有效亮度温度测量中发射率影响的修正

经典的短波高温修正模型不适用于中长波红外温度计的发射率修正和不确定度评定。采用有效亮度温度概念,得到了对于温度范围和测温波长具有广泛适用性的发射率影响模型以及具有简明物理含义的微差近似形式,包含了经典亮度温度理论中的发射率影响修正和环境辐射误差修正。定量分析了经典的短波高温修正模型的误差。针对黑体辐射源的不同溯源方法,讨论了辐射温度计校准中的发射率影响修正方法,并给出修正实例。所用方法可用于辐射测温应用、辐射温度计校准和黑体辐射源校准中的发射率和环境影响修正以及辐射源发射率不确定度对校准结果不确定度贡献的计算。     

黑体辐射源发射率对辐射测温准确度的影响及修正方法

随着辐射温度计的广泛应用,对准确测量、校准或检定的要求越来越高.尽管黑体辐射源的性能不断提高,但黑体辐射源发射率偏离1仍然是影响辐射温度计校准/检定或相关应用准确度的关键问题.可是目前对辐射温度计的校准常常忽略黑体辐射源发射率偏离1的影响或在分析中采用不适当的计算.针对常见的辐射温度计,阐述了对黑体辐射源发射率的影响进行修正与不确定度评定的一般方法,对复杂的宽带辐射温度计提出可行的近似计算方法,并对最常见的8～14μm宽带辐射温度计给出了计算结果.分析结果表明,对于较长波长的辐射温度计,在中高温区的校准或检定中所经常使用黑体辐射源发射率值所引起的亮度温度误差是显著的,应予以修正.     

基于VBA实现黑体辐射源发射率偏离1引起有效亮度温度修正

按照最新的工作用辐射温度计检定规程和辐射测温用-10～200℃黑体辐射源校准规范要求,需要根据有效亮度温度概念,通过对黑体辐射源进行发射率影响修正和环境辐射误差修正,文章对有效亮度温度发射率影响数学模型,使用VBA语言,研究二分算法,高效实现有效亮度温度与实际温度的修正计算,从而为日常检定、校准工作提供了有力的技术保障。     

发射率设定值不为1的辐射温度计的校准

分析了用黑体辐射源校准发射率设定值小于1的辐射温度计时,对温度计示值的影响,介绍了近似修正方法及典型计算结果.     

发射率对辐射温度计检定结果的影响分析

在环境温度一定情况下,主要通过计算黑体辐射源发射率、辐射温度计发射率设定分别对特定响应波长辐射温度计测量结果修正值的大小,分析和讨论了在计量检定工作中发射率对辐射温度计测量结果的影响大小,并阐述了在结果计算中对它们进行修正的必要性和重要性。     

黑体辐射源的多波长有效亮度温度校准和不同溯源方式特点分析

介绍了中国计量科学研究院建立的标准变温黑体辐射源和有效亮度温度比较装置;阐述了黑体辐射源多波长有效亮度温度校准的2种方法,给出典型校准结果并分析了辐射源特性。比较分析了3种溯源方式的性能特点及其应用的影响因素。提出控温复现性的概念,它是以往未被重视的辐射源关键性能参数。多波长有效亮度温度校准是可减小或消除有效发射率和接触测温测点温差影响的溯源方案,与传统溯源方式特性互补,可用于评价辐射源的有效发射率和测点温差,对控温复现性好的辐射源效果最优。     

浴式黑体辐射源校准方法研究

介绍了几种典型的浴式黑体辐射源,并详细说明了校准方法。校准过程包括恒温槽内工作区域划定、介质温度测量、黑体腔有效发射率评估、辐射温度有效发射率修正等步骤。最终给出了浴式黑体辐射源的校准结果,并进行了不确定度评定。     

精密黑体辐射源标准装置设计研究

为了解决辐射温度计的检定、校准中因黑体辐射源发射率低问题而引入的修正问题,文章设计了温度范围为-10~110℃的精密黑体辐射源。在等温条件下,利用基于光线跟踪技术的Monte Carlo方法对黑体空腔法向有效发射率进行了计算,结果表明,设计的精密黑体辐射源理论法向有效发射率不低于0.999 2。     

使用黑体辐射源作为参考标准校准辐射温度计的不确定度分析

随着黑体辐射源制造水平的不断提高,在50～300℃区间内,其长期稳定性可以满足作为标准器的要求,现行的JJG 856—2015《工作用辐射温度计》检定规程规定了可以使用具有亮度温度数据的黑体辐射源作为标准器校准工作用辐射温度计。本文讨论了使用具有亮度温度校准数据的黑体辐射源作为参考标准校准工作用辐射温度计校准结果的不确定度。     

发射率0.95的单波段辐射温度计的校准方法探讨

目前发射率0.95的辐射温度计应用十分广泛,对于这类辐射温度计还没有统一的校准规范。文章对发射率为0.95、光谱范围为8~14μm单波段辐射温度计的校准方法进行了探讨,主要首先讨论了辐射源的选用,其次针对选用黑体辐射源作为标准时辐射温度计理论示值的修正算法,对斯忒藩—玻尔兹曼全辐射定律、极限有效波长法和积分法得到的结果进行了比较,最后对校准过程中环境辐射的影响、校准距离的确定和对辐射源腔口直径的要求给出了相关建议。     

环境辐射对辐射温度计测量结果的影响

在辐射温度计响应波长一定情况下,主要通过计算环境辐射对黑体辐射温度、发射率不为1辐射温度计的修正值,分析和讨论了在计量检定工作中环境辐射对辐射温度计测量结果的影响大小,并阐述了在结果计算中对它们进行修正的必要性和重要性。     

0.95发射率辐射源模拟装置

采用局部遮挡的方法制成平均透射比为0.95的装置,用光学实验方法测量了该装置的透射比,并对可调预设发射率的辐射温度计进行了校准验证.实验证明直接将该装置置于实验室现有黑体辐射源前,可模拟0.95发射率辐射源直接校准发射率设置为0.95的辐射温度计.也可采用局部遮挡的方法建立其它发射率数值的辐射源模拟装置.     

氟利昂热管黑体辐射源性能实验研究

为了满足机场、车站等红外筛检仪器辐射温度现场校准的要求,文章介绍了一种氟利昂热管黑体辐射源。黑体辐射源空腔形状为圆柱-圆锥形,空腔长100 mm,锥角为120腔,法向平均有效发射率计算值为0.995。利用TRT2辐射温度计对黑体辐射源腔底进行辐射温度测量,对热管进行不同角度的倾斜,测得的黑体辐射源温度稳定性优于0.2℃,氟利昂热管空腔内均匀性优于0.2℃,可以满足现场校准需求。     

工作用辐射温度计固有误差测量不确定度的评定

将黑体辐射源作为计量标准,采用亮度温度溯源方法,适用于便携性好的中低温辐射源;将黑体辐射源和参考温度计的组合作为计量标准,并以辐射温度计为标准进行溯源,适用于便携性差和不具备可拆卸的接触式温度计的高温黑体辐射源。文章实验中在50~700℃和800~1 600℃两个温度范围内,使用了两种不同的计量标准类别,相应地选用了两个常见的辐射温度计作为被测对象,按照JJG 856—2015《工作用辐射温度计》的要求考虑了辐射源发射率偏离1等因素对固有误差的影响,分段评定了被测温度计示值固有误差的不确定度。     

辐射温度计校准设备准标准黑体技术探讨及实际测量应用

标准黑体是校准辐射温度计的主要设备,但迄今为止对黑体辐射技术的研究仍在不断的完善之中,本文论述了通过准确标定标准黑体的辐射温度,来验证黑体发射率的技术探讨及在实际测量应用中总结出的关于辐射温度计校准中存在的几个问题。     

传递辐射温度计性能实验研究

通过对商用温度计进行改造建立了传递辐射温度计(TRT),用于30～50℃黑体辐射源辐射温度校准.针对环境温度波动对传递温度计输出的影响作用进行了实验研究,通过采用温度计恒温措施消除传递辐射温度计输出漂移.实验确定了传递辐射温度计的辐射源尺寸效应(SSE),采用水冷光阑消除传递辐射温度计SSE对辐射温度差测量的影响.     

黑体辐射源发射率偏离1亮度温度溯源到比色温度的影响

介绍了辐射原理,对三种常用的传递方式进行分析,最终结果是用接触式温度计作为标准器,受黑体辐射源发射率偏离1影响最小,得到的检定/校准结果更准确。     

大口径高发射率面型黑体辐射源的研制

黑体辐射源作为定标标准器,在红外测量设备的辐射定标中具有重要作用。为应对大口径红外测量设备的辐射定标工作需求,设计了1台辐射面积为400mm×400mm的面型黑体辐射源。采用多路控温和连接固定冷源的方式对黑体进行温度控制;通过热仿真确定合适的传热模型,同时结合高发射率涂层工艺与辐射面的结构设计使黑体具备高发射率,辐射面有效发射率可达到0.992;在真空环境下,利用标准铂电阻温度计测量得到黑体辐射面源的温度均匀性偏差最大为0.101K,稳定性平均值为0.018K/10min,该黑体辐射光源能够满足现阶段大口径红外测量设备的使用需求。     

100～400K真空红外亮温标准黑体辐射源研制

介绍了中国计量科学研究院研制的100~400K真空红外亮温标准黑体辐射源的工作原理、结构、性能测试方法及测试结果。黑体辐射源通过液氮制冷与3温区控制实现了100~400K范围内的温度控制。在真空环境下,测试了其在温度范围100~400K轴向温度均匀性、底部温度稳定性等技术指标,结果表明均匀性优于0.120K,控温稳定性优于0.020K/20min;在室温大气环境下,利用基于控制环境辐射的发射率测量方法测量了黑体空腔发射率,空腔法向发射率为0.9998。采用基于蒙特卡罗黑体发射率仿真计算方法分析轴向温度均匀性对空腔发射率的影响,分析了标准黑体辐射源的不确定度来源,在8~16 μm波长亮度温度的合成标准不确定度优于0.030K。     

有效亮度温度理论

经典亮度温度和有效波长理论忽略了环境辐射的影响,且实际测温理论偏离了亮度温度的定义.考虑了环境辐射影响,提出新的有效亮度温度概念,使有效亮度温度适用于存在环境辐射的任意温度测量;进一步提出了基于带通辐射温度计测量的积分有效亮度温度和等效波长理论,使辐射温度计的"主观"测量结果与物体的客观辐射特性相联系,避免了实际测量理论偏离被测量定义.