900 nm照度辐射温度计的研制

介绍了中国计量科学研究院基于黑体辐射原理研制的波长为900 nm、测温范围为600～1 500 ℃的照度辐射温度计。该辐射温度计测量探测器接收的光谱辐射照度,采用单点分度法,结合有效波长测量技术,直接依据普朗克辐射定律计算被测温度,具有结构简单、测温稳定性好的特点。单点分度法以Cu点为固定点在Al点测温偏差为-0.04 ℃,而在800 ℃和900 ℃两个点,与RT9032辐射温度计测量结果偏差分别为0.09 ℃和0.11 ℃。     

低温标准黑体辐射源的性能研究

利用半导体制冷技术与热管技术,研制了低温达-30 ℃的新型低温黑体辐射源。通过实验得到其温度稳定性优于0.02 ℃/20min,均温区腔壁的轴向温度均匀性优于0.3 ℃,热管空腔有效发射率计算值大于0.999 2。利用基于光线跟踪技术的Monte Carlo方法,计算得出该热管空腔发射率从中心到边缘位置的变化规律为逐渐减小的趋势,发射率的平均变化率仅为0.06‰,说明轴向温场均匀性对法向平均有效发射率的影响较小。     

发射率影响修正近似公式及其适用性分析

黑体辐射源的有效发射率影响是辐射测温计量标准中的重要影响因素.本文利用有效亮度温度概念,对辐射温度计或黑体辐射源检定校准中的发射率影响修正模型的多种简化形式进行了分析比较.定量分析了Wien近似、忽略环境辐射近似和微差近似等几种近似模型的温度与波长适用性.其中微差模型具有简明的物理含义,经典的短波高温修正模型不宜用于常见的8～14μm辐射温度计的测量结果修正.在有效亮度温度测量与校准的发射率修正和不确定度传播计算中,本文分析结果为在不同波长和温度范围合理选择简化公式提供了参考依据.     

辐射测温的广义有效亮度温度

针对实际测温中的问题和经典亮度温度理论的不足,提出了以灰体为参照辐射体的广义有效亮度温度概念;利用等效波长理论阐述了带通辐射温度计测量的"主观"特性(积分广义有效亮度温度)与表面有效辐射的"客观"特性(广义有效亮度温度)的关系;分析归纳了广义有效亮度温度的特性以及它与广义亮度温度、有效亮度温度和经典亮度温度之间的关系。广义有效亮度温度理论是对以黑体为参考辐射体的经典表观温度理论的发展,能够在理论上表达和解释亮度测量辐射温度计的实际测量结果,包括在经典理论中缺乏解释的具备发射率修正功能的辐射测温计的测量结果。     

热流计校准装置测量控制系统的建立

对采用绝对法的检零式箔加热热流源进行了改进,建立了校准热阻式热流计的整套新控制装置。采用PID调节实现主加热器与辅助加热器之间绝热面的零热流控制,基于LabVIEW软件平台实现整个装置的自动化控制、数据采集及处理。对检零热流计的热损失进行了实验评价和修正。校准结果因控制系统引起的标准不确定度优于1%。     

孔径光阑对辐射源尺寸效应（SSE）的影响研究

辐射源尺寸效应（SSE）是辐射测温的重要不确定度来源,本文设计了辐射温度计实验测试装置,在理论分析的基础上通过改变孔径光阑设置,研究辐射温度计SSE的变化。孔径适宜的孔径光阑在光轴任意位置都能起到限制接收立体角的作用,但实验表明设置在会聚透镜之后的SSE明显小于其他位置。本实验研究结果可为辐射温度计和绝对辐射法热力学温度测量的SSE优化设计提供参考依据。     

工业辐射温度计的辐射源尺寸效应（SSE）测量

本文给出了直接法测量工业用辐射温度计SSE的计算公式和SSE对测温结果影响的修正公式。建立直接法测量系统,对几种不同型号的被测辐射温度计的测量结果表明,SSE整体上随辐射源尺寸的增大而增加。但在源尺寸较小时SSE变化率较大,随着源尺寸的增大,SSE的变化率逐渐较小,趋于平缓。辐射温度计的校准应尽量选择与测温对象尺寸相近的辐射源直径。否则,精密测温应用需考虑SSE修正。     

钨带灯的亮度温度-波长特性及其与结构的关系

在温度量值复现与传递以及国际比对中经常需要对亮度温度进行波长修正.探讨了钨带灯结构与亮度温度模型的关系,计算了T型钨带灯在400～1100 nm亮度温度对波长的导数,并利用实验数据进行了大波长间隔的修正验证.定性分析了不同结构钨带灯与T型钨带灯亮度温度-波长特性的差异.利用钨带灯的亮度温度-波长特性进行波长修正可减小温度量值传递的不确定度,扩展钨带灯应用的光谱范围.     

复现银凝固点以上国际温标(ITS-90)

叙述中国计量科学研究院复现我国银凝固点以上国际温标 (ITS 90 )的原理、方法、仪器设备、实验结果、温标不确定度评定以及参加国际关键比对的初步结果。我国 961 78℃～ 2 2 0 0℃温度基准的扩展不确定度为 0 1 0～0 65℃ (置信水平p =0 99)。 1 998年参加国际计量局温度关键比对 ,结果令人满意。     

高精密自动绝热量热计

介绍了中国计量科学研究院用新近开发的高精密自动绝热量热计的测量控制系统对美国国家标准技术研究院（NIST）的标准物质α-Al2O3进行的比热测量,并对测量结果和不确定度作了分析。该自动绝热量热计是中国计量科学研究院原有的绝热量热计的发展,它继承了原有量热计的本体,又开发了高精度量热和温度自动测量控制系统。进行了与NIST的数据和其它数据对比以及不确定度分析。测量结果与NIST的数据相比,其相对均方根偏差为0．447％,一致性为0．167％。合成相对标准不确定度为0．333％。结果表明,该自动绝热量热计具有高精密量热和比热测量的能力。