JJF 1525-2015 氙弧灯人工气候老化试验装置辐射照度参数校准规范-(高清原版).pdf
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1、中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 5 2 52 0 1 5氙氙弧灯人工气候老化试验装置辐射照度参数校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o r I r r a d i a n c eo fA r t i f i c i a lA c c e l e r a t e dW e a t h e r i n gA p p a r a t u so fX e n o nA r cL a m p 2 0 1 5-0 6-1 5发布2 0 1 5-0 9-1 5实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布市场监管总局
2、市场监管总局氙氙弧灯人工气候老化试验装置辐射照度参数校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o r I r r a d i a n c eo fA r t i f i c i a lA c c e l e r a t e dW e a t h e r i n gA p p a r a t u so fX e n o nA r cL a mpJ J F1 5 2 52 0 1 5 归 口 单 位:全国光学计量技术委员会 主要起草单位:中国计量科学研究院 参加起草单位:苏州市计量测试研究所中国测试技术研究院广州瑞铭试验设备有限公司江苏
3、省计量科学研究院北京市计量检测科学研究院 本规范委托全国光学计量技术委员会负责解释J J F1 5 2 52 0 1 5市场监管总局市场监管总局本规范主要起草人:代彩红(中国计量科学研究院)吴志峰(中国计量科学研究院)参加起草人:黎 俊(苏州市计量测试研究所)苏昌林(中国测试技术研究院)庄海仁(广州瑞铭试验设备有限公司)张 帆(江苏省计量科学研究院)张卿贤(北京市计量检测科学研究院)J J F1 5 2 52 0 1 5市场监管总局市场监管总局目目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语(1)3.1 人工气候老化试验装置(1)3.2 人工气候老化(1)4 概述(2)5 计量特性(3
4、)6 校准条件(3)6.1 环境条件(3)6.2 校准方法、测量标准及其他设备(3)7 校准项目和校准方法(4)7.1 校准项目(4)7.2 校准方法(4)8 校准结果表达(8)9 复校时间间隔(8)附录A 校准证书内页推荐格式(9)附录B 校准原始记录(1 0)附录C 校准用辐射照度计的量值溯源(1 2)附录D 氙弧灯加不同滤光器的相对光谱功率分布要求(1 3)附录E 校准辐射照度计用水冷氙弧灯的相对光谱分布表(1 4)附录F 测量不确定度评定实例(2 1)J J F1 5 2 52 0 1 5市场监管总局市场监管总局引引 言J J F1 0 0 1 通用计量术语及定义、J J F1 0 3
5、 2 光学辐射计量名词术语及定义、J J F1 0 5 9.1 测量不确定评定与表示和J J F1 0 7 1 国家计量校准规范编写规则共同构成支撑本规范编写的基础性系列规范。本规范为首次制定。J J F1 5 2 52 0 1 5市场监管总局市场监管总局氙弧灯人工气候老化试验装置辐射照度参数校准规范1 范围本规 范 适 用 于 氙 弧 灯 人 工 气 候 老 化 试 验 装 置 在3 4 0n m、4 2 0n m、3 0 0n m4 0 0n m、4 0 0n m8 0 0n m、3 0 0n m8 0 0n m等波长范围内的(光谱)辐射照度校准。2 引用文件本规范引用下列文件:J J G
6、3 8 4 光谱辐射照度标准灯J J G8 7 9 紫外辐射照度计J J F1 0 3 2 光学辐射计量名词术语及定义G B/T1 8 6 5/I S O1 1 3 4 1 色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射暴露 滤过的氙弧辐射G B/T1 6 4 2 2.1/I S O4 8 9 2-1 塑料实验室光源暴露试验方法 第1部分:总则I S O9 3 7 0 塑料老化试验中辐射曝光量的仪器测定通用准则和基本实验方法(P l a s t i c sI n s t r u m e n t a l d e t e r m i n a t i o no f r a d i a n te x p o s
7、u r e i nw e a t h e r i n gt e s t sG e n e r a lg u i d a n c ea n db a s i c t e s tm e t h o d)A S TM G 1 1 3 有关非金属材料的天然和气候试验的标准术语(S t a n d a r dT e r m i n o l-o g yR e l a t i n gt oN a t u r a l a n dW e a t h e r i n gT e s t so fN o n m e t a l l i cM a t e r i a l s)A S TM G 1 3 8 采用标准辐照度
8、源校准光谱辐射计的标准试验方法(S t a n d a r dT e s tM e t h o df o rC a l i b r a t i o no f aS p e c t r o r a d i o m e t e rU s i n gaS t a n d a r dS o u r c eo f I r r a d i a n c e)A S TM G 1 5 1 使用实验室光源的加速试验装置中非金属材料暴露的标准惯例(S t a n d a r dP r a c t i c e f o rE x p o s i n gN o n m e t a l l i cM a t e r i
9、a l s i nA c c e l e r a t e dT e s tD e v i c e st h a tU s eL a b o r a t o r yL i g h tS o u r c e s)A S TM G 1 5 5 非金属材料曝光用氙弧灯装置操作的标准惯例(S t a n d a r dP r a c t i c ef o rO p e r a t i n gX e n o nA r cL i g h tA p p a r a t u s f o rE x p o s u r eo fN o n m e t a l l i cM a t e r i a l s)凡是注日期
10、的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语3.1 人工气候老化试验装置 a r t i f i c i a l a c c e l e r a t e dw e a t h e r i n gd e v i c e是实验室用来模拟自然环境下的太阳辐射照度、温度、湿度的装置,用来对材料进行加速老化。3.2 人工气候老化 a r t i f i c i a l a c c e l e r a t e dw e a t h e r i n g采用实验室老化装置对材料进行周期性的暴晒。通过对实验室辐照源、温度、湿度的控制,使材料
11、产生比室外更快的老化效果。1J J F1 5 2 52 0 1 5市场监管总局市场监管总局4 概述氙弧灯人工气候老化试验装置采用氙弧灯光源来模拟太阳的光谱分布,经过不同的光学滤光器组合,得到多种光谱功率分布的光辐射。常用的有模拟户外夏日正午阳光或透过玻璃的阳光,广泛用来测试材料和产品的耐候性与耐光性。(a)旋转鼓型试验装置结构图 (b)平板型试验装置结构图图1 氙弧灯人工气候老化试验装置根据氙弧灯的冷却方式的不同可划分为:水冷氙弧灯人工气候老化试验装置和空冷氙弧灯人工气候老化试验装置。水冷氙弧灯一般采用旋转鼓型试验装置结构,见图1(a),使用一个垂直安装在工作空间中央的氙弧灯管作为光源,试验样
12、品面向光源安装在围绕中心灯管旋转的样品架上。氙弧灯管主要由石英,燃烧管,内、外滤光装置和不锈钢装配组件组成,不锈钢部件使各部分装配成一个系统。将去离子水或蒸馏水泵入这系统冷却灯管和吸收长波红外能量。空冷氙弧灯装置一般采用平板型试验装置结构,见图1(b),在工作空间的顶部安装一个或多个氙弧灯灯管,试验样品被静态安置在灯管下方的样品盘上。氙弧灯人工气候老化试验装置的主要技术参数是温度、湿度和辐射照度。其中辐射照度是材料老化试验中的关键控制量之一。人工气候老化试验装置常采用辐射照度探测器或辐射照度计来监测样品位置的辐射照度水平,常用的辐射度波长范围是3 4 0n m、4 2 0n m、3 0 0n
13、m4 0 0n m、4 0 0n m8 0 0n m、3 0 0n m8 0 0n m。辐射照度计主要由探测器、放大电路和显示器件组成。探测器一般由漫射器、滤光器(带通玻璃或干涉滤光器)和光电探测器件(通常采用硅光电二极管)组成。图2是探测器的组成结构示意图。图2 探测器的组成结构示意图2J J F1 5 2 52 0 1 5市场监管总局市场监管总局常用的辐射照度探测器的光谱响应范围包括以下七种:3 4 0n m(窄带),峰值波长p=3 4 0n m3n m,带宽1 5n m。3 4 0n m(宽带),峰值波长p=3 4 0n m5n m,带宽4 0n m。4 2 0n m(窄带),峰值波长p
14、=4 2 0n m3n m,带宽1 5n m。4 2 0n m(宽带),峰值波长p=4 2 0n m5n m,带宽4 0n m。3 0 0n m4 0 0n m,波长范围3 0 0n m4 0 0n m。4 0 0n m8 0 0n m,波长范围4 0 0n m8 0 0n m。3 0 0n m8 0 0n m,波长范围3 0 0n m8 0 0n m。辐射照度计波段的选择和技术指标要求参照I S O9 3 7 0、G B/T1 8 6 5/I S O1 1 3 4 1和A S TM G 1 5 1。注:3 4 0n m和4 2 0n m探测器测量的是3 4 0n m和4 2 0n m的光谱辐
15、射照度,辐射照度计的测量量值单位是Wm-2n m-1。辐射照度计的波长范围根据氙弧灯与光学滤光器的组合而定。5 计量特性氙弧灯人工气候老化装置的光辐射度计量特性包括:辐射照度的零值误差、相对示值误差(或修正因子。对于无辐射照度显示的被校装置,测量辐射照度)和箱体的辐照不均匀性。(光谱)辐射照度的零值误差一般不超过1%(F S)。相对示值误差一般不超过5.0%。箱体的辐照不均匀性一般不超过1 7.6%。注:以上指标不适用于合格性判定,仅供参考。6 校准条件6.1 环境条件校准时实验装置内的相对湿度7 0%。6.2 校准方法、测量标准及其他设备校准方法:辐射照度计法、光谱辐射计法和水冷氙弧灯法。6
16、.2.1 辐射照度计法测量标准器具:每个波段的校准用辐射照度计至少一台,具有法定计量机构出具的校准证书。校准用辐射照度计的性能要求:零值误差应不超过1%(F S),相邻量程间的换挡误差不超过1%,相对示值误差不超过5%,长波响应误差2 0%,余弦误差6%,非线性1%,疲劳误差的绝对值2%。校准用辐射照度计的性能指标参照J J G8 7 9和I S O9 3 7 0。6.2.2 光谱辐射计法测量标准器具:满足性能要求的光谱辐射计一台,具有法定计量机构出具的校准证书。3J J F1 5 2 52 0 1 5市场监管总局市场监管总局为确保光谱辐射计的稳定性,建议校准实验室配光谱辐射照度标准灯一支,定
17、期对光谱辐射计进行校准。光谱辐射照度标准灯的性能指标要求与操作使用方法参照J J G3 8 4。光谱辐射计的校准方法参照A S TM G1 3 8-0 6。光谱辐射计的性能指标要求:最小光谱测量范围:3 0 0n m8 0 0n m;余弦误差:优于1 0%;带宽:1n m;波长误差:1n m;波长重复性:1n m;采样间隔:1n m;非线性:不超过1.0%;杂光辐射水平:1 0-4;探测阈值:1 0-4W/(m2n m);光谱辐射照度的测量重复性:优于1.0%;光谱辐射照度测量的长期不稳定性:优于5.0%/年;光谱辐射照度的测量不确定度:8.0%(k=2);光谱辐射计的性能指标要求参照I S
18、O9 3 7 0(E)。6.2.3 水冷氙弧灯法测量标准器具:校准用水冷氙弧灯2支,具有法定计量机构出具的(光谱)辐射照度校准证书。经校准的电功率计(带钳形表电流测量功能)1台,电功率测量不确定度0.5%(k=2)。校准用水冷氙弧灯的性能要求:水冷氙弧的(光谱)辐射照度的短期稳定性优于2.0%;水冷氙弧的(光谱)辐射照度的长期稳定性优于4.0%/年;水冷氙弧的(光谱)辐射照度不确定度9.0%(k=2)。校准用水冷氙弧灯的校准周期为2年,当累计使用时间超过5 0h时,应当重新校准。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目校准项目:辐射照度的零值误差。辐射照度的相对示值误差(或修正因子)。如果被校装
19、置无测量辐射照度的功能,则直接采用辐射照度计或光谱辐射计测量样品架位置的辐射照度。辐射照度的不均匀性。7.2 校准方法7.2.1 校准前检查氙弧灯气候老化试验装置的铭牌应标出商标、型号、出厂编号和出厂日期,对其使4J J F1 5 2 52 0 1 5市场监管总局市场监管总局用的电源和操作中的安全防护应给出准确、醒目的说明性标记。氙弧灯气候老化试验装置应附带使用说明书。氙弧灯气候老化试验装置应工作正常,氙弧灯管、光学滤光器以及测控辐射照度的部件应保持清洁,无影响性能的机械损伤。显示部分和按键等不应有影响正常工作的缺陷。对于旋转鼓型氙弧灯气候老化试验装置,在校准时停止样品架的旋转、关闭加湿或喷淋
20、功能。7.2.2 辐射照度的零值误差关闭氙弧灯光源时,记录老化装置监测仪器的辐射照度显示值E0,设此时的满量程值为E,则计算零值误差E为:E=E0/E1 0 0%(1)式中:E 零值误差,%;E0 老化装置监测仪器的(光谱)辐射照度显示值,Wm-2或Wm-2n m-1;E 老化装置监测仪器的满量程(光谱)辐射照度值,Wm-2或Wm-2n m-1。7.2.3 辐射照度的相对示值误差(修正因子)或辐射照度测量对于有辐射照度显示的被校装置,按照下面方法测量辐射照度的相对示值误差或修正因子。7.2.3.1 水冷氙弧灯辐射照度的测量方法a)辐射照度计或光谱辐射计法将标准辐射照度计或光谱辐射计的探测器放置
21、在样品架位置。调整探测器的接收面与氙弧灯灯管中心的距离,使探测器的接收面平行于氙弧灯灯管主轴,接收面的中心等同于水冷氙弧灯的中心。b)水冷氙弧灯法按照操作说明,将校准用水冷氙弧灯安装在被校老化试验装置中。7.2.3.2 空冷氙弧灯辐射照度的测量方法:将标准辐射照度计或光谱辐射计的探测器放置在样品架中心位置,调整探测器的接收面与氙弧灯灯管中心的距离,使探测器的接收面平行于氙弧灯灯管主轴。7.2.3.3 开启老化试验装置氙弧灯光源,预热5m i n。a)辐射照度计法重复测量三次,分别记录辐射照度计扣除暗电流后的辐射照度值E1、E2、E3,计算平均值作为标准辐射照度Es。Es=E1+E2+E33(2
22、)式中:Es 标准(光谱)辐射照度,Wm-2或Wm-2n m-1;E1、E2、E3 测量的(光谱)辐射照度,Wm-2或Wm-2n m-1。b)光谱辐射计法:根据需要校准的波长范围,选择光谱辐射计扫描的起止波长,5J J F1 5 2 52 0 1 5市场监管总局市场监管总局测量氙弧灯的光谱辐射照度,计算该波长范围内的积分辐射照度。重复测量三次,得到三个积分辐射照度值E1、E2、E3,根据式(2),计算平均值作为标准辐射照度值Es。记录装置显示的辐射照度值Em计算氙弧灯气候老化试验装置的相对示值误差 E或修正因子K。相对示值误差E的计算公式:E=Em-EsE s1 0 0%(3)式中:E 相对示
23、值误差,%;Em 记录装置显示的(光谱)辐射照度,Wm-2或Wm-2n m-1;Es 标准(光谱)辐射照度,Wm-2或Wm-2n m-1。修正因子K的计算公式:K=EsEm(4)式中:K 修正因子,无单位;Es 标准(光谱)辐射照度,Wm-2或Wm-2n m-1;Em 记录装置显示的(光谱)辐射照度,Wm-2或Wm-2n m-1。c)水冷氙弧灯法(装置具有校准功能)1)电功率校准点亮一只稳定的校准用水冷氙弧灯,将已校准的电功率计与仪器正确连接。根据电功率计的读数,在仪器的校准菜单中调节功率校准系数,对装置的功率测量示值校准。2)(光谱)辐射照度校准使用1只校准用水冷氙灯,点燃到与校准证书相同的
24、电功率,预热5m i n。在仪器的辐射照度校准菜单中,调节辐射照度修正系数,使仪器显示的(光谱)辐射照度值与该灯校准证书的(光谱)辐射照度值相同。3)(光谱)辐射照度核验更换另1只校准用水冷氙弧灯,点燃到校准功率下,检查此时仪器显示的(光谱)辐射照度值,若与证书上的(光谱)辐射照度偏差超过 3%,则需要从1)开始从头校准。d)水冷氙弧灯法(装置不具有校准功能)使用1只校准用水冷氙灯,点燃到与校准证书相同的电功率,预热5m i n。记录装置上监测探测器的(光谱)辐射照度值,重复测量三次,得到三个E1、E2、E3,取其平均值作为老化试验装置的辐射照度显示值Em。Em=E1+E2+E33(5)式中:
25、Em 老化试验装置的(光谱)辐射照度显示值,Wm-2或Wm-2n m-1;E1、E2、E3 测量的(光谱)辐射照度,Wm-2或Wm-2n m-1。6J J F1 5 2 52 0 1 5市场监管总局市场监管总局依据校准用水冷氙弧灯的校准证书,得到标准光(谱)辐射照度值Es。根据式(3)和式(4)计算相对示值误差E和修正因子K。7.2.3.4 通过改变氙弧灯的设定功率,得到不同的辐射照度数值。在被校老化装置的辐射照度测量范围内均匀地选校三个点。通过上述方法得到每个测量点的相对示值误差或修正因子。在使用光谱辐射计进行测量时,应确保选校的三个点均在光谱辐射计的线性范围内,避免产生非线性误差。如果氙弧
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