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。     

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。     

红外高光谱大气探测仪星载固定点黑体辐射源的研制

介绍了中国计量科学研究院为风云三号05星红外高光谱大气探测仪研制的微型镓固定点星载黑体辐射源。设计了黑体辐射源空腔,其有效发射率优于0.997。针对星载固定点黑体辐射源的结构设计和性能测试展开了研究:星载固定点黑体辐射源17 ℃的温度均匀性仿真结果优于0.01℃;黑体辐射源在真空下均匀性优于0.02 ℃,稳定性优于0.002 ℃(90 min内);在通过满足航天应用的力学冲击等实验后,镓固定点的复现性优于0.03 ℃;微型固定点相变温坪复现实验加热功率与拐点值之间存在较好的线性关系。     

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。     

中温区真空标准黑体辐射源研制

介绍了中国计量科学研究院研制的中温区真空标准黑体辐射源的结构设计,工作原理,测试结果和不确定度评定.黑体辐射源工作温度范围为320～500 K,黑体空腔开口直径为50 mm,空腔深度为260 mm,表面喷涂了耐高温漆,空腔发射率优于0.999.真空环境下测试了黑体在335～500K温度范围内的轴向温度均匀性,温度稳定性...     

真空式高温黑体辐射源性能评价

为解决真空环境下辐射热流传感器的校准问题，采用热解石墨作为加热元件，通过标准光电高温计测量并控制温度，研建了50 mm大口径真空式高温黑体辐射源装置。开展了装置性能指标的测试试验和评价，结果显示装置10 min内的温度稳定性不超过0.5 ℃，径向温度均匀性不超过0.1%t（t为设定温度点），符合相应标准要求。最后计算分析了热流校准过程中真空式高温黑体辐射源装置性能指标引入的不确定度分量，为推动该装置在热流校准、辐射温度校准等领域中的应用提供了重要支撑。     

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。     

真空汞固定点黑体辐射源的设计与研制

介绍了中国计量科学研究院研制的真空汞固定点黑体辐射源的结构、工作原理、性能测试结果和不确定度分析。真空汞固定点黑体辐射源灌注的是纯度为99.9999%的高纯汞,黑体空腔开口直径为25 mm,空腔内径为28 mm,深度为260 mm,表面喷涂了NEXTEL 811-21高发射率涂层,采用基于蒙特卡罗黑体发射率仿真计算的方法,计算了黑体空腔在波长为8~14μm的发射率,结果优于0.9999;在真空环境下,测试了真空汞固定点黑体辐射源的温坪曲线和重复性等主要技术指标,结果表明真空汞固定点黑体辐射源温坪稳定性优于2 mK,多次重复性优于1 mK;分析了真空汞固定点黑体辐射源的不确定度来源,其合成标准不确定度为16 mK。     

关于换热器的低温黑体辐射源

介绍一种工作在-80℃～+100℃的基于换热器的新型低温标准黑体辐射源的设计和其发射率的计算.这种黑体辐射源采用液体恒温槽均温致冷和采用气帘隔离法消除低温凝露和结霜,黑体空腔形状为圆锥圆柱型,锥角为120°,空腔内径50mm,腔长为300mm,控温稳定性优于±0.05℃/30min.理论计算的黑体空腔有效发射率为0.998(保留小数点后三位),比对实验测量得到的有效发射率为0.997(保留小数点后三位),二者接近一致.     

真空镓固定点黑体辐射源研制

为满足红外遥感载荷实验室辐射定标需求,实现红外遥感辐射量值溯源到ITS-90国际温标,研制了真空镓固定点黑体辐射源.黑体腔开口直径为25 mm,深度220 mm,内部喷涂高发射率涂层,通过仿真计算黑体腔的发射率优于0.9999.在真空下测试了镓固定点相变坪台的复现性为4.4 mK,坪台稳定性优于2 mK.测量了镓固定点...     

Research on H500-Type High-Precision Vacuum Blackbody as a Calibration Standard for Infrared Remote Sensing

Based on the calibration requirements of vacuum low background aerospace infrared remote sensing radiance temperature, a high-precision vacuum blackbody (H500 type) is developed for the temperature range from ??93 °C to +?220 °C at the National Institute of Metrology, China. In this paper, the structure and the temperature control system of H500 are introduced, and its performance, such as heating rate and stabilization of temperature control, is tested under the vacuum and low-background condition (liquid-nitrogen-cooled shroud). At room temperature and atmospheric environment, the major technical parameters of this blackbody, such as emissivity and uniformity, are measured. The measurement principle of blackbody emissivity is based on the control of surrounding radiation. Temperature uniformity at the cavity bottom is measured using a standard infrared radiation thermometer. When the heating rate is 1 °C min^?1, the time required for the temperature to stabilize is less than 50 min, and within 10 min, the variation in temperature is less than 0.01 °C. The emissivity value of the blackbody is higher than 0.996. Temperature uniformity at the bottom of the blackbody cavity is less than 0.03 °C. The uncertainty is less than 0.1 °C (k?=?2) over the temperature range from ??93 °C to +?67 °C.     

A High-Emissivity Blackbody with Large Aperture for Radiometric Calibration at Low-Temperature

A newly designed high-emissivity cylindrical blackbody source with a large diameter aperture (54 mm), an internal triangular-grooved surface, and concentric grooves on the bottom surface was immersed in a temperature-controlled, stirred-liquid bath. The stirred-liquid bath can be stabilized to better than 0.05°C at temperatures between 30 °C and 70 °C, with traceability to the ITS-90 through a platinum resistance thermometer (PRT) calibrated at the fixed points of indium, gallium, and the water triple point. The temperature uniformity of the blackbody from the bottom to the front of the cavity is better than 0.05 % of the operating temperature (in °C). The heat loss of the cavity is less than 0.03 % of the operating temperature as determined with a radiation thermometer by removing an insulating lid without the gas purge operating. Optical ray tracing with a Monte Carlo method (STEEP 3) indicated that the effective emissivity of this blackbody cavity is very close to unity. The size-of-source effect (SSE) of the radiation thermometer and the effective emissivity of the blackbody were considered in evaluating the uncertainty of the blackbody. The blackbody uncertainty budget and performance are described in this paper.     

便携式黑体计量炉的设计和研究

本文设计了一款基于半导体片加热制冷的便携式黑体计量炉,温度范围为(-20^+150)℃,采用微型水冷散热系统,迅速带走半导体片背面热量,从而达到升温速率优于13℃/min,降温速率优于18℃/min。对黑体计量炉的设计原理和三个关键技术及相应的解决方法进行了阐述。最后,通过对样机测试,证明其控温精度,温度均匀性和稳定性符合技术指标,并对研究的成果做了总结。