对于那些涉及紫外线过程的人来说，紫外线测量和过程控制是一个重要的课题。度量可以回答一些关键问题，比如“我们如何知道进程是否正常运行?””“我们如何解决问题?”“首先我们是如何建立我们的生产流程的?或者“我们如何维护已经建立的流程?”了解紫外线测量有助于解决这类问题。这些都是现有的关于紫外线测量的信息已经解决的问题。
但对于配方师和原材料供应商来说，这些问题是不同的，因为他们还需要考虑如何为客户制定UV规范，如何优化和沟通其固化规范，以及如何在该领域复制和应用这些规范。
虽然终端用户经常关心相对紫外线测量(我今天的紫外线水平与昨天不同吗?我可以进行生产吗?)，供应商通常需要以绝对数字表示UV测量。对于特定的产品和应用，这些条件和范围是我们确定的出发点，以获得“充分的治疗”。虽然制造商开发一种适合自己生产环境的独特语言可能已经足够了，但供应商需要使用一种更通用的语言，以便任何客户都能清楚地理解和实施信息，并与整个供应链进行沟通
目标是清晰、有意义和有用的沟通。通常，清晰、有意义和有用的信息的发布与公式的专有性质是不一致的。我们希望配方师，也许在个人基础上，可以与他们的客户合作，为他们提供成功所需的信息。配方师必须向客户提供足够的初始信息，使客户能够在其工厂重现实验室固化条件。但为了做到这一点，双方都应该了解充分描述和重复这个过程所需的信息。在进行这些测量时，了解可能扭曲或混淆这些测量的微妙因素也很有帮助，以便采取适当的小心措施。
本文针对的是紫外线设备和化学品的供应商，当然也对制造商有用。事实上，正如某知名男装制造商的广告所说:“受过良好教育的消费者是我们最好的顾客。”对于供应商来说，供应链上的每个人越能理解并说同一种语言，事情就可能越顺利。作为清晰沟通的一个好处，配方师可能也会注意到，“你的产品不能治愈”的可怕电话减少了。
紫外线测量基础
我们首先回顾了紫外测量列表顶部的三个基本参数:波长，辐照度和能量密度。波长
辐射只不过是(电磁)能量从一点移动到另一点。当灯泡亮着的时候，就有可见的辐射。红外辐射是存在的，当烤箱肉鸡打开。当紫外线源打开时，就会有紫外线辐射。紫外线的特征是在电磁波谱的一部分中发射能量，顾名思义，“ultra”(拉丁语为超越)紫色。紫光，在可见光的极端端，具有最短的波长，接近400纳米。紫外线在紫色的末端出现，波长从10纳米到400纳米。低于约200nm的紫外线主要存在于真空中，对工业应用不是特别有用。我们认为“工业”紫外线的范围是200纳米到400纳米。电磁波谱的这一区域没有颜色等价的名称，如“绿色”或“橙色”，我们通常用ISO-DIS-21348中的字母(UVA, UVB, UVC)来指代UV颜色。 Individual spectral peaks are sometimes referred to in nanometers. Common UV bands and their ranges include: UVA 400 - 315 nm; UVB 315 – 280 nm; and UVC 280 – 200 nm.
短于200nm的UV波长有时被称为真空UV (VUV)，而长于UV-可见边界的波长有时被称为UVV。不要混淆这两个术语。
从实际的角度来看，紫外线源，特别是广谱灯，如中压汞灯和添加了铁或镓等添加剂的灯，其峰值都位于这些不同的区域。图1是一个典型的紫外灯的光谱。配方剂通常选择与光包(光引发剂、敏化剂、稳定剂和其他材料)的紫外线吸收特性相匹配的光源。188金宝搏bet官网这些材料有自188金宝搏bet官网己的吸收光谱，必须与计划的紫外源一致，以提供一个可行的系统。
在理想的情况下，紫外线源将根据配方要求来选择。在现实世界中，配方师通常需要使用客户已经拥有或计划用于特定配方的现有UV源。
从紫外源测量几纳米的单个波长需要一种称为光谱仪或光谱辐射计的复杂仪器。由于光谱辐射计可以测量单个峰值，因此可以作为光学元件或新型灯泡的研发工具。对于配方商和最终用户来说，UV源的输出光谱是众所周知的。在生产环境中，使用光谱辐射计进行详细的光谱测量通常是不实际的。在更宽的“波段”上测量紫外线辐射的更简单的设备更常见、负担得起、实用且更容易使用。
简单来说，强度就是紫外线源的输出能量。把紫外线光源想象成餐厅的吊灯。当调光器打开时，应用更大的功率，可见光输出增加。我们也可以通过打开“调光器”来增加紫外线输出。就像可见的灯泡一样，一些紫外线源有能力产生比其他紫外线源更高的强度。当施加更大的功率时，紫外线源通常表现相同，产生更多的紫外线。功率翻倍并不意味着UV输出也会翻倍。紫外线源是根据施加在光源上的功率来分类的。一个300瓦/英寸的灯泡每英寸有300瓦的电能。一个300瓦/英寸的系统，使用一个10英寸的灯泡，将有3000瓦的应用功率，一个300瓦/英寸的系统，使用一个20英寸的灯泡，将有6000瓦的应用功率。
施加的功率并不表示(a)紫外线的数量和类型，(b)紫外线是否与特定配方匹配，或(c)有多少紫外线到达固化表面。到达固化表面的紫外线量称为辐照度。平方厘米是用来跟踪从各个角度到达的紫外线的面积，它通常是由直接测量确定的。理论上，我们总是喜欢在固化面上测量。在实验室中，这通常比在现实世界的工艺设备上进行测量更容易。
在现实世界中，强度和辐照度这两个术语有时可以互换使用，但从科学的角度来看，辐照度是紫外线到达特定(固化)表面的面积，在我们的例子中是一平方厘米(cm2)。
测量辐照度的方式和地点很重要。许多紫外线灯都有反射器来聚焦或扩散紫外线能量。UV输出可能会根据这些反射器的几何形状以及灯的能量是否集中到一个区域(聚焦)或是否扩散(非聚焦)而变化，并且通常也会在电极灯的末端显著下降。如果我们想象在紫外线灯附近的空间里移动一个“测光表”，指针会随着我们移动测光表而跳动。由于这种变化，记录我们测量的最大值可能是最有信息量的;这个“峰值辐照度”是一个值，它传达了一些有意义的信息，否则很难交流。峰值辐照度，通常是在距离光源一定距离处测量的，因此是灯输出的常用表达式。
正如你所想象的那样，回想起吊灯的类比，有许多因素会影响峰值强度和辐照度:灯的输出(调光器控制的“调高”有多高)，到灯的距离，以及入射光照射仪表的角度。
图3描述了一个简单的场景，其中灯的输出保持在一个恒定的水平，仪表从位置1移动到位置2，然后是位置3和4;仪表反应适当。当它移动到光源的直接路径时，仪表上升，然后当它移动到另一边时，仪表再次下降。随着位置2到3的距离增加，它也会下降。我们知道，当我们远离光源时，测量到的辐照度减小。辐照度随距离的平方而减小;将测量点移动两倍远，我们将期望辐照度降低1/4(22= 4，因此功率降低1/4)。
辐照度测量，以及更常见的峰值辐照度，通常以瓦/平方厘米或兆瓦/平方厘米为单位表示。典型的工业紫外线源输出低于100 mW/cm2的UVA到超过5000 mW/cm2 (5 W/cm2)的UVA。
辐照度通常被视为紫外光固化背后的“冲力”。辐照度(假设适当的波长)提供了所需的能量来穿透较厚的涂层薄膜，以达到充分的固化深度。虽然在某些应用中，辐照度不足会妨碍完全固化，但在许多应用中，辐照度和能量密度共同作用可提供最佳固化剖面。
紫外线能量密度
能量密度因素中有时间因素对紫外线曝光的影响。一瓦特一秒等于一焦耳。能量密度以焦耳(或mJ)每平方厘米表示。在理想的情况下，被固化的产品将暴露在一个“正方形”或恒定的辐照水平的紫外线下。在打开UV光源的情况下，产品是静态的，快门在设定的时间内打开和关闭，近似于“方形”曝光轮廓。如果知道辐照度和曝光时间，就可以近似地计算出能量密度。表面暴露在峰值辐照度为750 mW/cm2的“方形”UV源下3秒，能量密度读数为3 x 750或2250 mJ/cm2 (2.25 J/cm2)。现实世界中的大多数曝光都不是“方形”曝光。要么产品在灯下移动，要么灯在产品上方移动。随着辐照度的变化，我们必须依靠辐射计来测量曝光量，然后计算总能量密度。
能量密度对材料的总固化很重要，历史上它一直是配方师与最终用户共享的最常见的“UV值”。它并不总是能说明全部情况。
注意“D”(剂量)一词:在现实世界中，“剂量”一词经常用来代替“能量密度”或“辐射能密度”。在UV固化领域，能量密度是一个更好的术语，但要注意客户可能使用任何一个术语。作为一家公司，决定你将使用什么，并与你的术语保持一致。在本文中，我们一直试图坚持使用能量密度。
要了解辐照度和能量密度的不同，以及它们在紫外线固化中的各自作用，请考虑烹饪一些微波爆米花的例子。我们的Orville Reddenbacker®的包装袋上的说明可能建议我们在高温下微波3分钟。如果我们把微波炉的功率调到最低，爆米花还要多久才能煮好?也许不会。为什么?要使玉米爆裂，微波强度(辐照度)需要超过一定的阈值。这在做爆米花(以及烤蛋糕或烤感恩节火鸡)时很常见。在烤火鸡时，把烤箱调到1500ºF而不是375ºF也不能确保火鸡在短时间内变成金黄色。因此，增加辐照度的有益效果也有限度。然而，从吃爆米花的经历中我们知道，时间在这个过程中也起着至关重要的作用。 Turn off the microwave too early and there are likely to be a cluster of un-popped kernels on the bottom of the bag. We cannot assume that while there is a direct and linear relationship between the mathematics of irradiance and energy density that this means that materials will cure proportionately. While this may hold true for a narrow process window, it is likely to break down at extremes.
确定在实验室的紫外线源下固化特定配方和应用需要多少焦耳。再取一份样品，将其置于室外太阳下，进行同等焦耳的曝晒。由于紫外线辐照度要低得多，样品在太阳下的性质可能会有所不同。
总之，由于波长是由所选的灯的类型决定的(而不是一个通用的测量要求)，指定最佳峰值辐照度(W/cm2)和能量密度(J/cm2)仍然是生产完美的紫外线火鸡或爆米花所需的两个关键配方变量。也就是说，有许多因素会影响这些测量，并引入潜在的误差来源。
辐照度测量-了解您的仪器
了解您的紫外线仪器及其正确使用和限制将有助于您和您的客户更好地理解其读数。存在哪些因素会导致潜在的混淆和测量误差?这些因素是由于仪器的限制、客户的误用还是不切实际的期望造成的?其中一些因素是由紫外线测量设备的限制引起的，还有一些是由测量程序引起的，但在任何情况下，意识到这些问题可以避免记录或报告不正确或误导性的数据。带通滤波与衰减
在工程探测器电路中，工程师通常使用带通滤波器来防止多余的信号干扰所需波段的测量，并最大限度地提高这些电路的灵敏度。带通滤波的一个日常例子是在电话和其他音频设备的电路中。为了获得最佳的人类听力，电话可以从200到20,000赫兹(赫兹)循环播放声音。这和紫外线有什么关系?由于紫外光谱较宽，可以方便地按波段细分测量;UVA, UVB, UVC和可见UVV。这种划分使得在每个波段内获得更精确的测量成为可能。但问题是，每个“通道”都使用带通滤波器，可以衰减带极端的测量值。单个滤波器的优点是在每个波段内，灵敏度得到了提高，但缺点是无法避开带通包络的边缘。
与过滤相关的问题确实出现了。例如，在395 nm附近窄的单波长输出的UV LED光源的开发并不理想于现有的一些滤光片，因为当前滤光片的光谱响应在这个LED输出很强的区域很低。目前正在开发新的过滤器来解决这种情况。
不同厂商的带宽是不同的。每个制造商根据他们的产品/仪器设计选择光学响应组件。对于用户来说，这意味着即使在完全相同的条件下，使用不同品牌的辐射计所获得的读数也会不同。例如，一个EIT辐射计使用320 - 390 nm的滤光片测量UVA，另一个品牌使用250 - 415 nm的滤光片。这两种设备的读数会有所不同。事实上，由于制造商需要平衡光学性能和成本，不同型号甚至不同设备之间的细微差异是很常见的。光学元件的制造已经有了很大的改善，但光学元件和/或批次之间有轻微的变化仍然是正常的。消除这些微小的变化将使仪器的成本大幅上升。
余弦误差
大多数辐射计试图复制余弦响应。为什么?人们认为/假设UV固化涂料表现为余弦方式，到达90º的UV比到达45º或其他角度的UV有可能提供更多的“固化”能力。理论上，“治愈”能量的下降与入射角余弦成正比。例如，如图7所示，在45°角时，读数下降Cos(45)或最大读数的0.707倍。这个余弦分量是一个理想的条件，辐射计的光学试图匹配这个响应。
光学的动态范围/日光灯
用卡车称新生婴儿的体重不会很准确，因为卡车称的重量要大得多。一定要选择合适刻度的辐射计进行测量。在低强度(功率)源上使用用于高(功率)强度测量的仪器将产生与卡车秤示例相同的结果。将专为低(功率)强度源设计的仪器用于高(功率)强度源，很可能会损坏仪器。
辐射计依靠小型电子探测器进行测量和一些光学元件来调节入射的紫外线能量。仪器需要在到达探测器的紫外线量之间保持平衡。探测器需要足够的紫外线才能产生适当的信号，但过多的紫外线有可能通过日晒过程损坏光学器件。一些组件，如果持续暴露在高水平的紫外线下，会随着时间的推移而恶化或“日晒”。日晒通常会改变材料的透射特性，并随着时间的推移衰减或减少紫外线测量，从而影响准确的测量。188金宝搏bet官网虽然选择优质材料可以最大限度地减少日晒过程，但不幸的是，这往往是不可避免的。188金宝搏bet官网定期校准可以弥补微小的变化，从长远来看，一些光学元件可能需要更换。
温度
过程热量是不必要的，但往往不可避免的，紫外线固化的副产品。许多UV灯在光谱的长波红外和对流部分辐射更多的能量，而不是在UV区域。虽然紫外线辐射计可能不会测量这种能量，但它们可能会受到它的影响，而且过程中的热量可能会在不知不觉中引入紫外线测量误差，特别是在长时间暴露在非常高功率的电源下。检查你的供应商，看看他们仪器上的探测器如何反应。许多探测器的响应会使读数略有下降。
极端温度甚至会损坏一些仪器;一般来说，“如果它太热而无法触摸，那么它也太热而无法测量。”有些辐射计可以方便地显示内部温度，以便记录在实验室笔记本上，如果内部温度超过建议的工作温度(例如65ºC)，还可以发出内部警报。
撰写UV规范
对供应商来说，良好测量规范最常见和最重要的用途之一是制定固化规范。希望前面的讨论对好的规范中什么是重要的有所启发。波长、辐照度和能量密度对过程都很重要，应该是精心设计的规范的一部分。虽然经常需要保护专有信息，但固化规范应被视为一种沟通工具，并作为客户优化其工艺的起点。
仅仅描述UV源是不够的，因为光源输出可以(并且确实)随着时间的推移而变化，并且因为不是所有的客户都会选择使用指定的光源。因此，虽然测试可以用300w / H熔合灯或200w /铁添加剂灯进行，但此描述不能替代规范。
以下是一些UV规格的例子。
融合600w /in灯
这是一个糟糕的描述。这里的信息太少，什么都做不了。600w /in是进入这盏灯的功率的测量，并没有给出任何关于这部分紫外线的信息。哪个波长?H、V、D灯?能量密度呢?
400w /in汞弧灯5秒
这稍微好一点，但是关于光源的信息仍然比关于紫外线到达零件的信息更多。我们想要看到的是一些辐照度或剂量测量信息。
600年乔丹/平方厘米
更好的再一次;至少现在有了一些测量信息。但是很多重要的数据仍然被遗漏了，例如在什么波长?
UVA为600 mJ/cm2
一个很好的规范。只要我们知道使用什么测量工具，这里就足够复制这个规格了。
600 mJ/cm2 UVA (EIT 320-390)
一个更好的规格。我们可以知道测量这些数据用的是哪种辐射计。
UVA (EIT 320-390)
最好的有一套完整的信息来帮助确保正确的治疗以及如何在现场复制实验室条件。
对于某些涂层工艺，需要两盏灯来实现表面和穿透固化的完全固化。这应该用适当的数据和固化信息来描述。在所有情况下，诸如UV灯泡类型、涂层厚度和应用数据等附加信息将帮助客户了解您的意图，并提供更完整的指南，帮助他们建立和维护适当的工艺。这种事先的沟通有助于在今后的道路上消除代价高昂的指责错误。
总结
最终用户依靠UV测量来监控他们的过程，并在出现问题时进行故障排除。但是供应商通常需要帮助建立这些规范。与任何规范过程一样，清晰的沟通对于确保信息的接收者清楚地理解提供者的意图是至关重要的。在这种程度上，需要一个包含复制流程所需的基本元素的规范。我们已经看到，紫外线测量包括与波长、辐照度(通常是峰值辐照度)和能量密度(剂量)相关的描述。在第一部分中，我们研究了一些可以影响辐照度测量的因素，如滤波、日晒和余弦误差。第二部分将研究影响能量密度的一些因素，反射器如何影响测量，以及如何为实验室工作选择辐射计。
欲了解更多信息，请联系pmillsoh@aol.com或查看www.uvrobtics.com。
