Dawka UV to iloczyn natężenia napromienienia i czasu ekspozycji. Odpowiada ona na pytanie, ile energii promienistej powierzchnia rzeczywiście otrzymała podczas procesu – przy utwardzaniu kleju, dezynfekcji powierzchni czy podczas testu starzenia. Ten kalkulator przyjmuje zmierzone natężenie napromienienia w mW/cm² oraz czas w sekundach i zwraca dawkę w mJ/cm² i J/cm².
Jego wartość tkwi w planowaniu: zanim linia zostanie skonfigurowana, można oszacować czas ekspozycji potrzebny do uzyskania wymaganej dawki oraz sprawdzić, czy dostępne źródło jest w stanie ją zapewnić. Można również sprawdzić, czy dwie instalacje o różnym natężeniu napromienienia dają taką samą dawkę.
Obliczenie zakłada, że natężenie napromienienia pozostaje stałe przez cały czas ekspozycji i zostało zmierzone w miejscu położenia obrabianego elementu. Dawka staje się wiążąca dopiero po pomiarze za pomocą wzorcowanego radiometru lub dozymetru w rzeczywistych warunkach procesu – Opsytec produkuje i wzorcuje te przyrządy we własnym laboratorium.
Jeśli potrzebują Państwo innych przeliczeń radiometrycznych, zostały one zebrane w kalkulatorze radiometrycznym; jeśli chcą Państwo zmierzyć dawkę, a nie ją obliczyć, zapoznaj się z prawidłowym pomiarem dawki UV i natężenia napromienienia.
Niniejsze obliczenie ma charakter orientacji technicznej. Zakłada ono natężenie napromienienia, które pozostaje stałe w czasie ekspozycji w miejscu pomiaru, i nie zawiera żadnego stwierdzenia dotyczącego osiągniętego efektu. Zwolnienia procesów oraz oceny związane z bezpieczeństwem muszą zostać zweryfikowane za pomocą odpowiednich, wzorcowanych pomiarów w rzeczywistych warunkach.
Podstawy
Napromienienie — powszechnie nazywane dawką UV — jest całką natężenia napromienienia po czasie. Przy stałym natężeniu napromienienia upraszcza się to do postaci H = E · t, gdzie E oznacza natężenie napromienienia, t czas, a H dawkę. Podanie E w mW/cm² i t w sekundach daje H w mJ/cm². W jednostkach SI 1 mW/cm² odpowiada dokładnie 10 W/m², a 1 mJ/cm² odpowiada dokładnie 10 J/m². Kalkulator działa wewnętrznie w jednostkach SI i zaokrągla jedynie wynik.
Spoina klejowa jest poddawana działaniu 50 mW/cm² przez dziesięć sekund. H = 50 mW/cm² · 10 s = 500 mJ/cm² = 0,5 J/cm² = 5000 J/m². I odwrotnie, docelowa dawka 500 mJ/cm² przy 50 mW/cm² wymaga 10 s.
Jeśli natężenie napromienienia zmienia się w trakcie procesu — ponieważ przedmiot obrabiany przemieszcza się względem źródła, lampa się nagrzewa lub starzeje — iloczyn E · t jest jedynie przybliżeniem; liczy się całka w czasie, którą dozymetr mierzy bezpośrednio. Dawka jest również wielkością czysto energetyczną: nie mówi nic o tym, czy długość fali odpowiada fotoinicjatorowi, organizmowi czy normie badawczej. Dwa procesy o tej samej dawce, lecz różnych widmach, mogą dawać zupełnie odmienne wyniki.
Najczęściej zadawane pytania
Dawka UV to energia promieniowania odbierana na jednostkę powierzchni. W praktyce podaje się ją zwykle w mJ/cm², w jednostkach SI w J/m². 1 mJ/cm² odpowiada 10 J/m². Poprawnym określeniem jest napromienienie; „dawka" to utrwalony skrót myślowy.
Przez współczynnik 10: 1 mJ/cm² = 10 J/m². Zatem 500 mJ/cm² to 5000 J/m² lub 0,5 J/cm².
Arytmetycznie daje to taką samą dawkę. Czy daje to również taki sam efekt, to inna sprawa — wymaga to zachowania prawa wzajemności. W przypadku utwardzania UV prawo to może zawieść przy bardzo wysokim natężeniu napromienienia, ponieważ fotoinicjator ulega lokalnemu zużyciu lub inhibicja tlenowa zachowuje się inaczej. W razie wątpliwości należy przetestować wariant procesu, a nie tylko dawkę.
Zwykłe przyczyny: natężenie napromienienia zmierzono w innej odległości lub pozycji niż ta, w której znajduje się przedmiot obrabiany; lampa była nagrzana podczas pomiaru, ale nie podczas procesu; lub czujnik ocenia inny zakres widmowy niż ten, który emituje źródło.
Do bezpiecznego projektu należy przyjąć najniższą wartość w obrębie obszaru roboczego — to ona określa, gdzie wymagana dawka zostanie osiągnięta jako ostatnia. To, jak silnie natężenie napromienienia zmienia się w obrębie powierzchni, pokazuje symulacja UV LED lub seria pomiarów radiometrem.
Tak. Dawka bez podania ocenianego zakresu widmowego nie jest porównywalna. Typowy zapis brzmi „1000 mJ/cm² UV-A (315–400 nm)". To, jaki zakres jest mierzony, zależy od czujnika — patrz wyszukiwarka czujników UV.
Za pomocą przejezdnego dozymetru, który integruje wartość na przejeździe, lub za pomocą stałe zainstalowanego czujnika, który stale monitoruje natężenie napromienienia. Oba sposoby są opisane w prawidłowym pomiarze dawki UV i natężenia napromienienia.
Autor: dr inż. Mark Paravia
Dr inż. Mark Paravia jest dyrektorem zarządzającym Opsytec Dr. Gröbel GmbH w Ettlingen i kieruje akredytowanym laboratorium wzorcującym. Po badaniach nad impulsowymi wyładowaniami eksymerowymi w ksenonie w Instytucie Techniki Świetlnej KIT, obecnie skupia się na technice pomiarowej promieniowania optycznego. Jest wiceprzewodniczącym Komitetu Normalizacyjnego DIN FNL 7 „Promieniowanie optyczne" oraz członkiem Grupy Projektowej DVGW ds. Dezynfekcji UV.
