JJF 1992-2022长波辐射表校准规范-(高清版).pdf
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1、中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 9 9 22 0 2 2长波辐射表校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rP y r g e o m e t e r s 2 0 2 2-0 9-2 6发布2 0 2 3-0 3-2 6实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布长波辐射表校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rP y r g e o m e t e r sJ J F1 9 9 22 0 2 2 归 口 单 位:全国气象专用计量器具计量技术
2、委员会 主要起草单位:中国气象局气象探测中心 参加起草单位:江苏省无线电科学研究所有限公司 本规范委托全国气象专用计量器具计量技术委员会负责解释J J F1 9 9 22 0 2 2本规范主要起草人:崇 伟(中国气象局气象探测中心)丁 蕾(中国气象局气象探测中心)边泽强(中国气象局气象探测中心)参加起草人:孙立新(江苏省无线电科学研究所有限公司)闫加俊(江苏省无线电科学研究所有限公司)J J F1 9 9 22 0 2 2目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和计量单位(1)4 概述(1)5 计量特性(2)5.1 灵敏度与修正系数(2)5.2 稳定性(2)6 校准条件(2)6.
3、1 环境条件(2)6.2 测量标准及其他设备(2)7 校准项目和校准方法(3)7.1 校准项目(3)7.2 校准方法(3)8 校准结果的表达(6)9 复校时间间隔(6)附录A 长波辐射计算方法(7)附录B 长波辐射表表体温度和罩体温度计算方法(9)附录C 校准结果的不确定度评定示例(1 0)附录D 长波辐射表校准记录(参考格式)(1 5)附录E 校准证书(参考格式)(1 7)J J F1 9 9 22 0 2 2引 言 J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则、J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义和J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不
4、确定度评定与表示共同构成支撑本规范制定的基础性系列规范。本规范为首次发布。J J F1 9 9 22 0 2 2长波辐射表校准规范1 范围本规范适用于测量大气辐射和地球辐射的长波辐射表(又称为“地球辐射表”)的校准。2 引用文件本规范引用下列文件:J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义G B/T3 1 1 6 32 0 1 4 太阳能资源术语G B/T3 3 7 0 12 0 1 7 长波辐射表I MO1 2 0 达沃斯物理观象台/世界辐射中心-红外辐射测量部长波辐射表校准程序(P y r g e o m e t e rC a l i b r a t i o nP r o
5、c e d u r ea t t h ePMO D/WR C-I R S)凡是注日期的引用文件,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 术语和计量单位3.1 长波辐射 l o n g w a v er a d i a t i o n波长介于3m1 0 0m的电磁辐射。3.2 长波辐射表灵敏度 p y r g e o m e t e rs e n s i t i v i t y长波辐 射 表 输 出 的 电 信 号 与 净 长 波 辐 照 度 的 比 值,单 位 为 微 伏 平 方 米 每 瓦(Vm2W-1)。4 概述长波辐射表是用于测
6、量大气长波辐射和地球长波辐射的仪器,它主要由长波辐射入射窗口罩、感应器件(黑色感应面与热电堆)、测温元件、防辐射罩、水平泡、表体、信号输出端和水平调节螺钉等部件组成,结构示意图如图1所示。图1 长波辐射表结构示意图1长波辐射入射窗口罩;2感应器件;3测温元件;4防辐射罩;5水平泡;6表体;7信号输出端;8水平调节螺钉1J J F1 9 9 22 0 2 2长波辐射表利用辐射平衡原理进行长波辐射测量,即它在接收外界投射的长波辐射的同时,自身也向外界发射长波辐射。因此,长波辐射表的热电堆输出的感应电动势正比于其接收到的净长波辐射,即正比于外界入射的长波辐射与其自身向外发射的长波辐射之差。通过准确测
7、定感应电压,可计算出净长波辐射;通过自身的热敏电阻或铂电阻等测温元件测量表体温度和罩体温度,可计算出长波辐射表向外界发射的长波辐射,这样就可计算出外界投射到长波辐射表上的长波辐射,计算公式见附录A。通常,长波辐射表视场角分为1 8 0 和1 5 0 两种,输出类型包括模拟输出和数字输出。其中,模拟输出型的长波辐射表仅进行灵敏度校准;数字输出型的长波辐射表可对修正系数进行校准,也可以对灵敏度进行校准。5 计量特性5.1 灵敏度与修正系数5.2 稳定性6 校准条件6.1 环境条件长波辐射表校准在室外进行,校准条件包括:(1)温度:(03 0);相对湿度:小于8 0%;风速:小于5m/s。(2)距离
8、仪器感应面没有大于5 的遮挡物。(3)校准时间为日落2h之后。(4)标准净长波辐照度小于-4 0Wm-2。(5)标准长波辐照度值的标准偏差小于3Wm-2。6.2 测量标准及其他设备测量标准及其他设备主要技术指标见表1。表1 测量标准及其他设备分类名 称测量范围主要技术指标测量标准标准长波辐射表长波辐照度:(09 0 0)Wm-2;净长波辐照度:(-2 5 02 5 0)Wm-2灵敏度年稳定性:1%;辐照度扩展不确定度:5.0Wm-2(k=2)数字多用表或数据采集器电压:(-1 0 01 0 0)mV;电阻:(01 0 0)k 分辨力不低于六位半。最大允许误差:电压:不高于(5 01 0-6读数
9、+3 51 0-6量程);电阻:1 0k 量程,不高于(1 0 01 0-6读数+1 01 0-6量程);1 0 0k 量程:不高于(1 0 01 0-6读数+1 01 0-6量程)2J J F1 9 9 22 0 2 2表1(续)分类名 称测量范围主要技术指标其他设备环境监测设备温度:(-5 05 0);相对湿度:1 0%1 0 0%;风速:(03 0)m/s温度:0.2;相对湿度:2%;风速:(0.5m/s+0.0 3v)(v为实际风速)通风器 风量:不小于1 6 0m3h-1;风速:不小于2ms-17 校准项目和校准方法7.1 校准项目校准项目及对应的校准方法条款见表2。表2 校准项目表
10、校准项目校准方法对应条款灵敏度与修正系数校准方法见7.2.2稳定性校准方法见7.2.3 注:可根据实际应用需要,选择要校准的计量特性项目。7.2 校准方法7.2.1 外观检查对长波辐射表的外观和结构进行检查。长波辐射表外观应完好,入射窗口罩无磨损,表体无明显变形和机械损伤;水平泡清晰可见;铭牌和标记应完整、清晰、醒目。7.2.2 灵敏度与修正系数7.2.2.1 校准程序校准期间,应避免人员靠近或遮挡,以减少对校准结果造成影响。校准程序如下:a)将标准长波辐射表和被校长波辐射表安装到通风器中,稳定放置在室外校准平台上,标准长波辐射表和被校长波辐射表之间的距离不大于1 0m,清洁标准长波辐射表和被
11、校长波辐射表的入射窗口罩,调节水平。b)对模拟输出型长波辐射表,将标准长波辐射表和被校长波辐射表的电压和电阻输出端与数字多用表或数据采集器连接,测量电压和电阻信号,为避免干扰,电压与电阻通道之间空出一个通道;对数字输出型长波辐射表,标准长波辐射表和被校长波辐射表直接与计算机串口相连,直接测量长波辐照度。测量过程中应保持标准长波辐射表和被校长波辐射表供电正常。c)正式校准测量之前,打开数字多用表或数据采集器电源,同步采集标准长波辐射表和被校长波辐射表输出值,检查并确认输出值的正负极性、大小和稳定性正常。所有仪器仪表预热测量0.5h以上。d)校准时,采样时间间隔介于(13)m i n,测量时间为(
12、24)h。校准一般在3J J F1 9 9 22 0 2 2日落2h之后进行。记录校准期间的环境温度、湿度和风速等参数。7.2.2.2 数据处理a)计算标准净长波辐照度值和标准长波辐照度值。标准长波辐射表为模拟输出型长波辐射表时,分别根据附录A公式(A.2)和公式(A.5)所示的计算方法,代入标准长波辐射表电压输出值、灵敏度值、表体温度、罩体温度,计算出标准净长波辐照度值和标准长波辐照度值,其中表体温度和罩体温度计算方法见附录B。标准长波辐射表为数字输出型长波辐射表时,标准净长波辐照度值计算方法与模拟输出型长波辐射表一样,标准长波辐照度值则用标准长波辐射表输出的长波辐照度乘以其修正系数获得。b
13、)对测量数据进行质量控制。主要包括以下步骤:1)剔除罩体温度绝对值大于3 1 3.1 5K、表体温度绝对值大于3 1 3.1 5K等对应的长波辐射数据;2)剔除标准净长波辐照度大于-4 0Wm-2对应的长波辐射数据;3)剔除标准长波辐照度标准偏差大于3Wm-2对应的长波辐射数据;4)剔除被校长波辐射表输出长波辐照度值或电压信号的相对标准偏差大于3%对应的长波辐射数据;5)校准时间段内8 0%数据可用,此段数据才可用于校准。c)计算被校长波辐射表灵敏度。利用标准长波辐照度数据和被校长波辐射表同步采集的电压与电阻信号,按公式(1)计算被校长波辐射表灵敏度值(修约到小数点后3位):Ki =Uti 1
14、+k1T3Bi Esi -k2T4Bi +k3T4Di -T4Bi (1)式中:Ki 被校长波辐射表第i个灵敏度值,Vm2W-1;Uti 被校长波辐射表测得的第i个净长波辐射电压值,V;Es(i)标准长波辐射表测得的第i个标准长波辐照度值,Wm-2;TB(i)被校长波辐射表测得的第i个表体温度,K;TD(i)被校长波辐射表测得的第i个罩体温度,K;k1,k2,k3 被校长波辐射表的仪器修正因子,k1的单位为Km2W-1,k2和k3无量纲;斯忒藩-玻尔兹曼常数,=5.6 7 041 0-8Wm-2K-4。按公式(2)计算灵敏度的平均值K(修约到小数点后2位):K=1nni=1Ki (2)式中:n
15、 同步测量次数。按公式(3)计算灵敏度单次测得值的实验标准偏差s:s=1n-1ni=1Ki -K 2(3)4J J F1 9 9 22 0 2 2 如果Ki 与K的差值的绝对值大于3s,剔除最大的差值绝对值对应的K i ,重新计算K和s,直至所有Ki 与K的差值的绝对值小于或等于3s,取最终的K作为校准结果。d)计算被校长波辐射表修正系数。根据标准长波辐照度数据和被校长波辐射表同步采集的长波辐照度值,按公式(4)计算被校长波辐射表修正系数(修约到小数点后5位):Ci =Esi Eti (4)式中:Ci 被校长波辐射表第i个修正系数;Esi 标准长波辐射表测得的第i个标准长波辐照度值,Wm-2;
16、Eti 被校长波辐射表输出的第i个长波辐照度值,Wm-2。按公式(5)计算修正系数的平均值C(修约到小数点后4位):C=1nni=1Ci (5)式中:n 同步测量次数。按公式(6)计算修正系数单次测得值的实验标准偏差s:s=1n-1ni=1Ci -C 2(6)如果Ci 与C的差值的绝对值大于3s,剔除最大差值绝对值对应的Ci ,重新计算C和s,直至所有Ci 与C的差值绝对值小于或等于3s,取最终的C作为校准结果。7.2.3 稳定性稳定性用灵敏度与修正系数的年变化率来衡量。灵敏度的稳定性按公式(7)计算,修正系数的稳定性按公式(8)计算:K=K2-K1K11 0 0%(7)式中:K 模拟输出型长
17、波辐射表灵敏度的年稳定性;K1 长波辐射表上一年的灵敏度,Vm2W-1;K2 长波辐射表新校准出的灵敏度,Vm2W-1。C=C2-C1C11 0 0%(8)式中:C 数字输出型长波辐射表修正系数的年稳定性;C1 长波辐射表上一年的修正系数;C2 长波辐射表新校准出的修正系数。5J J F1 9 9 22 0 2 28 校准结果的表达校准结果应在校准证书上反映(校准证书格式参考附录D、附录E)。校准证书至少应包括以下信息:a)标题“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象
18、的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性应用有关,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的声明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。9 复校时间间隔建议长波辐射表的复校时间间隔为2年,当发现长波辐射测量值出现异常时,建议提前送校。由于复校时间间隔的长短
19、是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的,因此,送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。6J J F1 9 9 22 0 2 2附录A长波辐射计算方法长波辐射表在接收外界投射长波辐射的同时,自身也在向外界发射长波辐射,根据热电响应特性,长波辐射表热电堆输出电动势正比于冷热端的温度差,因此,长波辐射表输出的电压信号正比于其接收到的净长波辐射,即正比于外界入射的长波辐射与长波辐射表自身向外发射的长波辐射之差,如公式(A.1)所示:U=K1+k1 T3BEn e t=K1+k1 T3B(Ei n-Eo u t+E)(A.1)En e t=UK(1+k1 T3B)(A.2)Eo
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