UV dozu ve irradyansın doğru ölçülmesi
Irradyans ve UV dozu, bir UV prosesinin farklı özelliklerini tanımlar. Irradyans, birim alana düşen anlık ışınım gücüdür; doz -normlar terminolojisinde ışınım maruziyeti (radyan poz)- ise bunun zaman üzerinden integralidir. Güvenilir sonuçlar için spektral aralığın, ölçüm aralığının, kalibrasyon kaynağının, ölçüm mesafesinin ve ölçüm geometrisinin uygulamaya uygun olması gerekir. Hareketli proseslerde ışınlamanın zaman profili de buna eklenir.
Bu sayfa büyüklükleri sınıflandırır, ölçüm sonucu üzerindeki etkenleri belirtir ve hangi cihaz sınıfının hangi görevi çözdüğünü gösterir. Belirli cihazların seçimi, UV metreler ve radyometreler kategorisinde ele alınmaktadır.
Irradyans, ışınım maruziyeti ve doz
Irradyans E, bir yüzeye ulaşan ışınım gücüdür ve W/m² veya – UV mühendisliğinde yaygın olarak – mW/cm² birimiyle verilir. Işınım maruziyeti H, bunun zaman üzerinden integralidir ve J/m² veya mJ/cm² birimiyle verilir. Irradyansın zaman içinde sabit olduğu durumlarda H = E · t'dir; değişken olduğu durumlarda ise gerçek profilin integralinin alınması gerekir.
Uygulamada ışınım maruziyeti genellikle "doz" olarak adlandırılır. Bu terim yerleşik olmakla birlikte kesin değildir: su dezenfeksiyonunda flüens, bir hacim elemanına tüm yönlerden ulaşan ışınımı tanımlarken, fotobiyolojide doz ayrıca bir etki spektrumu ile ağırlıklandırılır. Bu nedenle tesisler, tedarikçiler veya test raporları arasında değer karşılaştırması yapan herkes, hangi büyüklüğün, hangi spektral aralığın ve hangi ölçüm geometrisinin kastedildiğini her zaman belirtmelidir.
Büyüklükler, birimler ve anlamları
| Büyüklük | Birim | Anlamı |
|---|---|---|
| Irradyans E | W/m², mW/cm² | ölçüm noktasındaki alan başına ani ışınım gücü |
| Işınım maruziyeti H ("doz") | J/m², mJ/cm² | irradyansın zaman üzerinden integrali |
| Spektral irradyans E(λ) | W/(m²·nm) | irradyansın dalga boyuna göre dağılımı |
| Fluens | J/m² | bir hacim elemanına tüm yönlerden ulaşan ışınım |
| Etkin irradyans | W/m² | bir etki spektrumuyla spektral olarak ağırlıklandırılmış, örneğin eritem açısından etkin |
| Foton akı yoğunluğu (PPFD) | µmol/(m²·s) | alan ve zaman başına foton sayısı, fotobiyolojide yaygın |
Ölçüm sonucunu ne belirler
Bir ölçüm değeri, ancak alındığı koşullar kadar güvenilirdir. Beş etken belirleyicidir:
- Spektral duyarlılık. Geniş bantlı bir radyometre, kaynağı sensörünün duyarlılık eğrisiyle değerlendirir. Kaynak spektrumu kalibrasyon kaynağından farklıysa spektral uyumsuzluk ortaya çıkar – değişen kaynaklarda sistematik olarak en büyük hata kaynağıdır.
- Ölçüm geometrisi. Geniş veya alansal bir kaynaktan gelen irradyans, kosinüs düzeltmeli giriş optikleri gerektirir. Kosinüs düzeltmesi olmadan, eğik gelen ışınım olduğundan düşük tahmin edilir.
- Ölçüm mesafesi ve düzlemi. Ölçümü, sürecin gerçekleştiği yerde – bileşen veya numune düzleminde – yapınız, serbest ışın içinde değil. Nokta ve spot kaynaklarda irradyans mesafeyle güçlü şekilde değişir.
- Kalibrasyon. Kalibrasyon, spektral aralığa, ölçüm aralığına ve mümkün olduğunca kullanılan kaynak tipine uygun olmalı ve izlenebilir şekilde belgelenmelidir.
- Ölçüm aralığı, doğrusallık ve sıcaklık. Çok yüksek irradyans, darbeli kaynaklar ve ölçüm noktasındaki yüksek sıcaklıklar, kullanılabilecek sensörleri sınırlar.
Radyometreler ve UV sensörleri için kalibrasyonlar akredite kalibrasyon laboratuvarı tarafından gerçekleştirilir; prosedür UV kalibrasyonu başlığı altında açıklanmıştır.
Statik veya proses içinde ölçüm
Sabit bir kaynak ve sabit bir parça ile bileşen düzlemindeki irradyansın statik olarak ölçülmesi yeterlidir; doz, irradyans ve ışınlama süresinden hesaplanır. Parça veya kaynak hareket etmeye başladığında, parçadaki irradyans zamana bağlı hale gelir. Bu durumda tepe irradyans, zaman profili ve bundan integre edilen doz kaydedilmelidir – lamba altında yapılan tek bir statik okuma, prosesi tanımlamaz.
Böyle bir ölçümün konveyör, baskı ve geçişli hatlarda nasıl kurulduğu Konveyör sistemleri için UV ölçümü sayfasında ele alınmaktadır.
Hangi cihaz hangi görev için uygundur
- Bilinen spektruma sahip kararlı kaynak, nokta ölçümü: spektral aralığa uygun sensöre sahip RMD Pro veya RM-12 gibi kalibre edilmiş bir geniş bant radyometre.
- Değişen kaynaklar, LED dalga boyları, yaşlandırma çalışmaları: laboratuvarda UVpad, UVpad E veya SR900 gibi spektral ölçüm yapan bir cihaz.
- Devam eden süreçte doz: iş parçasıyla birlikte hat boyunca ilerleyen curelog veya tinyTracker gibi düz loggerlar.
- Sürekli tesis izleme: uygun değerlendirme elektroniğine sahip kalıcı olarak monte edilmiş UV sensörleri.
Bu zincirlerin her biri için aynı şey geçerlidir: sensör, değerlendirme ve kalibrasyon, kanıtlanacak proses değeriyle eşleşmelidir. Ölçüm görevine göre bir seçim yardımı UV metreler kategorisinde, cihaz sınıfları arasındaki ayrım ise spektroradyometre veya geniş bant radyometre sayfasında sunulmaktadır.
Işınım yoğunluğu ve doz hakkında sıkça sorulan sorular
Bir UV sisteminde hangi büyüklük izlenmelidir?
Öncelikli olarak, prosese en yakın erişilebilir noktadaki W/m² cinsinden irradyans ve bundan türetilen, J/m² cinsinden zaman integrali olan doz izlenmelidir. Dönüştürme için: 10 W/m², 1 mW/cm²'ye karşılık gelir. Bunların yanında sensör ve kaynak sıcaklığı da yer alır. Bir proses penceresi, her iki büyüklük için de bir alt ve bir üst sınır olmak üzere iki boyutlu olarak tanımlanmalıdır. Lambanın elektriksel gücü prosesin ölçülen bir büyüklüğü değildir.
Ölçüm proseste nerede yapılır?
Prosesin fiilen gerçekleştiği parça veya numune seviyesinde yapılır – serbest ışın demetinde veya lamba gövdesinde değil. Geniş yüzeyli ve alansal kaynaklar için kosinüs düzeltmeli giriş optikleri gereklidir, aksi halde eğik gelen ışınım gereğinden az ağırlıklandırılır. Noktasal ve spot kaynaklarda irradyans mesafeyle güçlü şekilde değişir; genel kural olarak ölçüm mesafesi, yayan yüzeyin en büyük boyutunun en az 10 katı olmalıdır.
Bir UV sisteminin irradyansı güneşe kıyasla ne kadar yüksektir?
Referans, yer seviyesindeki güneştir: optimal koşullar altında yaklaşık 1.000 W/m² global radyasyon olup bunun yaklaşık 62 W/m²'si UVA ve 5,6 W/m²'si UVB'dir. Dolayısıyla 80 W/m²'lik bir UVA test kabini bu değerin 1,3 katında, 50 W/m²'lik bir UVB kabini ise dokuz katında bulunur. UV-LED sistemleri 8.000 W/m² ve üzerine ulaşır; bu da güneşin UVA'sının yaklaşık 130 katıdır. UVC'de herhangi bir karşılaştırma yapılamaz, çünkü 280 nm'nin altındaki radyasyon dünya yüzeyine ulaşmaz. Bu tür her faktörün yanında iki ek bilgi daha bulunmalıdır: ilgili olduğu spektral aralık ve ölçümün yapıldığı ölçüm düzlemi – bu ikisi olmadan söz konusu sayı doğrulanamaz.
Yazar: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia, Ettlingen'de bulunan Opsytec Dr. Gröbel GmbH'nin genel müdürüdür ve akredite kalibrasyon laboratuvarını yönetmektedir. KIT'teki Aydınlatma Teknolojisi Enstitüsü'nde darbeli ksenon eksimer deşarjları üzerine yürüttüğü araştırmaların ardından, bugünkü çalışma alanı optik radyasyon ölçümüdür. DIN standart komitesi FNL 7 "Optik radyasyon"un başkan yardımcısı ve DVGW UV dezenfeksiyonu proje grubunun üyesidir.
