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JJF 1552-2015辐射测温用-10℃~200℃黑体辐射源校准规范-(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 5 5 22 0 1 5辐射测温用-1 0 2 0 0黑体辐射源校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rB l a c k b o d yR a d i a t i o nS o u r c e so fR a d i a t i o nT h e r m o m e t r yf r o m-1 0t o2 0 0 2 0 1 5-1 2-0 7发布2 0 1 6-0 3-0 7实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布辐射测温用-1 0 2 0 0黑体辐射源校准
2、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 rB l a c k b o d yR a d i a t i o nS o u r c e so fR a d i a t i o nT h e r m o m e t r yf r o m-1 0t o2 0 0J J F1 5 5 22 0 1 5 归 口 单 位:全国温度计量技术委员会 起 草 单 位:中国计量科学研究院 本规范委托全国温度计量技术委员会负责解释J J F1 5 5 22 0 1 5本规范起草人:王景辉(中国计量科学研究院)邢 波(中国计量科学研究院)原遵东(中国计量
3、科学研究院)J J F1 5 5 22 0 1 5目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语(1)4 概述(1)4.1 用途(1)4.2 原理与结构(1)4.3 黑体辐射源的特性参数(2)5 计量特性(2)5.1 亮度温度(2)5.2 温度稳定性(2)5.3 温度均匀性(2)5.4 绝缘电阻(2)6 校准条件(2)6.1 环境条件(2)6.2 标准及辅助设备(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 校准结果表达(7)9 复校时间间隔(7)附录A 黑体辐射源亮度温度校准模型(8)附录B 黑体辐射源亮度温度校准不确定度评定实例(1 0)附录C 校
4、准报告内页参考格式(1 4)J J F1 5 5 22 0 1 5引 言 本规范依据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则编写。黑体辐射源作为标准辐射源,广泛用于辐射测温领域中,是研究辐射理论,复现温标及校准辐射温度计、红外热像仪等辐射测温仪表必需的设备。本规范采用亮度温度直接比较测量法校准黑体辐射源有效亮度温度。本规范为首次发布。J J F1 5 5 22 0 1 5辐射测温用-1 02 0 0黑体辐射源校准规范1 范围本规范适用于辐射测温用黑体辐射源在-1 02 0 0范围内有效亮度温度校准。2 引用文件J J F1 0 0 72 0 0 7 温度计量名词术语及定
5、义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3.1 绝对黑体 a b s o l u t eb l a c k b o d y对任意方向、波长和偏振状态的入射辐射都能全部吸收的理想热辐射体。J J F1 0 0 72 0 0 7,5.93.2 空腔黑体辐射源 c a v i t yb l a c k b o d yr a d i a t i o ns o u r c e用于检定或校准辐射温度计、具有稳定控制的温度和明确的发射率且热辐射特性接近于黑体的凹形装置。A S TM E 2 8 4 72 0 1 3,3.
6、1.23.3 法向光谱发射率 n o r m a l s p e c t r a le m i s s i v i t y物体的法向光谱辐射亮度与同温度黑体光谱辐射亮度之比。3.4 有效发射率 e f f e c t i v ee m i s s i v i t y黑体辐射源有效光谱辐射亮度与同温度黑体辐射亮度之比。3.5 有效亮度温度 e f f e c t i v er a d i a n c e t e m p e r a t u r e在给定波长范围,辐射亮度与被测热辐射体的有效辐射亮度相等的黑体的温度。4 概述4.1 用途黑体辐射源用于校准辐射温度计、红外热像仪等辐射测温仪器。4.2
7、 原理与结构等温封闭空腔内的热辐射为黑体辐射。黑体辐射源是具有小孔的等温空腔,其辐射特性近似绝对黑体。黑体辐射源为温度已知并可稳定工作的热辐射源。黑体辐射源通常由黑体空腔、温度测量与控制系统等构成。空腔通常为圆柱圆锥型、双圆锥型、圆柱型或球型等。黑体辐射源在低于露点温度使用时,应有措施保证空腔内表面无结露和结霜。1J J F1 5 5 22 0 1 54.3 黑体辐射源的特性参数黑体辐射源特性参数包括腔口直径、有效发射率、亮度温度、温度均匀性和温度稳定性等。5 计量特性5.1 亮度温度黑体辐射源亮度温度的不确定度应满足所开展的辐射温度计校准的不确定度要求。5.2 温度稳定性温度稳定性为正常工作
8、状态下,在规定时间间隔内黑体辐射源空腔底部亮度温度变化的最大值。通常时间间隔为1 0m i n。5.3 温度均匀性温度均匀性为黑体辐射源有效辐射区域内各点相对于中心点的温差。绝对值应不大于0.1 5和0.1 5%黑体辐射源温度(单位为)中的大者。5.4 绝缘电阻常温下,黑体辐射源的绝缘电阻不小于0.5M。注:以上指标不是用于合格性判别,仅供参考。6 校准条件6.1 环境条件环境温度:(2 35);相对湿度:2 0%8 5%。应满足标准及辅助设备、被校准设备的使用环境条件要求。应无影响校准结果的环境辐射和空气对流。6.2 标准及辅助设备黑体辐射源比较测量设备由标准黑体辐射源、比较用辐射温度计和辅
9、助设备组成。6.2.1 标准黑体辐射源标准黑体辐射源应符合表1的要求,建议使用热管或恒温槽黑体辐射源。表1 标准黑体辐射源技术要求性能参数技术指标温度范围满足校准温度范围要求腔口直径满足比较用辐射温度计的2倍以上视场直径要求,且直径一般不小于4 0mm有效发射率0.9 9 8温度稳定性0.0 5/1 0m i n温度均匀性0.1参考温度计准确度二等标准铂电阻温度计或不低于同等准确度的其他温度计6.2.2 比较用辐射温度计比较用辐射温度计应符合表2的要求。2J J F1 5 5 22 0 1 5表2 比较用辐射温度计技术要求性能参数技术指标温度范围满足校准温度范围要求工作波段(81 4)m或接近
10、波段,其他波段可选比较测量结果的噪声等效温差和分辨力应不劣于校准结果的最小量化值。通常不大于0.0 5视场不超过黑体辐射源腔口直径的1/2最大允许误差(1%读数)或1.46.2.3 辅助设备同尺寸光阑2个,光阑温度应恒定,且2个光阑温度相同(建议使用恒温槽为光阑提供恒温水)。光阑直径应大于比较用辐射温度计视场,建议为辐射温度计视场的1.5倍。光阑表面应具备高吸收比。光阑温度的不确定度不大于1。精密移动台或支架,用于测量标准和被校准黑体辐射源时比较用辐射温度计的位置切换。参考温度计配套的电测设备,准确度不低于0.0 1级。绝缘电阻测试仪,准确度不低于1 0级。7 校准项目和校准方法7.1 校准项
11、目校准项目见表3。表3 校准项目序号项目名称1绝缘电阻2温度稳定性3温度均匀性4亮度温度7.2 校准方法7.2.1 校准原理采用比较法,以标准黑体辐射源为标准,辐射温度计为比较器,校准黑体辐射源亮度温度。校准装置如图1所示。3J J F1 5 5 22 0 1 5图1 校准装置将标准和被校准黑体辐射源稳定在相同温度。使用辐射温度计分别测量标准、被校准黑体辐射源亮度温度的示值,根据公式(1)计算被校准黑体辐射源的亮度温度:Tc=Ts+Tc r-Ts r=Ts+Tr(1)式中:Tc 被校准黑体辐射源的亮度温度,K;Ts 标准黑体辐射源的亮度温度,K;Ts r 辐射温度计测量标准黑体辐射源亮度温度示
12、值,K;Tc r 辐射温度计测量被校准黑体辐射源亮度温度示值,K;Tr Tc r与Ts r的差,K。标准黑体辐射源亮度温度Ts由公式(2)计算:21L(,Ts)d=21sL(,Tt)d+21(1-s)L(,Ta m)d(2)式中:L(,T)黑体光谱辐射亮度,W/(m3s r);2,1 辐射温度计工作波段的上、下限,m;Ts 标准黑体辐射源的亮度温度,K;Tt 标准黑体辐射源参考温度计测量的实际温度,K;Ta m 标准黑体辐射源所处环境温度(近似采用光阑温度),K;s 标准黑体辐射源的有效发射率。黑体辐射源亮度温度校准模型详见附录A。7.2.2 绝缘电阻测试在不连接电源的情况下,将黑体辐射源电源
13、开关打开。对使用接触器(需接通外部电源后才能接通的开关)的黑体辐射源,如可能,应设法使接触器处于接通状态。使用绝缘电阻测试仪在5 0 0V测试电压下,分别测量黑体辐射源电源输入端的相线4J J F1 5 5 22 0 1 5L与地线G、中线N与地线G、相线L与仪器外壳的绝缘电阻。取所有测量值中的最小值作为绝缘电阻的测量结果。7.2.3 温度稳定性测试7.2.3.1 测试方法1)选择温度点,在黑体辐射源温度范围内均匀分布,优先选择整1 0点,也可根据用户要求选择。2)被校准黑体辐射源温度设定在测试温度点,1 0m i n的温度控制稳定性不大于0.1和0.1%|t|中的大者(t为校准点温度值)。3
14、)不使用光阑。4)调整辐射温度计方位,使得辐射温度计与黑体辐射源同轴。5)每个温度点共进行n次(通常为1 1次)测量。每次测量时间间隔通常为1m i n。记录辐射温度计测量值。7.2.3.2 数据处理温度稳定性由公式(3)计算:Tc r=Tc rm a x-Tc rm i n(3)式中:Tc r 被校准黑体辐射源的温度稳定性,K;Tc rm a x 辐射温度计测量被校准黑体辐射源亮度温度示值最大值,K;Tc rm i n 辐射温度计测量被校准黑体辐射源亮度温度示值最小值,K。注:在给出结果时温度单位可按习惯使用单位。以下公式可相同处理。7.2.4 温度均匀性测试7.2.4.1 测试方法1)选择
15、温度点,在黑体辐射源温度范围内均匀分布,优先选择整1 0点,也可根据用户要求选择。2)均匀性测试位置可选择黑体辐射源空腔底部的中部、上部、下部、左部和右部五个点,或按用户要求选择。3)被校准黑体辐射源温度设定在测试温度点,1 0m i n的温度稳定性不大于0.1和0.1%|t|中的大者(t为校准点温度值)。4)不使用光阑。5)调整辐射温度计方位,使辐射温度计与黑体辐射源同轴。此时辐射温度计瞄准黑体辐射源的中心位置。6)测量顺序可按中上、中左、中右、中下顺序测量。7)每个位置上共进行n次(通常为3次)测量。7.2.4.2 数据处理温度均匀性为各点温度与中心温度之差,根据公式(4)计算:TFi=T
16、c ri-Tc r c(4)式中:TFi 各点温度与中心温度之差,K;5J J F1 5 5 22 0 1 5Tc ri 黑体辐射源上部、下部、左部和右部的亮度温度测量平均值(i=1,2,3,4),K;Tc r c 黑体辐射源中心位置亮度温度的平均值,K。7.2.5 亮度温度校准7.2.5.1 校准前的准备1)选择校准温度点。在黑体辐射源温度范围内均匀分布,优先选择整1 0点,也可根据用户要求选择。2)电测设备预热。3)使标准和被校准黑体辐射源温度均处于校准温度点0.5 之内。标准黑体辐射源的温度稳定性满足表1的相应要求,被校准黑体辐射源1 0m i n的温度稳定性不大于0.1和0.1%|t|
17、中的大者(t为校准点温度值)。4)将光阑分别放置在标准黑体辐射源和被校准黑体辐射源空腔之前。光阑应保持与辐射源同轴,在不被显著加热和不影响黑体辐射源温度分布与有效发射率的前提下,靠近黑体辐射源,一般距黑体辐射源5c m。5)光阑的温度设定在环境温度附近,温度稳定在0.2/1 0m i n以内认为达到稳定。6)辐射温度计的瞄准。首先调整光阑和黑体辐射源的相对位置,光阑与黑体辐射源同轴。调整辐射温度计方位,使得辐射温度计与光阑同轴。标识或记录辐射温度计的两个位置。7.2.5.2 亮度温度比较测量1)每组测量可按下列操作顺序进行:瞄准标准黑体辐射源,调整好位置后测量。记录n次(通常为3次)标准黑体辐
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