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計算紫外線照射時間 — 由目標劑量與輻照度求得時間

當所需的紫外線劑量已確定,且已知設備的輻照度時,僅剩一個未知量:需要照射多長時間。本計算工具正是為此而設計。它以 mJ/cm² 為單位輸入目標劑量,並以 mW/cm² 為單位輸入量測到的輻照度,然後回傳所需時間,單位為秒,並同時以分:秒的形式顯示。

這是設定紫外線製程時最常見的計算。黏著劑供應商會指定劑量,燈管的技術資料表或量測結果則提供輻照度──而您要找的正是週期時間。同樣的計算也能顯示某製程是否符合預期的週期時間:若輻照度過低,所需時間將變得不切實際,此時您需要更強的光源或縮短工作距離。

此結果適用於在工件所在位置、於整段期間內保持恆定的輻照度。若工件通過光源移動,重要的不是週期時間,而是工件在照射區域內的停留時間。唯有透過使用已校正儀器進行的量測──由 Opsytec 在自有實驗室製造並校正──設計方案才具有實際效力。

反向計算──由時間與輻照度求得劑量──請參閱紫外線劑量計算工具;所有十二種輻射度量計算工具皆彙整於輻射度量計算工具中。

此計算僅供技術參考。其適用於在量測位置照射時間內保持恆定的輻照度,並未考量暖機、老化或光譜匹配等因素。製程放行必須以已校正之量測儀器在實際條件下進行驗證。

基本原理

照射時間可由劑量方程式 H = E · t 推導而得:t = H / E。輸入目標劑量 H(單位為 mJ/cm²)與輻照度 E(單位為 mW/cm²),即可直接得出以秒為單位的 t —— 因為 mJ = mW · s,單位會互相抵消。以 SI 單位表示時,則是 H(單位為 J/m²)除以 E(單位為 W/m²)。計算器同時會以 min:s(分:秒)的格式顯示時間,因為生產週期時間通常是以此方式表示。

塗層需要 500 mJ/cm² 的劑量,設備在工件處量測到的輻照度為 50 mW/cm²。t = 500 mJ/cm² ÷ 50 mW/cm² = 10 s。若加大工作距離使輻照度減半至 25 mW/cm²,則時間將加倍至 20 s。

對於移動式製程,您需要的是照射區內的停留時間,而非週期時間 — 將照射長度除以輸送帶速度即可。對於脈衝光源,請輸入平均輻照度,而非峰值輻照度。此外,如同劑量計算器一樣:若光源的光譜與光起始劑或測試任務不匹配,紙上計算出的充足時間並不能保證任何結果。

常見問題

目標劑量除以輻照度:t = H / E。在目標劑量為 500 mJ/cm² 及輻照度為 50 mW/cm² 的情況下,即為 10 s。兩個數值必須參照相同的光譜範圍。

應使用工件位置的實測值。規格表數值適用於特定距離及全新燈管;一旦安裝完成,由於距離、污染及老化等因素,實際數值通常會明顯偏低。

因為輻照度在整個範圍內會有所變化。計算出的時間適用於所輸入的數值;在輻照度較低的位置,達到劑量的時間會較晚。為求安全的設計,請使用工作範圍內的最低數值。

透過維護係數:以更換週期結束時的輻照度進行設計,而非以全新燈管的輻照度為基準。紫外線燈管與紫外線 LED 衰減程度的說明,請參閱紫外線光源與使用壽命。

只能間接適用。在該情況下,決定性因素是照射區內的停留時間,也就是照射長度除以皮帶速度。量測實務說明於輸送帶系統的紫外線量測。

有三種方法:縮短工作距離、使用更強或增加額外的光源,或選用光譜更匹配的光源。關於距離與配置如何影響效果,可透過 UV LED simulation 進行探索。

作者:Dr. Mark Paravia

Dr.-Ing. Mark Paravia 為位於 Ettlingen 的 Opsytec Dr. Gröbel GmbH 之總經理,並負責領導其通過認證的校正實驗室。在 KIT 照明技術研究所完成脈衝氙氣激發準分子放電之研究後,他目前專注於光學輻射量測技術。他同時擔任 DIN 標準委員會 FNL 7「光學輻射」之副主席,並為 DVGW 紫外線消毒專案小組之成員。