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计算紫外曝光时间——根据目标剂量和辐照度得出时间

确定所需紫外剂量并已知装置的辐照度后,仅剩一个未知量:需要照射多长时间。本计算器正是用于解答这一问题。它以 mJ/cm² 为单位的目标剂量和以 mW/cm² 为单位的实测辐照度为输入,给出所需时间(以秒为单位,并同时以分:秒的形式显示)。

这是设置紫外工艺时最常见的计算。胶粘剂供应商给出剂量要求,灯具数据表或实测结果给出辐照度,而您要找的正是节拍时间。同样的计算还可用来判断某一工艺是否能满足预期的节拍时间:如果辐照度过低,所需时间会变得不切实际,此时就需要更强的光源或缩短工作距离。

该结果适用于在工件所在位置、整个照射期间保持恒定的辐照度。如果工件从光源下方经过,起决定作用的不是节拍时间,而是在辐照区域内的停留时间。只有通过使用已校准仪器进行实测——由 Opsytec 在自有实验室制造并校准——设计方案才具有约束力。

反向计算——由时间和辐照度求剂量——请见紫外剂量计算器;全部十二种辐射度量计算器均收录于辐射度量计算器中。

此计算仅供技术参考。它适用于测量位置处在整个照射时间内保持恒定的辐照度,未考虑预热、老化或光谱匹配因素。工艺放行必须通过在实际条件下进行的已校准测量加以验证。

基础知识

辐照时间可由剂量公式 H = E · t 变形得出:t = H / E。输入目标剂量 H(单位 mJ/cm²)和辐照度 E(单位 mW/cm²),即可直接得到以秒为单位的 t——因为 mJ = mW · s,单位可以相互抵消。若采用 SI 单位,则为 H(单位 J/m²)除以 E(单位 W/m²)。该计算器还会以分:秒的形式给出时间,因为生产周期时间通常以这种方式表示。

某涂层需要500 mJ/cm²,该装置在工件处测得的辐照度为50 mW/cm²。t = 500 mJ/cm² ÷ 50 mW/cm² = 10 s。若增大工作距离使辐照度减半至25 mW/cm²,则时间将加倍至20 s。

对于移动工艺,您需要的是辐照区内的停留时间,而非循环时间——用辐照长度除以传送带速度即可得出。对于脉冲光源,应输入平均辐照度,而非峰值辐照度。与剂量计算器的情况相同:如果光源的光谱与光引发剂或测试任务不匹配,即使纸面上的时间充足,也不能保证任何效果。

常见问题

目标剂量除以辐照度:t = H / E。当目标剂量为500 mJ/cm²、辐照度为50 mW/cm²时,曝光时间为10 s。两个数值必须对应同一光谱范围。

应使用工件位置处的实测数值。数据表数值适用于规定距离和全新灯管;实际安装后,由于距离、污染和老化等因素,实际数值往往会明显偏低。

因为辐照度在整个区域内并不均匀。计算出的时间仅适用于所输入的数值;在辐照度较低的位置,达到该剂量所需的时间会更长。为确保设计安全,请使用工作区域内的最低数值进行计算。

通过维护系数:应基于更换周期结束时的辐照度进行设计,而非新灯管的辐照度。关于紫外光源和紫外LED的衰减程度,请参见紫外光源与寿命。

只是间接适用。在此情况下,起决定作用的是辐照区内的停留时间,即辐照长度除以传送带速度。测量方法请参见传送系统的紫外测量。

有三种调整方式:缩短工作距离、使用更强或增加光源,或选用光谱匹配度更好的光源。距离和布局的具体影响,可以在紫外LED仿真中进行探索。

作者:Dr. Mark Paravia

Dr.-Ing. Mark Paravia是位于埃特林根的Opsytec Dr. Gröbel GmbH的总经理,并负责管理该公司通过认可的校准实验室。在KIT照明技术研究所从事脉冲氙准分子放电研究之后,他目前的研究重点是光学辐射测量技术。他担任DIN标准委员会FNL 7"光学辐射"分委会副主席,并且是DVGW紫外线消毒项目组的成员。