分布(顏色)溫度標(biāo)準(zhǔn)燈

1本規(guī)程適用于分布(顏色)溫度標(biāo)準(zhǔn)燈的首次檢定、后續(xù)檢定和使用中的檢驗。引用時，應(yīng)注意使用上述文獻的現(xiàn)行有效版3.1光源的[光譜]分布溫度在某一波長范圍[à?,λ?]內(nèi)，如果光源發(fā)射的輻射與某一溫度下黑體的輻射具有最接近的光譜功率分布，那么此時黑體的絕對溫度就定義為該光源在該波長范圍[λ?,λ?]內(nèi)的光譜分布溫度，簡稱分布溫度。計算步驟及公式見附錄C。3.2光源的顏色溫度如果一個光源發(fā)射光的色品與某一溫度下黑體的色品相同(匹配),那么此時黑體的絕對溫度就叫作該光源的顏色溫度，簡稱色溫。分布(顏色)溫度標(biāo)準(zhǔn)燈是用來保存和復(fù)現(xiàn)分布溫度量值，進而復(fù)現(xiàn)可見波長范圍內(nèi)光源相對光譜功率分布標(biāo)準(zhǔn)的計量器具。它是按一定技術(shù)條件專門制作的，發(fā)光性能穩(wěn)定的，具有無色泡殼的白熾鎢絲燈和石英泡殼溴鎢燈(以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)燈)。在點燃后，它發(fā)射從紫外到紅外波長范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，其可見波長范圍(380～780)nm內(nèi)的相對光譜功率分布，與某一溫度下黑體的分布非常近似。由它們的定義可知，光源的分布溫度和顏色溫度在概念上有很大區(qū)別，在數(shù)值上也不一定相同。但對于相對光譜功率分布與黑體相同的光源，它的色溫值在數(shù)值上就等于可見波長范圍內(nèi)的分布溫度值；對光譜功率分布與黑體相近的光源，如白熾鎢燈，它的色溫值與可見波長范圍內(nèi)的分布溫度值相差很小，在通常的測量誤差范圍內(nèi)，可認為是另一方面，對一般白熾光源而言，不同波長范圍內(nèi)的分布溫度值也不相同，在本規(guī)程中除非另有說明，均是指可見波長范圍內(nèi)的分布溫度。由于標(biāo)準(zhǔn)燈在發(fā)光時，燈絲各部分的溫度不完全相同，本規(guī)程所講的分布溫度均是指燈絲各部分的輻射在測光方向上均勻混合后所復(fù)現(xiàn)的分布溫度。在正常工作溫度范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)燈燈電流i,與對應(yīng)分布溫度值T。的變化關(guān)系，可用2對溴鎢燈，系數(shù)C的值很小，因而二次項的值也很小，即可簡化為近似的線性關(guān)5計量性能要求5.1標(biāo)準(zhǔn)燈的光電參數(shù)分布溫度標(biāo)準(zhǔn)燈的光電參數(shù)應(yīng)符合表1的規(guī)定。5.2標(biāo)準(zhǔn)燈的年穩(wěn)定性BDQ型標(biāo)準(zhǔn)燈，在2856K點，分布溫度的年變化量：一級不超過6K;二級不超BFZ型標(biāo)準(zhǔn)燈，在3200K點，分布溫度的年變化量：一級不超過10K;二級不超5.3標(biāo)準(zhǔn)燈的不確定度各級標(biāo)準(zhǔn)燈總的擴展不確定度(p=0.99)、檢定中使用上一級標(biāo)準(zhǔn)燈的級別應(yīng)符合表2中的規(guī)定。(單只燈，p=0.99)83標(biāo)準(zhǔn)燈按規(guī)定條件老化后，玻殼應(yīng)無色，其工作面無明顯反堿、發(fā)霧、波紋、氣泡、砂粒、擦傷等缺陷；燈絲與掛勾及電極的連接要牢固，且不應(yīng)有明顯彎曲，燈頭與玻殼的固定要牢固，導(dǎo)絲電極應(yīng)牢固地焊接在燈頭上。標(biāo)準(zhǔn)燈應(yīng)用刻蝕方法標(biāo)明其型號及出廠編號。標(biāo)準(zhǔn)燈應(yīng)用專門的燈盒包裝存放，并在燈盒上標(biāo)明標(biāo)準(zhǔn)燈的名稱、型號、出廠編號及生產(chǎn)廠家(公司)等。檢定用上一級標(biāo)準(zhǔn)燈，不少于3只，并配備同型號的標(biāo)準(zhǔn)燈一只用作比較燈。見表3。采用直流穩(wěn)定電源(穩(wěn)流，穩(wěn)壓)或電子交流穩(wěn)壓電源，經(jīng)預(yù)熱后，0.5h輸出電壓的變化：直流電源應(yīng)小于0.03%;交流電源應(yīng)小于0.3%。電源電測儀表及準(zhǔn)確度采用直流數(shù)字電壓表或交直流兩用電流(壓)表。電測儀表及有關(guān)配套設(shè)備均應(yīng)按規(guī)定定期送檢合格。專用檢定設(shè)備主要有兩種：光譜輻射照度測量裝置和光電分布溫度比較儀?？刹捎闷渲幸环N或類似其中一種的設(shè)備進行檢定，但其性能應(yīng)符合本規(guī)程的有關(guān)規(guī)定。7.1.2.1光譜輻射照度測量裝置(如圖1)1)構(gòu)成主要由輸入光路部件、單色儀、探測器、直流高壓電源、示數(shù)儀表、導(dǎo)軌及其附件輸入光路部件包括導(dǎo)軌、孔徑光閱、漫反射白板(或漫射積分球)及支撐轉(zhuǎn)臺消色差正透鏡。單色儀工作波長范圈不窄于(380~780)nm;波長重復(fù)性優(yōu)于±0.2nm;波JJG213—2003451)構(gòu)成6檢定及檢查項目十+十+++(儀2856K點)+注：“+”表示需要檢定的項目，“-”表示不需要檢定的項目。77.3.1燈的外觀檢查：將被檢燈的泡殼清潔后，以潔白紗布或紙張作背景，在明亮白光照明下，目視檢查外觀，應(yīng)符合6.1和6.2的要求。對每只被檢燈一般應(yīng)檢定三個點，并計算出內(nèi)插公式及相關(guān)系數(shù)的值。1)裝置的調(diào)整(見圖1)首先將單色儀及導(dǎo)軌調(diào)整水平，并使兩條導(dǎo)軌的軸線垂直。調(diào)節(jié)漫反射板、透鏡、人射狹縫三者中心在同一條水平軸線上，并與單色儀的內(nèi)光軸重合。改變透鏡到漫射板之間的距離，使漫射板中心按1:1左右清晰成像在入射狹縫上，并均勻充滿單色儀內(nèi)的第一個準(zhǔn)直鏡。調(diào)整孔徑光闌、快門、漫射板的中心，使在同一水平軸線上；調(diào)整燈絲平面與該軸線垂直并通過燈絲平面中心。調(diào)整漫射板轉(zhuǎn)角，當(dāng)轉(zhuǎn)向比較燈或標(biāo)準(zhǔn)燈時，漫射板平面與測光軸的夾角均為45°。雜散光的屏蔽：導(dǎo)軌周圍用黑絨布作圍帳，在燈與漫射板之間，放置適當(dāng)個數(shù)的孔徑光闌，以屏蔽雜散光，但不得遮擋任何部位燈絲的發(fā)射光。單色儀的波長鼓應(yīng)使用低氣壓Hg、Cd燈等進行校準(zhǔn)，并作出校準(zhǔn)曲線。2)操作步驟燈的安裝：安裝時戴潔白手套或墊以潔凈的紗布，燈頭在下，小心旋緊，使燈頭與燈座之間有牢固的機械支撐及良好的電接觸。燈的點燃：分別將比較燈和標(biāo)準(zhǔn)燈安裝在漫反射板兩側(cè)的燈架上點燃。燈的供電及電測線路分別如圖3、圖4所示，其中電壓測量線必須單獨從燈頭處接出，在圖3中，測燈電流時應(yīng)斷開電壓表。測量前，燈應(yīng)在給定電流下預(yù)燃，對BDQ型燈至少需要5~8min,BFZ型燈至少需要(10～15)min。對于直流點燃的燈，每點燃2h左右應(yīng)交換-燈點燃和熄滅時，應(yīng)緩慢升降電壓；使用中不得超過額定電流的3%或額定電壓的5%點燃，并應(yīng)特別注意防止和減少燈的震動。儀器預(yù)熱：燈電源預(yù)熱0.5h,光接收器在一定輸出下預(yù)照0.5h。測量波長選定：可選用460,500,560,600,660nm五個波長；或者(400～700)nm范圍每間隔10nm選定一個波長點，共31個。3)測量順序先用標(biāo)準(zhǔn)燈組標(biāo)定比較燈，再用比較燈標(biāo)定被檢燈。用標(biāo)準(zhǔn)燈組標(biāo)定比較燈：固定標(biāo)準(zhǔn)燈在導(dǎo)軌一側(cè)，比較燈在導(dǎo)軌的另一側(cè)。標(biāo)準(zhǔn)燈點燃在給定的分布溫度值下，比較燈點燃在分布溫度值與標(biāo)準(zhǔn)燈大致相同的某一電流下。首次用全組標(biāo)準(zhǔn)燈標(biāo)定比較燈，且以后每年一次。以三只標(biāo)準(zhǔn)燈為例，其標(biāo)準(zhǔn)燈一標(biāo)準(zhǔn)燈#1,#2,#3——標(biāo)準(zhǔn)燈#3,#2,#1當(dāng)比較燈電流固定時，前后得到比較燈的分布溫度值共六個，其最大差值，應(yīng)不超過表5的規(guī)定，并取平均值為其結(jié)果。8可變電阻燈電流燈電壓分壓箱直流電源標(biāo)準(zhǔn)0O直流數(shù)字電壓表圖3直流供電的電測線路圖圖4交流供電的電測線路圖T,T?—交流調(diào)壓器(220V/0~250V);T,一固定隔離變壓器(220V/6V)用比較燈標(biāo)定被檢燈：先用一只標(biāo)準(zhǔn)燈復(fù)查標(biāo)定比較燈，然后用比較燈再標(biāo)定被檢燈。以三只被檢燈為例，其導(dǎo)軌標(biāo)準(zhǔn)燈一側(cè)的測量順序如下：標(biāo)準(zhǔn)燈#1---被檢燈#1,#2,#3——被檢燈#3,#2,#1當(dāng)比較燈電流固定時，復(fù)查得到比較燈的分布溫度值一個，加上以前標(biāo)準(zhǔn)燈組標(biāo)定的平均值共二個，其差值應(yīng)不超過表5的規(guī)定，否則應(yīng)啟用第二只標(biāo)準(zhǔn)燈。對被檢燈，兩次結(jié)果的偏差也不應(yīng)超過表5的規(guī)定，并取平均值作為檢定結(jié)果。3200K點94)測量方法標(biāo)準(zhǔn)燈標(biāo)定比較燈：將漫射板轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)燈一側(cè)，在指定的多個波長點下，由短波到長波，再由長波到短波往返讀取各波長下的光電流值共2次，取平均值并以is(a)示。再將漫射板轉(zhuǎn)向比較燈一側(cè)，用同樣的方法讀取光電流，取平均值并以ic(λ)示，然后按下式計算出(相對)光譜輻射照度比α?:將a?值代入式(2),再利用式(3)、(4)即可算出比較燈的分布溫度值。表表比較燈標(biāo)定被檢燈：測量方法同上，不過此時比較燈相當(dāng)于前一步的標(biāo)準(zhǔn)燈。1)儀器的調(diào)整(圖2)將比較儀積分球、孔徑光闌安裝在一條較短的水平導(dǎo)軌上，平面反射鏡、孔徑光闌、快門、燈架等安裝在另一條水平導(dǎo)軌上，調(diào)整兩條導(dǎo)軌中心軸線垂直。將標(biāo)準(zhǔn)燈和比較燈分別安裝在平面反射鏡兩側(cè)的燈架上；調(diào)整積分球入射窗口、孔徑光闌、平面反射鏡三者中心位于同一水平軸線上。固定平面鏡，調(diào)整長軌上的燈絲平面、孔徑光闌、快門等，使諸中心與平面鏡中心在同一水平軸線上，并使燈絲平面與該軸線垂直。雜散光的屏蔽：在燈與平面反射鏡，平面鏡與積分球之間，應(yīng)放置適當(dāng)個數(shù)的孔徑光闌，以屏蔽雜散光，但不得擋住燈絲任何部位的發(fā)射光進入積分球。2)操作步驟燈的安裝、點燃、儀器預(yù)熱同7.3.2.1中2)的相關(guān)要求。3)測量順序同7.3.2.1中3)的有關(guān)規(guī)定。不過在用標(biāo)準(zhǔn)燈組標(biāo)定比較燈時得到的是比較燈的電流，用比較燈標(biāo)定被檢燈時得到的是被檢燈的電流。將比較燈和被檢燈電流的差值分別換算為分布溫度的差值，其結(jié)果也應(yīng)符合表5中的規(guī)定。否則該循環(huán)內(nèi)的檢定無效，若復(fù)查標(biāo)定比較燈時超差，應(yīng)啟用第二只標(biāo)準(zhǔn)燈。4)測量方法標(biāo)準(zhǔn)燈標(biāo)定比較燈時(見圖2)標(biāo)準(zhǔn)燈點燃在給定的分布溫度下，比較燈點燃在分布溫度大致與標(biāo)準(zhǔn)燈相近的某一電流下；平面鏡轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)燈一側(cè)，開關(guān)K倒向“校準(zhǔn)”擋，改變積分球可變光闌的大小，使檢流計指零，即調(diào)整i,的大小，使等于某一固定值io(如2μA,也可直接用i.電路中的微安表測量控制);然后將開關(guān)K倒向“測量”擋，改變電阻R,使檢流計指零；再將平面反射鏡轉(zhuǎn)向比較燈一側(cè)，開關(guān)K倒向“校準(zhǔn)”擋，適當(dāng)移動比較燈的距離(或改變可變光闌的大小),使檢流計指零。再將開關(guān)倒向“測量”擋，檢流計一般不指零，此時改變比較燈的電流(固定R,不變),使檢流計指零，如此反復(fù)幾次，直至開關(guān)倒向“校準(zhǔn)”和“測量”擋，平面鏡轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)燈和比較燈時，檢流計均指零，記下此時比較燈的電流值，其分布溫度就等于標(biāo)準(zhǔn)燈的分布 用比較燈標(biāo)定被檢燈時測量方法同上，不過此時比較燈相當(dāng)于前一步的標(biāo)準(zhǔn)燈。7.4檢定結(jié)果的處理7.4.1首先對比較燈，然后對被檢燈的每個分布溫度點，計算出平均值和平均值的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，取平均值為最終檢定結(jié)果，其不確定度應(yīng)符合表2相關(guān)規(guī)定(見附錄7.4.2對每只被檢燈應(yīng)按公式(1)的形式，由三個分布溫度點的檢定結(jié)果計算出內(nèi)插7.4.3檢定結(jié)果的有效位數(shù)：應(yīng)符合表6規(guī)定。同時應(yīng)注明檢定時所使用的設(shè)備及其7.4.4首次檢定不計算標(biāo)準(zhǔn)燈的年穩(wěn)定性。待經(jīng)周期檢定后，根據(jù)最近兩次的檢定結(jié)果再計算出標(biāo)準(zhǔn)燈的年變化量，應(yīng)符合5.2規(guī)定，并據(jù)此定級。7.4.5標(biāo)準(zhǔn)燈經(jīng)檢定后，符合第5章、第6章要求者，給出檢定證書；否則給出檢定7.4.6因使用檢定設(shè)備不同而引起對檢定結(jié)果爭議時，應(yīng)以光譜輻射照度裝置的檢定7.4.7每只分布溫度標(biāo)準(zhǔn)燈必須建立技術(shù)檔案，其內(nèi)填寫歷次的檢定結(jié)果，累計點燃標(biāo)準(zhǔn)燈的檢定周期一般不超過1年。若不到1年而累計點燃時間達到50h者也應(yīng)送附錄A最佳直線斜率的計算方法將測量波長λ.,(i=1,2,3,…,m,m為測量波長的總個數(shù))及測得的該波長下的相對光譜輻射照度比(a)值填于下表，并完成表中其余各項的計算：i1234m由于以In(ax)為縱坐標(biāo)，1/λ;為橫坐標(biāo)作圖，其圖形為一直線，設(shè)最佳直線的方當(dāng)波長λ.的不確定度相對于a的不確定度較小時，最佳直線的斜率K的計算方法則例如對規(guī)程中所推薦的五個測量波長(460,500,560,600,660nm)的情況，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)燈的分布溫度為2856K,被檢燈約為3200K時，其a?的測量值分別為：3.239,2.960,2.630,2.471,2.267。上式計算過程即為：由前式(4)即可計算出被檢燈的分布溫度值為3200K。因截距L的值和需要的結(jié)JJG213—2003計算光源分布溫度的一般公式分布溫度T?/K測光方向內(nèi)插公式1在點燃時，應(yīng)緩慢升、降電壓，避免突然通、斷電源；且不得超額定電壓的5%或額定電流的3%點燃；直流供電點燃時，每隔2h左右應(yīng)交換一次供電極性。2在保存、運輸、特別是在點燃過程中應(yīng)避免碰撞、震動及接觸有害氣體等。分布溫度標(biāo)準(zhǔn)燈不確定度的主要來源有二：檢定用上一級標(biāo)準(zhǔn)燈的不確定度及檢定過程中裝置引入的不確定度。以一級被檢燈為例分析評定如下：首先用工作基準(zhǔn)燈組(3只),借助于比較儀標(biāo)定一只同型號的比較燈，再用比較燈標(biāo)定被檢燈，以實現(xiàn)工作基準(zhǔn)燈組所復(fù)現(xiàn)平均量值的向下傳遞。D.1比較燈不確定度來源(見表D.1)1)工作基準(zhǔn)燈組的不確定度：由建標(biāo)報告給出，對2353K點和2856K點，其燈u?=2.7,4.0K,估計σ(u?)/u?≈0.2,自由度v?≈12。2)比較燈電流測控：其擴展不確定度為0.01%,按均勻概率密度分布估計，由此引起分布溫度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，對2353K點和2856K點(下同),分別約為：u?=0.10,0.12K,估計σ(u?)/u?≈0.1,自由度v?≈50。3)比較燈燈電流平均值的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，包括各工作基準(zhǔn)燈間的差異，換算u?=1.0,1.5K,測量數(shù)為6(3只燈×2次),自由度v?=5。4)比較燈的年變化約為：u?=0.2K,估計σ(u?)/u?≈0.2,自由度v?≈12。此外背景雜光影響，當(dāng)屏蔽較好時，背景雜光中非中性部分引起的不確定度可忽略。綜合上述分析，可認為各分量相互大致獨立，可算得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u。及有效自由度vm,對2353K點和2856K點，分別約為：自由度12比較燈電測3比較燈平均值(A類)54比較燈年變化VD.3一級被檢燈的不確定度來源(見表D.2)1)比較燈的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：由前面分析，對2353K點和2856K點，分別約un=2.9,4.3K,自由度v≈15。2)被檢燈電流測控：其相對擴展不確定度為0.02%,由此引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，ua=0.20,0.23K,估計σ(ug)/u?≈0.1,故取自由度3)被檢燈的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，換算為分布溫度差，分別約為：ug=0.3,0.5K,讀數(shù)次數(shù)為16(2輪×8次),自由度v=15。4)被檢燈與比較燈光譜分布的差異，通常在燈型號相同的情況下影響很小(應(yīng)注意普通與石英泡殼的差異),估計分別約為：此外背景雜光影響，當(dāng)屏蔽較好時，背景雜光中非中性部分引起的不確定度，可忽D.4被檢燈的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u綜合上述分析，可認為各分量相互大致獨立，可算得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u及有效自由度v,分別約為：u=3.3,4.8K,有效自由度v,≈21～22。其結(jié)果列于表序號j自由度2353K點2856K點1比較燈u2V3被檢燈平均值(A類)48D.5被檢燈的擴展不確定度Ur在得到了一級被檢燈的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u?及其有效自由度v,以后，取p=0.99,查表得：tog(v,m)=2.85,按公式U?=tog(v,)×u計算它的擴展不確定度，稍作放寬后，對2353K點和2856K點分別取為：U?=10,15K。不確定度分析——用光譜輻射照度測量裝置檢定以工作基準(zhǔn)燈組(3只)檢定一級被檢燈為例：先用工作基準(zhǔn)燈的2856K點標(biāo)定一只約2850K的比較燈，再用比較燈標(biāo)定約3201K的被檢燈，分析評定如下：在此情況下，要準(zhǔn)確計算被檢燈的不確定度是困難的，但若取λ?=460nm,λ?=660nm用雙色比過渡公式卻可近似地估算出來。由式(4)得到簡化的測量數(shù)學(xué)模型式中：T,——已知(標(biāo)準(zhǔn))分布溫度值；R--待測燈與標(biāo)準(zhǔn)燈藍紅比的比值：式中：R仍由式(E1)反算得到?？梢?，其誤差傳遞系數(shù)皆是T,,T的函數(shù)。用工作基準(zhǔn)燈的2856K點標(biāo)定一只約2850K的比較燈，此時，T,=2856K,T,=2850K,R=0.993,比較燈的不確定度來源分析見表E.1。序號jX(不確定度來(X;的擴展不確定度分(置信因子，p(X,的標(biāo)準(zhǔn)量)(傳遞系數(shù))(T,的標(biāo)準(zhǔn)(自由度)132序號j(不確定度來(X,的擴展量)k因子，p=0.99)(X,的標(biāo)準(zhǔn)(傳遞系數(shù))(T,的標(biāo)準(zhǔn)(自由度)34355比較燈電測(實測得到)6比較燈年變化1比較燈合成標(biāo)u=4.3K*:等同于比較燈分布溫度平均值的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度。3)波長λ?的測量：其a?=0.50nm,按三角形概率密度分布計算，k?=√6,0.0058%,us=1KsIu(X?)=0.12K,估計σ(a?)/as~0.1,自由度vs=50。序號j(不確定度來a(X,的擴展(置信因子，E=0.99)(X;的標(biāo)準(zhǔn)