輻射測(cè)溫用-10℃~200℃黑體輻射源校準(zhǔn)規(guī)范

1輻射測(cè)溫用一10℃~200℃黑體輻射源本規(guī)范適用于輻射測(cè)溫用黑體輻射源在一10℃~200℃范圍內(nèi)有效亮度溫度校準(zhǔn)。2引用文件JJF1007—2007溫度計(jì)量名詞術(shù)語(yǔ)及定義凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3.1[絕對(duì)]黑體[absolute]blackbody對(duì)任意方向、波長(zhǎng)和偏振狀態(tài)的入射輻射都能全部吸收的理想熱輻射體。3.2[空腔]黑體輻射源[cavity]blackbodyradiationsource用于檢定或校準(zhǔn)輻射溫度計(jì)、具有穩(wěn)定控制的溫度和明確的發(fā)射率且熱輻射特性接近于黑體的凹形裝置。3.3[法向光譜]發(fā)射率[normalspectral]emissivity物體的法向光譜輻射亮度與同溫度黑體光譜輻射亮度之比。3.4[有效]發(fā)射率[effective]emissivity黑體輻射源有效光譜輻射亮度與同溫度黑體輻射亮度之比。3.5[有效]亮度溫度[effective]radiancetemperature在給定波長(zhǎng)范圍，輻射亮度與被測(cè)熱輻射體的有效輻射亮度相等的黑體的溫度。黑體輻射源用于校準(zhǔn)輻射溫度計(jì)、紅外熱像儀等輻射測(cè)溫儀器。4.2原理與結(jié)構(gòu)等溫封閉空腔內(nèi)的熱輻射為黑體輻射。黑體輻射源是具有小孔的等溫空腔，其輻射特性近似絕對(duì)黑體。黑體輻射源為溫度已知并可穩(wěn)定工作的熱輻射源。黑體輻射源通常由黑體空腔、溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)等構(gòu)成?？涨煌ǔ閳A柱圓錐型、雙圓錐型、圓柱型或球型等。黑體輻射源在低于露點(diǎn)溫度使用時(shí)，應(yīng)有措施保證空腔內(nèi)表面無(wú)結(jié)露和結(jié)霜。2黑體輻射源特性參數(shù)包括腔口直徑、有效發(fā)5.1亮度溫度溫度穩(wěn)定性為正常工作狀態(tài)下在規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)黑體輻射源空腔底部亮度溫度變化的最大值。通常時(shí)間間隔為10min,于0.15℃和0.15%×黑體輻射源溫度(單位為℃)中的大者。5.4絕緣電阻常溫下，黑體屬射源的純緣電阻不小于0.5Ma環(huán)境溫度：23±5)℃;相對(duì)濕度：20%～85%應(yīng)滿足森準(zhǔn)餐輔助設(shè)備、被校準(zhǔn)設(shè)備的速用環(huán)境條件要求6.2.1標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源應(yīng)符合表1的要求，建議使用熱管或恒溫槽黑體輻射源。溫度范圍參考溫度計(jì)準(zhǔn)確度二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)或不低于同等準(zhǔn)確度的其他溫度計(jì)比較用輻射溫度計(jì)應(yīng)符合表2的要求。3溫度范圍(8～14)μm或接近波段，其他波段可選比較測(cè)量結(jié)果的噪聲等效溫差和分辨力應(yīng)不劣于校準(zhǔn)結(jié)果的最小量化值。通常不大于視場(chǎng)最大允許誤差士(1%×讀數(shù))℃或士1.4℃6.2.3輔助設(shè)備同尺寸光闌2個(gè)，光闌溫度應(yīng)恒定，且2個(gè)光闌溫度相同(建議使用恒溫槽為光闌提供恒溫水)。光闌直徑應(yīng)大于比較用輻射溫度計(jì)視場(chǎng)，建議為輻射溫度計(jì)視場(chǎng)的1.5倍。光闌表面應(yīng)具備高吸收比。光闌溫度的不確定度不大于1℃。精密移動(dòng)臺(tái)或支架，用于測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和被校準(zhǔn)黑體輻射源時(shí)比較用輻射溫度計(jì)的位置切換。參考溫度計(jì)配套的電測(cè)設(shè)備，準(zhǔn)確度不低于0.01級(jí)。絕緣電阻測(cè)試儀，準(zhǔn)確度不低于10級(jí)。7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7.1校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)項(xiàng)目見表3。項(xiàng)目名稱1234亮度溫度7.2.1校準(zhǔn)原理采用比較法，以標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源為標(biāo)準(zhǔn)，輻射溫度計(jì)為比較器，校準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度。校準(zhǔn)裝置如圖1所示。4標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源將標(biāo)準(zhǔn)和被校準(zhǔn)黑體輻射源穩(wěn)定在相同溫度。使用輻射溫度計(jì)分別測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)、被校準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度的示值，根據(jù)公式(1)計(jì)算被校準(zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度：T.—--被校準(zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度，K;T,——標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度，K;Tw——輻射溫度計(jì)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度示值，K;Te——輻射溫度計(jì)測(cè)量被校準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度示值，K;標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度T。由公式(2)計(jì)算：L(a,T)——黑體光譜輻射亮度，W/(m3·srλz,λ?----輻射溫度計(jì)工作波段的上、下限，μm;T?——標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源參考溫度計(jì)測(cè)量的實(shí)際溫度，K;Tm——標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源所處環(huán)境溫度(近似采用光闌溫度),K;eg——標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源的有效發(fā)射率。黑體輻射源亮度溫度校準(zhǔn)模型詳見附錄A。7.2.2絕緣電阻測(cè)試在不連接電源的情況下，將黑體輻射源電源開關(guān)打開。對(duì)使用接觸器(需接通外部電源后才能接通的開關(guān))的黑體輻射源，如可能，應(yīng)設(shè)法使接觸器處于接通狀態(tài)。使用絕緣電阻測(cè)試儀在500V測(cè)試電壓下，分別測(cè)量黑體輻射源電源輸入端的相線51)選擇溫度點(diǎn)，在黑體輻射源溫度范圍內(nèi)均勻分布，優(yōu)先選擇整10℃點(diǎn)，也可根2)被校準(zhǔn)黑體輻射源溫度設(shè)定在測(cè)試溫度點(diǎn)，10min的溫度控制穩(wěn)定性不大于3)不使用光闌。4)調(diào)整輻射溫度計(jì)方位，使得輻射溫度計(jì)與黑體輻射源同軸。5)每個(gè)溫度點(diǎn)共進(jìn)行n次(通常為11次)測(cè)量。每次測(cè)量時(shí)間間隔通常為1min。1)選擇溫度點(diǎn)，在黑體輻射源溫度范圍內(nèi)均勻分布，優(yōu)先選擇整10℃點(diǎn)，也可根2)均勻性測(cè)試位置可選擇黑體輻射源空腔底部的中部、上部、下部、左部和右部3)被校準(zhǔn)黑體輻射源溫度設(shè)定在測(cè)試溫度點(diǎn)，10min的溫度穩(wěn)定性不大于0.1℃4)不使用光闌。5)調(diào)整輻射溫度計(jì)方位，使輻射溫度計(jì)與黑體輻射源同軸。此時(shí)輻射溫度計(jì)瞄準(zhǔn)6)測(cè)量順序可按中→上、中→左、中→右、中→下順序測(cè)量。7)每個(gè)位置上共進(jìn)行n次(通常為3次)測(cè)量。6 T黑體輻射源上部、下部、左部和右部的亮度溫度測(cè)量平均值(i=1,2, T黑體輻射源中心位置亮度溫度的平均值，K。7.2.5亮度溫度校準(zhǔn)7.2.5.1校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備1)選擇校準(zhǔn)溫度點(diǎn)。在黑體輻射源溫度范圍內(nèi)均勻分布，優(yōu)先選擇整10℃點(diǎn)，也可根據(jù)用戶要求選擇。2)電測(cè)設(shè)備預(yù)熱。3)使標(biāo)準(zhǔn)和被校準(zhǔn)黑體輻射源溫度均處于校準(zhǔn)溫度點(diǎn)士0.5℃之內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源的溫度穩(wěn)定性滿足表1的相應(yīng)要求，被校準(zhǔn)黑體輻射源10min的溫度穩(wěn)定性不大4)將光闌分別放置在標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源和被校準(zhǔn)黑體輻射源空腔之前。光闌應(yīng)保持與輻射源同軸，在不被顯著加熱和不影響黑體輻射源溫度分布與有效發(fā)射率的前提下，靠近黑體輻射源，一般距黑體輻射源5cm。5)光闌的溫度設(shè)定在環(huán)境溫度附近，溫度穩(wěn)定在0.2℃/10min以內(nèi)認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)定。6)輻射溫度計(jì)的瞄準(zhǔn)。首先調(diào)整光闌和黑體輻射源的相對(duì)位置，光闌與黑體輻射源同軸。調(diào)整輻射溫度計(jì)方位，使得輻射溫度計(jì)與光闌同軸。標(biāo)識(shí)或記錄輻射溫度計(jì)的兩個(gè)位置。7.2.5.2亮度溫度比較測(cè)量1)每組測(cè)量可按下列操作順序進(jìn)行：瞄準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源，調(diào)整好位置后測(cè)量。記錄n次(通常為3次)標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源參考溫度計(jì)測(cè)量值和輻射溫度計(jì)測(cè)量值。瞄準(zhǔn)被校準(zhǔn)黑體輻射源，調(diào)整好位置后測(cè)量。記錄n次輻射溫度計(jì)測(cè)量值。2)每個(gè)校準(zhǔn)溫度點(diǎn)共進(jìn)行m組(通常為3組)的比較測(cè)量。3)每組比較測(cè)量中，應(yīng)交替、等時(shí)間間隔測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和被校準(zhǔn)黑體輻射源，通常時(shí)間間隔在1min以內(nèi)。7.2.5.3數(shù)據(jù)處理1)計(jì)算每次比較測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度T,和△T,。T,可由公式(2)計(jì)算。2)根據(jù)式(5)、式(6)計(jì)算多次比較測(cè)量的T,和△T.的平均值。式中：n——每組測(cè)量的次數(shù)；7Tsm——第h組k次的標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度。式中： 3)根據(jù)公式(7)計(jì)算被校準(zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度Tc。式中：T?！恍?zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度，K; T,——標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度平均值，K;8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)被校準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度的校準(zhǔn)結(jié)果和溫度穩(wěn)定性、溫度均勻性、絕緣電阻的測(cè)試結(jié)果應(yīng)在校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報(bào)告上反映。校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)包含校準(zhǔn)不確定度，穩(wěn)定性測(cè)量結(jié)果應(yīng)給出測(cè)試的時(shí)間，均勻性測(cè)量結(jié)果應(yīng)給出測(cè)試點(diǎn)位置分布的定量說明及示意圖。校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報(bào)告應(yīng)注明校準(zhǔn)時(shí)的亮度溫度的波段、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度和光闌直徑及溫度。9復(fù)校時(shí)間間隔建議復(fù)校時(shí)間間隔為1年，或送校單位根據(jù)需求自定復(fù)校周期。8黑體輻射源亮度溫度校準(zhǔn)模型標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度、輻射溫度計(jì)示值和兩者之差關(guān)系可由公式(A.1)Ts=Tsr+△T?T,——標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度，K;Tm—輻射溫度計(jì)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度的示值，K;被校準(zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度、輻射溫度計(jì)示值和兩者之差間關(guān)系可由公式(A.2)T輻射溫度計(jì)測(cè)量被校準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度的示值，K;黑體輻射源亮度溫度與溫度計(jì)示值關(guān)系見圖A.1。校準(zhǔn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源與被校準(zhǔn)黑體輻射源的實(shí)際溫度相同，與之對(duì)應(yīng)兩黑體輻射源亮度溫度接近?？烧J(rèn)為輻射溫度計(jì)示值在小范圍內(nèi)與黑體輻射源亮度溫度的差為常量，即△T?≈△T?,可以得到以下公式：T-Ts≈T.-T,T——輻射溫度計(jì)測(cè)量被校準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度示值，K;Ty——輻射溫度計(jì)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度示值，K;T?！恍?zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度，K;Ts——標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度，K。9根據(jù)公式(A.3)可以導(dǎo)出公式(A.4):黑體輻射源亮度溫度校準(zhǔn)不確定度評(píng)定實(shí)例B.1黑體輻射源亮度溫度校準(zhǔn)不確定度模型黑體輻射源亮度溫度比較法校準(zhǔn)模型為：T,——標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度，K;根據(jù)黑體輻射源亮度溫度校準(zhǔn)模型將影響分量分為三類：a)標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度引入的不確定度1)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量黑體輻射源實(shí)際溫度引入的不確定度ui:①標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)傳遞引入的不確定度。②標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)配套電測(cè)儀表準(zhǔn)確度引入的不確定度。③標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)溫度與空腔底參考點(diǎn)溫度溫差引人的不確定度。2)輻射溫度計(jì)的波段確定引入的不確定度uz。3)黑體輻射源有效發(fā)射率引入的不確定度u?。4)環(huán)境溫度變化引入的不確定度u?。b)溫差△T,引入的不確定度1)輻射溫度計(jì)定位重復(fù)性引入的不確定度us。2)輻射溫度計(jì)的測(cè)量特性引入的不確定度us:①輻射溫度計(jì)的測(cè)量分辨力的不確定度。②輻射溫度計(jì)的短期穩(wěn)定性引入的不確定度。③輻射溫度計(jì)比較測(cè)量噪聲引入的不確定度。④輻射溫度計(jì)源尺寸效應(yīng)(SSE)引入的不確定度。⑤環(huán)境溫度對(duì)輻射溫度計(jì)輸出影響引入的不確定度。c)被校準(zhǔn)黑體輻射源特性引入的不確定度1)被校準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度穩(wěn)定性引入的不確定度u?。2)被校準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度均勻性引入的不確定度ug。黑體輻射源亮度溫度校準(zhǔn)的不確定度u。由標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度引入的不確定度us、輻射溫度計(jì)測(cè)出的溫差△T;引入的不確定度u;和被校準(zhǔn)黑體輻射源特性引入的不確定度ub組成。各不確定度分量相互獨(dú)立，黑體輻射源亮度溫度校準(zhǔn)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc由下B.2黑體輻射源校準(zhǔn)的設(shè)備在-10℃~200℃溫度范圍內(nèi)，通過對(duì)976黑體輻射源、BBR-30黑體輻射源的亮度溫度校準(zhǔn)說明黑體輻射源亮度溫度校準(zhǔn)不確定度評(píng)定。標(biāo)準(zhǔn)和被校準(zhǔn)黑體輻射源技術(shù)指標(biāo)見表B.1。溫度范圍/℃空腔直徑/mm比較輻射溫度計(jì)技不指標(biāo)見表B.2。參晌應(yīng)波段/μr測(cè)量距離與國(guó)標(biāo)直穿比(D:S)B.3.1標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度B.3.1.1標(biāo)準(zhǔn)額電阻溫度計(jì)測(cè)量黑體輻射源實(shí)際溫度引入的不確定度a)標(biāo)準(zhǔn)鉑電隨溫度計(jì)傳遞引入的不確定度usprn編號(hào)03614的標(biāo)準(zhǔn)鎮(zhèn)電阻溫度計(jì)的擴(kuò)展不確定度為0.018℃分布為正態(tài)分布，包含因子k為2,usti為0.008℃。b)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)電測(cè)儀表準(zhǔn)確度引人的不確定度us使用keithley2010數(shù)字表測(cè)量鉑電阻標(biāo)準(zhǔn)溫計(jì)的電阻。根據(jù)數(shù)字表說明書，數(shù)字表測(cè)電阻準(zhǔn)確度表示為A=±(52×reading+9×100Ω)×10-6,其中reading為數(shù)字表測(cè)量的鉑電阻標(biāo)準(zhǔn)溫計(jì)電阻值。使用25Ω標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，按均勻分布計(jì)算，包含因子k為1.732。電測(cè)設(shè)備引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uspe見表B.3。溫度/℃測(cè)量誤差限/℃標(biāo)準(zhǔn)不確定度/℃土0.031c)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)溫度與空腔底參考點(diǎn)溫度的溫差引入的不確定度upts標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)與空腔底參考點(diǎn)的溫差估計(jì)在土0.01℃以內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)不確定度按溫差為均勻分布計(jì)算，包含因子k=1.732,usa為0.01℃/1.732=0.006℃。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量實(shí)際溫度引入的不確定度u?見表B.4。黑體輻射源溫度/℃不確定度/℃輻射溫度計(jì)的名義波段與實(shí)際波段的偏離忽略不計(jì)。引入的不確定度u?為0℃。B.3.1.3黑體輻射源有效發(fā)射率引入的不確定度u?黑體輻射源有效發(fā)射率引入的不確定度可以根據(jù)黑體輻射源有效發(fā)射率引入的溫度修正量T,-Tt計(jì)算，分布為均勻分布。黑體輻射源有效發(fā)射率引入的溫度修正量T,-T.可由標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源的參考溫度計(jì)溫度Tt、波長(zhǎng)、光闌溫度、有效發(fā)射率根據(jù)公式(2)計(jì)算。計(jì)算條件為環(huán)境溫度23℃,波長(zhǎng)(8～14)μm。用溫度修正量的絕對(duì)值除以包含因子(k=1.732)作為標(biāo)準(zhǔn)不確定度(見表B.5)。黑體輻射源溫度/℃溫度修正量/℃標(biāo)準(zhǔn)不確定度/℃0.999士0.001B.3.1.4環(huán)境溫度引入的不確定度u?環(huán)境溫度引入的不確定度由公式(2)計(jì)算，當(dāng)有效發(fā)射率大于0.999,光闌溫度為23℃±1℃時(shí)，對(duì)亮度溫度的影響在±0.001℃以內(nèi)，按均勻分布計(jì)算，包含因子k為1.732,標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.00058℃。B.3.2黑體輻射源亮度溫度差測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度B.3.2.1輻射溫度計(jì)定位重復(fù)性引入的不確定度us本實(shí)驗(yàn)中電動(dòng)平移臺(tái)的定位重復(fù)性在0.1mm,可忽略此項(xiàng)不確定度。B.3.2.2比較用輻射溫度計(jì)的測(cè)量特性引入的不確定度u?a)輻射溫度計(jì)的測(cè)量分辨力引入的不確定度us。RAYTEKTXLT溫度計(jì)使用了模擬輸出并用七位半數(shù)字表測(cè)量，溫度分辨力可以達(dá)到mK以下，可忽略此項(xiàng)不確定度。HEITRONICSTRTⅡ溫度計(jì)的分辨力為0.02℃,分布為均勻分布，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.01℃/1.732=0.006℃。b)輻射溫度計(jì)的短期穩(wěn)定性引入的不確定度。采用