黑体辐射源现场校准中若干影响因素的探讨

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

几年来 ，辐射测温专业已在科学研究和工业现场等领域得到了广泛的应用，大量辐射温度计、红外热像仪等测温仪器使用于航空、航天、电子、建筑、冶金等行业，其发展趋势也进-步向高精度发展。黑体辐射源作为辐射测温类仪器溯源的重要标准器，其辐射温度需要精确溯源。而黑体辐射源普遍体积较大，且不适宜于搬运，因此，黑体辐射源辐射温度现场校准的需要大大增加，需要完善其现场校准的方法，减小现场校准的不确定度。

1 黑体辐射源现场校准装置黑体辐射源辐射温度现场校准模型见图 1。

比较用辐射温度计图 1 黑体辐射源辐射温度校准原理图黑体辐射源的辐射温度为：t t △式中： 。 为黑体辐射源的辐射温度；t 为比较用辐射温度计测得的辐射温度；At 为辐射温度计的修正值。

黑体辐射源空腔前放置光阑的作用是消除辐射温度计辐射源尺寸效应 (SSE)对黑体辐射源辐射温度测量的影响。

2 黑体辐射源现场校准若干因素探讨黑体辐射源现场校准过程中会对辐射温度测量带来影响的因素有：被校黑体辐射源的短期重复性、示值分辨力、控温不稳定性和靶面不均匀性；比较用辐射温度计溯源时带来的不确定度、示值分辨力、瞄准和定位重复性、SSE以及长期稳定性；其他因素例如环境温度的影响。

以上因素中，黑体辐射源本身特性的影响为已知因素；比较用辐射温度计的校准结果和示值分辨力也为已知因素；比较用辐射温度计的定位与瞄准方面，使用现场定位重复性较好的电动平移台或可精确定位的平稳的三脚架来减小定位与瞄准带来的不确定度；比较用辐射温度计的 SSE方面，在校准黑体辐射源时使用与比较用辐射温度计溯源时标准黑体辐射源口径相同的恒温光阑可减小 SSE的影响；环境温度方面，环境辐射的影响主要包含三部分，-部分为进入黑体腔的环境辐射影响，-部分为环境辐射随时间变化的影响，- 部分为对比较用辐射温度计的信号输出的影响。

[收稿日期]2012-09-02[作者简介]马 兰 (1985-)，女，湖北襄阳人，工程师，毕业于长春理工大学，主要从事辐射测温专业的计量测试技术研究。

工业计量 2013年第23卷第 3期 ·73· 量 董 FORUM OF METROLOGlCAL WORKERS表 1 测量不确定度来源及说明表3 黑体辐射源现场校准不确定度评定实例以下为使用 HEITRONICS TRTI作为比较用辐射温度计对中航工业计量所 自研的黑体辐射源 CIMM-TH-305校准为实例进行黑体辐射源现场校准不确定度评定。

被校黑体辐射源 CIMM-TH-305为电加热式黑体辐射源，口径30mm，腔长350mm，温度范围300～1100oC，示值分辨力 0.1qC。以 500℃温度点为例对黑体辐射源的现场校准进行不确定度评定。

(1)由被校黑体辐射源引入的标准不确定度由被校黑体辐射源引入的标准不确定度 u 包含以下分量：① 由被校黑体辐射源短期重复性引入的标准不确定度 。

用 A类标准不确定度评定。重复测量 10次，其测 量 数 据：501.8，501.8，501.9，502.0，501.9，501.9，501.9，501.8，501.8，501.8C。

计算其实验标准偏差0.07℃实际校准时测量结果为两次测量的平均值，因此平均值的试验标准偏差为：： ： 0.05% ·② 由被校黑体辐射源的示值分辨力引入的标准不确定度 用 B类标准不确定度评定。被校黑体辐射源的示值分辨 力 为 0.1 oC，则 不 确 定 度 区间 半 宽 度 为0.05 o，按均匀分布计算：M120.05C -0.03℃· 74 ·③ 由被校黑体辐射源的控温不稳定性引人的标准不确定度 u用 B类标准不确定度评定。被校黑体辐射源的控温不稳定性为 1℃，则不确定度区间半宽度为0.5℃，按均匀分布计算：u130.5C/，/g.0.3C④ 由被校黑体辐射源的靶面不均匀性引入的标准不确定度 /Z用 B类标准不确定度评定。被校黑体辐射源的靶面不均匀性为 1℃，则不确定度区间半宽度为 0.5℃，按正态分布计算：140.5C/3 0.17℃以上各分量相互独立，因此由被校黑体辐射源引入的标准不确定度：M 1 / 2 21 3 240.35℃ √ l 1 1 (2)由比较用辐射温度计引入的标准不确定度 2由比较用辐射温度计引人的标准不确定度 ：包含以下分量：① 由比较用辐射温度计校准结果引入的标准不确定度 2用 B类标准不确定度评定。比较用辐射温度计TRT2在500oC使用标准黑体辐射源的校准结果引入的标准不确定度 M 0.9℃。

② 由比较用辐射温度计的示值分辨力引人的标准不确定度 u用 B类标准不确定度评定。比较用辐射温度计的示值分辨 力为 0.1℃，则不确定 度 区间半 宽度为0.05℃，按均匀分布计算：220.05cc -0.03C③ 由比较用辐射温度计瞄准和定位重复性引入Industrial Measurement 2013 Vo1.23 No.3FORUM OF METROLOGICAL WORKERS 计量工作者论 重I 右- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 弋 主要包括进入黑体腔的环境辐射引人的不确定度 /Z环境温度随时间变化引入的不确定度 环境温度对辐射温度计输出引入的不确定度 u舯 将环境引入的不确定度放在-起考虑，取不确定度 0.05C。

以比较用辐射温度计 TRTII作为传递标准，校准温度分辨力为0.1℃的黑体辐射源在 500oC温度点为例，进行合成标准不确定度计算。以上各项校准不确定度分量是互不相关的，所以合成标准不确定度为：/Z (Y)0.97℃。取 P95%，包含因子 k2，则扩展不确定度 Uku (Y)2.OC。

4 结论黑体辐射源现场校准过程中会对辐射温度测量带来影响的主要因素有：被校黑体辐射源的短期重复性、示值分辨力、控温不稳定性和靶面不均匀性；比较用辐射温度计溯源时带来的不确定度、示值分辨力、瞄准和定位重复性、SSE以及长期稳定性；其他因素例如环境温度的影响。在这些因素中，现场校准的过程中需要主要控制的因素为比较用辐射温度计的瞄准和定位重复性、SSE以及环境温度对辐射温度测量的影响。