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检定辐射温度计过程中应该注意的问题

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  • 发布时间:2014-10-16
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10年前,辐射温度计(主要指红外温度计)使用得较少,红外温度计的检定工作在大多数计量检定机构都还没有展开,随着红外温度计使用数量的增加,其检定工作开始被重视,尤其是近5年,大多数识计量检定机构都建立了检定红外温度计的计量标准。在检定辐射温度计过程中应该注意如下问题 J。

1 黑体 问题在国内刚开始开展红外辐射温度计检定工作时,由于大家对所使用的黑体炉不太了解,有许多使用黑体炉或黑体炉的改进产品作为检定红外温度计的辐射源,造成不同工作波长的红外温度计显示的温度不-样,距离的远近聚焦位置微小的变化,都使红外温度计的温度示值不同,并且没有重复性。产生该问题的原因在于黑体炉。黑体炉的腔口面积与腔体表面积之比过大,黑体内表面的加工工艺和涂层稳定性不好,黑体腔温度均匀性不好,都会导致黑体的发射率过小,达不到要求。

2 聚焦问题2.I 聚焦位置根据有关辐射温度计的计量检定规程,要求检定或校准时辐射温度计光路应该聚焦到黑体的腔底。正确的聚焦光路如图I所示。

在图 1(a)、 (C)所示为不调焦的辐射温度计,光路为调焦到腔底;(b)可调焦,聚焦到腔底。对于聚焦位置的确定应该为:来自黑体的辐射 ,能充满辐射温度计的视场,该位置就可以作为聚焦位置,也就是辐射温度计的检定位置。

目前使用的大多数红外温度计的视角比较大,按照上述的方法和图 I的光路,大部分在温度计镜头距黑体腔底 腔口(a)定焦距辐射温度计镜头调焦到腔底黑体腔底 腔口(b)可调焦距辐射温度计镜头调焦到腔底黑体腔底 腔口(c)定焦距辐射温度计镜头调焦到腔底图 1 辐射温度计检定和校准正确的聚焦光路图腔口较近处才能满足要求。

2.2 聚焦位置的确定聚焦位置的确定,也就是如何确定辐射温度计的检定或校准的距离。检定或校准的距离如何确定,与辐射温度计的最小测量目标、距离系数、测量光路和黑体腔口直径有关,下面举例说明。

(I)可调焦例:MIKRON可调焦红外温度计,带可视目镜,具体参数为:距离系数:D/50;使用镜头XZ-1:400 mrl~∞。

如果使用腔 口直径为 4,40mm的黑体进行检定,因为镜头为远焦距,最朽离为400mm,将红外温度计放在距离腔底700mm处观察合适否首先定义从镜头到腔底的距离为 D,焦距为 F,测量目标的直径为 d,计算公式如下:d了Dz 14mm - ~: [收稿日期]2012-03-21[作者简介]谢 鹏 (1978-),男,广东揭阳人,工程师,毕业于武汉化工学院,从事热工计量工作。

### 计量测试与检定 METROLOGY TEST TECHNOLOGY &VERIFICATION《≮ 广------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 因为 d14ram<40mm (腔口直径),故满足检定要求。在检定时将调焦位置置于700mm处。

值得注意的是,对于近距离辐射温度计,其光路为倒梯型,即在光路中,测量目标的直径最小,其余的位置直径均大于目标直径,因此需要计算在整个的光路中,有无遮拦光路的地方,包括黑体腔口。

温度计镜头I / // 直~ 阿I 1下127]~L i7 ll r- ±O 1.5 3距离:传感器到目标,m图 2 不调焦红外温度计光路图其检定距离该这样确定:根据图2所示的梯形光路图计算辐射温度计的镜头处的直径 为: L, 经计算得 :15mm3000 1500 J ,I,l l u 得出镜头处的直径为 15mm,再根据镜头的直径计算出距离 ,J为lm丝 卫二,经计算得 447mmL 1500 ra m - 因此,在腔口直径为40ram的黑体上检定该红外温度计,检定距离应该在447mm之内。

3 黑体发射率问题在校准辐射温度计时,将辐射温度计的测量发射率调节到 1。如果黑体发射率不是 1,再用接触式标准作为标准,得出的黑体温度值该如何处理呢根据辐射传热的基本定律,当物体温度为 的光谱辐射能与黑体温度为 的光谱辐射能相等时有(e n -1)(e -1) (1)式中: 为物体的光谱发射率;e为自然对数的底数;c2为第二辐射常数,1.4387×10~ITI·K。

例 1:如果黑体发射率为0.995,在 600℃检定工作波长为1 m的辐射温度计,发射率不是1的修正值是多少如果检定时接触式标 准温度计温度显示599.6 ,温度计的显示值为598.5C计算在600。时的实际值和偏差。

通过 (1)式计算当黑体的发射率为 0.995,黑体温度为600C时,亮度温度为599.7C。所以黑体发射率不为1,修正值约为0.3C温度计在600C点的. 18 。

实际温度为 598.5 c(600-599.6)℃ 0.3℃ 599.2C,偏差为 -0.8C。

当物体温度为 的带宽 △A辐射能与黑体温度为 的带宽 △A辐射能相等时,有J J(2)式中:cl为第-辐射常数,3.734×10 。W ·m ; △为物体的带通发射率。

已知 、 、△A,求 使用数值计算的方法求解。该方法适用于波段光谱测温。

例 2:如果黑体发射率为0.995,在 1000C检定工作波长为3~5 m的辐射温度计,发射率不是 1的修正值是多少如果检定时接触式标准温度计温度显示999.2C,温度计的显示值为996.4C,计算在 1000(2时的实际值和偏差。

通过 (2)式计算 当黑体的发射率为 0.995,黑体温度为 1000时,亮度温度为 998.0C。所以黑体发射率不为 1,修正值约为 2.0℃,温度计在 1000点的实际温度为 996.4C(1000-999.2)℃ 2.0℃ 999.2℃,偏差为 -0.8C。

如果使用辐射温度计作为标准,修正方法与标准辐射温度计的工作波长有关,下面举例说明。

例3:黑体发射率为0.995,在 1000C检定工作波长为3~5txm的辐射温度计,检定时使用工作 波长为1.61xm的标准辐射温度计,标准温度为999.2C,温度计的显示温度为996.4C,计算在 1000C时的实际值和偏差。

用(1)式计算出标准在 l000℃时为 999.1 oC。用(2)式计算出被检温度计亮度温度为 998.0C,所以修正值为2.0-0.91.1℃,实际值为996.4C(1000-999.2)℃ 1.1 oC998.3C,偏差为 -1.7℃。

4 结束语本文总结了在检定辐射温度计的过程中,黑体炉、聚焦和发射率对检定结果的影响及-些解决方法,以供参考。

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