образец; 4 - плоский нагреватель; 5 — стекловолокно; 6-пленка из майлара с алюминиевым покрытием.

Рис. 4.4.17. Терморадиометр под вакуумным колпаком [192].
1 — подставка из стекловолокна; 2 — терморадиометр; 3 — черная эпоксидная краска; 4 — вакуумная камера; 5 — жидкий азот, охлаждающий стенки.

С помощью экранирующего нагревателя для образца и его нагревателя обеспечивалась изотермическая среда, так что тепло терялось только излучением с поверхности образца на холодную стенку вакуумной камеры. Массивная чашка экранирующего нагревателя из алюминия предотвращала появление температурного градиента вдоль своей внутренней поверхности, а нагреватель образца опирался на стержни из стекловолокна, чтобы влияние теплопроводности было минимальным. Тонкий слой силиконового масла обеспечивал хороший тепловой контакт между образцом и нагревателем. Нагревательные элементы нагревателя образца и экранирующего нагревателя были изготовлены из нихромовой проволоки в оплетке из нержавеющей стали. Все термоэлементы и термопары были изготовлены из калиброванной медной и константановой проволоки, что обеспечивало достаточную чувствительность в интервалах температур, при которых проводились измерения. В стационарном состоянии вся энергия, подводимая к нагревателю образца, должна отводиться излучением с поверхности образца на холодную стенку. Следовательно, при точном измерении подводимой к нагревателю образца энергии можно подсчитать количество тепла, излучаемого поверхностью исследуемого образца в оболочку. Сравнивая это количество тепла с количеством тепла, излучаемого черной поверхностью той же площади, определим полусферическую степень черноты образца. Полусферическую степень черноты можно вычислить следующим образом:
где Rs — электрическое сопротивление нагревателя образца, Is — ток, пропускаемый через нагреватель, С — константа, — температура образца и Tw - температура холодной стенки.

Рис. 4.4.1в. Схема прибора для измерений интегральной нормальной степени черноты при повышенных температурах [193].
1 — отверстие для пробки с выводами от термоэлемента и его термопар; 2 - изоляция; 3 - трубка терморадиометра с экранами (охлаждаемая водой с помощью медного змеевика); 4 - термоэлемент; 5 — охлаждаемая водой диафрагма; 6 — изоляция из алюминиевой фольги; 7 - камера для нагревания и охлаждения черного тепа; 8 - черное тело. Все размеры даны в миллиметрах.

Зерлоу [193] разработал прибор для измерения интегральной нормальной степени черноты поверхностей при повышенных температурах. Интегральная нормальная степень черноты измерялась как отношение термо-эдс. генерируемой образцом, к термо-эдс. генерируемой черным телом при тех же температуре и давлении. Чувствительный элемент был выполнен в виде хорошо экранированного радиального термоэлемента с 28 железо-константановыми спаями. Схема этого прибора представлена на рис. 4.4.18 [ 193 ]. Авторы работ [194] и [195] создали солнечный калориметр для измерения степени черноты и отношения α/ε. Действие прибора, измеряющего отношение α/ε, основано на том принципе, что тело, помещенное в вакуум, будет поглощать падающее на него излучение при своем значении поглощательной способности относительно этого излучения и будет излучать тепло при своем значении полусферической степени черноты ε. 

Рис. 4.4.20. Поперечное сечение солнечного калориметра [195].
1 — острие; 2 — полированная алюминиевая поверхность; 3 — полусферический стеклянный купол; 4 - о-образное кольцевое уплотнение; 5 - тонкие медные и константановые провода; 6 - шарнир.

На рис. 4.4.19 показана схема прибора для измерения отношения α/ε [194]. В условиях равновесия, когда устанавливается баланс между количествами энергии излучения, испускаемого и поглощаемого.
На рис. 4.4.20 показана схема недавно разработанного солнечного калориметра для измерений поглощательной способности относительно солнечного излучения и степени черноты [195]. Авторами подробно описаны расчеты этих характеристик. На рис. 4.4.21 представлены температурные зависимости поглощательной способности и степени черноты поверхности полированной меди и меди с покрытием из черного хрома. Солнечный калориметр для прямых измерений поглощательной способности и степени черноты разработан также авторами работы [196]. Их прибор очень напоминает прибор, описанный в работе [ 195]. Внутри камеры поддерживается комнатная температурами датчик теплового потока помешается между образцом и нагретым черным телом.

Рис. 4.4.21. Температурные зависимости поглощательной способности относительно солнечного излучения и степени черноты полированной меди (а) и черного хрома на меди (б) [195].
Δ- поглощательная способность относительно солнечного излучение, о- степень черноты.

Мак-Доналд из Льюисского научно-исследовательского центра НАСА и фирмы "Уилли" разработал переносной прибор для измерений поглощательной способности и степени черноты [197]. Прибор легко транспортируется и может быть установлен в местах размещения селективных покрытий. Кроме того, измерения можно проводить в полевых условиях, чтобы проверить деградацию и (или) стабильность покрытия до и после монтажа.
Терморадиометр фирмы "Уилли" для измерений при комнатной температуре (модель 2158) представляет собой переносной прибор с измерительной головкой, нагреваемой до 100° С, и отдельное дисплейное устройство. Головка состоит из алюминиевой эллипсоидной отражающей полости с чувствительным элементом в виде термопары, размещенным у дна эллипсоида вблизи одного из его фокусов, и с окном для измерений, расположенным вблизи другого фокуса. Показания дисплея пропорциональны разности температур чувствительного элемента и эталона. Принцип работы этого прибора основан на радиационном теплообмене между чувствительным элементом и образцом, помещенным в окне. На чувствительный элемент попадает излучение от внутренней стороны эллипсоидального отражателя и от образца. Если образец обладает высокой отражательной способностью в инфракрасной области спектра (низкой степенью черноты), температура чувствительного элемента будет мало отличаться от температуры измерительной головки, однако если образец обладает низкой отражательной способностью в инфракрасной области спектра (высокой степенью черноты), то температура чувствительного элемента будет ниже температуры измерительной головки.

Рис. 4.4.22. Схема терморадиометра фирмы "Уилли" для измерений при комнатной температуре [199].
1 — окно для измерений; 2 - алюминиевый отражатель; 3 - чувствительный элемент - термопара.

На рис. 4.4.22 показана схема терморадиометра фирмы "Уилли" для измерений при комнатной температуре. В приборе Мак-Доналда [ 197 ] вместо эллипсоидального отражателя использован параболический отражатель диаметром 5 см. Чувствительный элемент из тонкой фольги располагался в фокусе параболы параллельно ее оси. Этот элемент нагревается излучением, теплопроводностью и конвекцией. Нагрев вследствие теплопроводности оказывается малым, поскольку чувствительный элемент поддерживается только тонкими термопарными проволочками. Для уменьшения конвективного нагрева фольги сечение раскрытия отражателя можно перекрыть тонкой пластмассовой пленкой.

Рис. 4.4.23. Схема терморадиометра Мак-Доналда [197]
1 - исследуемая поверхность (обогреваемая); 2 - измерительный прибор; 3 - чувствительный элемент (окрашенная в черный цвет фольга с термопарой); 4 — отражатель; 5 — термопара.

Рис. 4.4.24. Оптическая схема фурье-спектрофотометра модели "Уилли 318S" [199].
а- схема прибора; б —ход лучей в приборе; 1 - гелиево-неоновый измерительный лазер; 2 — сканирующее зеркало; 3 — неподвижное зеркало; 4 — источник; 5 — зеркало; 5 — отражатель; 7 — светоделительное зеркало; 8 — коллиматор; 9 — приемник лазерного излучения; 10 — чувствительный элемент; 11 — фокусирующие зеркала; 12 — модулятор.

Однако это приводит к ослаблению интенсивности сигнала из-за поглощения пластмассовой пленкой инфракрасного излучения и, следовательно, к уменьшению чувствительности прибора. Схема терморадиометра Мак-Доналда представлена на рис. 4.4.23. При градуировке в качестве интенсивно излучающего эталона используется черная краска марки 3М "Некстел блэк" (ε= 0,95), а в качестве слабо излучающего - алюминиевая фольга (ε= 0,06).
Таблица 4.4.1. Методы измерения поглощательной способности

и степени черноты поверхности

Описанные выше терморадиометры являются приборами, с помощью которых можно определить степень черноты путем сравнительных измерений количеств энергии излучения, испускаемого двумя образцами, степень черноты одного из которых известна, а другого - неизвестна. Следовательно, точность полученных результатов зависит от того, с какой точностью известна степень черноты эталона. В продаже имеется фурье-спектрофотометр типа "Уилли 318S " [198, 199]. Этим прибором можно быстро измерять нормальную отражательную способность и полусферическую степень черноты. Оптическая схема прибора представлена на рис. 4.4.24. Продолжение табл. 4.4.1.

Источником излучения является глобар Нернста с нагревательной спиралью из платины, встроенной в цепь с автоматическим включением. В приборе используется такой же спектральный модулятор, как в интерферометре Майкельсона, поэтому для каждой длины волны требуется подбирать свою частоту модуляции. При измерении нормальной составляющей диффузной отражательной способности образец и эталон размещают каждый в своем окне. В качестве эталонов используют зеркально отражающие поверхности золота и алюминия и диффузно отражающие поверхности золота. С помощью этого прибора можно измерить нормальную отражательную способность и, следовательно, Нормальную степень черноты (ε = 1 - r). По спектру излучения черного тела при некоторой температуре определяют спектральную степень черноты, которую затем интегрируют и таким образом находят относительную направленную степень черноты. Для прибора модели "Уилли 318 S " разработан специальный метод определения полусферической степени черноты, при котором осуществляется облучение образца из полусферы и измерение отраженного в полусферу излучения. Обычно на пути отраженных от образца и эталона лучей ставят диффузно отражающие зеркала с таким же, как у интегрирующей сферы, покрытием. Измеряют три спектра: 1) спектр после отражения от образца, 2) спектр источника, 3) спектр зеркальной составляющей после отражения от такого же, как у сферы, диффузно рассеивающего покрытия. Имея эти три спектра и размеры сферы и окон, можно рассчитать отражательную способность стенок сферы и полусферическую отражательную способность образца. С помощью спектрофотометра "Уилли 318 S" удобно измерять отражательную способность большинства материалов или степень их черноты при комнатной и даже при повышенной температуре. В табл. 4.4.1 сравниваются различные методы измерения поглощательной способности относительно солнечного излучения и степени черноты.