实验原理

反射（英文：reflection）是指波从一个介质进入另一个介质时，在界面处其传播方向突然改变，而回到其来源的介质。而反射率是在一个界面反射中，反射波与入射波功率的比值。同理，透射是入射光经过折射穿过物体后的出射现象。透射率是在一个界面透射中，透射波与入射波功率的比值。注意这里所谓反射（透射）是指选择反（透）射，材料受到光照射后，由于其表面分子结构差异而形成选择性吸收，从而将可见光谱中某一部分波长的辐射能吸收了，而将剩余的色光反射或透射。简单来说，一种材料对不同波长的光的反射和透射能力是不同的。

对于透明材料，入射光在界面处同时发生反射和透射现象，同时材料会对部分波长的光有吸收作用。对于内壁涂层的真空管来说，入射光能量先有一小部分被玻璃反射，其余透过玻璃进入涂层后又有部分光被涂层反射，剩余被涂层吸收的光才能转化为热能传递给管中的水（或其它工质）。可见，玻璃和涂层的反射与透射率对于真空管的光热转换能力有极其重要的影响。本实验就是来学习材料反射和透射率的测量方法。

图7.1 真空管上入射太阳光的能量分配示意图

本实验采用基于光电转换感应原理的光传感器来测量光的功率，从而精确地测量出不同材料的反射、透射率和不同光源的光谱范围。仪器的感应元件采用了绕线电镀式多接点热点堆，其表面涂有高吸收率的涂层，感应元件的热接点在感应面上，而冷接点位于一起的机体内，以便直接取环境温度。为了防止热接点单方向通过玻璃罩与环境进行热交换影响测量精度，采用了两层玻璃罩。当有光波通过反射片反射过来的时候，接受仪的冷热接点就会产生温差即产生电势值，也就是将光信号转换为电信号输出，在线性误差范围内，输出的信号与光波通过反射片反射出的光照度成正比。

实验原理

全玻璃真空太阳集热管内选择性吸收涂层的发射比是个非常重要的光-热性能参数，也是生产厂家保证真空管质量的重要依据。按《全玻璃真空太阳集热管》国家标准GBT17049-2005条规定太阳选择性吸收涂层的半球发射比ε_h≤0.08（水温度为80℃）。本实验采用TRM-FS1型太阳集热管半球发射比测试仪，该仪器采用了计算机与自动化控制技术，具有测试精度高，使用简单，性能稳定，是目前国内最为先进的真空管半球发射比测试仪器。

全玻璃真空太阳集热管半球发射比的测量是指成品管内吸收涂层发射比的测量。真空集热管的结构恰好是吸收涂层发射比测量所需的物理模型，被测的选择性吸收涂层刚好密封在高真空的玻璃管内，组成密封腔内的两表面间的辐射换热比。将被测的玻璃真空集热管成品管置于密封的冷壁水套内，内管内插入由中心主加热器H₀与两侧副加热器H₁，H₂组成的加热装置，配置相应的加热器和测温装置，就构成了完好的半球发射比测试系统，由于采用PID动态循环调节技术与多点测温补偿技术，加热器使用新型的加热装置，检测中使用计算机控制，主加热器与两个副加热器采取跟踪加热使之平衡，实施自动跟踪、自动测量、数据自动处理等，使测试过程全自动运行。

辐射出射度（M_e，radiant exitance）是离开表面一点出的面元辐射能通量与该面元面积的比值。发射比（ε，emittance）是相同温度下辐射体的辐射出射度与全辐射体（黑体）的辐射出射度之比。半球发射比（ε_h，hemispherical emittance）是指在相同温度下，在2π立体角内辐射体的辐射出射度与黑体的辐射出射度之比。

在图8.1中，表面1的净辐射能Q_1-2

                                                   （1）

小样品，大空间

                                               （2）

式中是ε_h待测试样表面半球发射比，U为主加热器通电电压，I为主加热器通电电流，为斯忒番-玻尔兹曼常数即5.67×10^-8 W/(m²·K⁴)，A为主加热器对应的内管外表面辐射面积，T₁为试样表面温度，T₂为冷壁水套进出口水温的平均值。由计算机和打印机可以给出测试结果ε_h值（取小数点后两位有效数字），以及升温和平衡时温度随时间变化的曲线。

图8.1  密封空间中物体之间的辐射