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      基于等效輻射源替代法的輻射溫度計(jì)校準(zhǔn)方法研究

      2019-09-10 07:22:44趙丹俠杜文嵐
      現(xiàn)代信息科技 2019年9期

      趙丹俠 杜文嵐

      摘? 要:針對(duì)現(xiàn)有檢定規(guī)程無法檢定發(fā)射率固定的輻射溫度計(jì)的問題,提出一種基于等效輻射源替代法的方案。結(jié)合帶通輻射溫度計(jì)的特點(diǎn),建立輻射溫度計(jì)測量模型,基于輻射溫度計(jì)接收光譜有效亮度相等的前提下,結(jié)合測量模型得出利用現(xiàn)有有效發(fā)射率為0.995的黑體輻射源來等效替代發(fā)射率為0.95的輻射源的計(jì)算公式,并計(jì)算出各個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)下替代源的理論溫度值。

      關(guān)鍵詞:輻射溫度計(jì);固定發(fā)射率;黑體輻射源

      中圖分類號(hào):TH811 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2096-4706(2019)09-0029-03

      0? 引? 言

      紅外測溫又稱為輻射測溫,它是利用物體的熱輻射來測量物體的溫度,是目前應(yīng)用較為廣泛的非接觸測溫法。目前我國對(duì)于輻射溫度計(jì)的檢定主要依據(jù)JJG 856-2015《工作用輻射溫度計(jì)檢定規(guī)程》。該規(guī)程主要針對(duì)發(fā)射率可調(diào)為1.00的輻射溫度計(jì),而對(duì)于發(fā)射率不為1.00的固定輻射溫度計(jì),由于發(fā)射率偏離引入的示值偏差并未做出相應(yīng)的規(guī)定與說明。然而實(shí)際上這種發(fā)射率偏離1.00的輻射溫度計(jì)在市面上又比較多見,常見的有0.70,0.95或0.97,其中0.95尤為多見。上述輻射溫度計(jì)由于本身發(fā)射率固定,無法按照規(guī)程規(guī)定將輻射溫度計(jì)的發(fā)射率設(shè)置為1.00,但事實(shí)上由于發(fā)射率的偏離往往會(huì)引入較大的偏差。由此可見,設(shè)計(jì)一種發(fā)射率與輻射溫度計(jì)發(fā)射率相一致的標(biāo)準(zhǔn)非黑體輻射源對(duì)于校準(zhǔn)該類輻射溫度計(jì)來說意義重大,但這往往需要標(biāo)準(zhǔn)源的發(fā)射率能夠根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié),而且要有比較好的穩(wěn)定性、均勻性,這無疑會(huì)增加檢測的成本。

      中國計(jì)量科學(xué)研究院[1、2]、廣州市計(jì)量測試所[3]、北京航天計(jì)量測試技術(shù)研究所[4]、浙江省計(jì)量科學(xué)研究院[5]等都對(duì)發(fā)射率的修正進(jìn)行了相應(yīng)的研究,并提出了相應(yīng)修正方法,這些研究在今后輻射溫度計(jì)的設(shè)計(jì)過程中起到了關(guān)鍵作用,為發(fā)射率修正補(bǔ)償算法的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的理論依據(jù)和方法。

      本文提出了一種利用現(xiàn)有發(fā)射率大于0.995的標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源(發(fā)射率不可調(diào))來等效替代滿足上述要求的標(biāo)準(zhǔn)非黑體輻射源的方法,為發(fā)射率固定的輻射溫度計(jì)的校準(zhǔn)工作提供一些有價(jià)值的參考。

      1? 基于等效輻射源替代法理論

      1.1? 等效輻射源替代法的理論說明

      對(duì)于發(fā)射率固定為0.95的輻射溫度計(jì)的校準(zhǔn),原則上可選取有效發(fā)射率為0.95的輻射源,然后通過標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)測取該穩(wěn)定后的輻射源表面溫度,再與被校輻射溫度計(jì)的顯示值進(jìn)行比較,從而得到輻射溫度計(jì)的示值誤差;或者采用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射率為0.95的輻射溫度計(jì)與被校輻射溫度計(jì)進(jìn)行比較,從而得到被校輻射溫度計(jì)的示值誤差。這里存在兩點(diǎn)問題,首先,如何通過涂料涂層使得輻射源的有效發(fā)射率為0.95,而且有效發(fā)射率0.95的測量需要進(jìn)一步確認(rèn);其次,發(fā)射率為0.95的標(biāo)準(zhǔn)輻射溫度計(jì)示值是否標(biāo)準(zhǔn)還有待確認(rèn)。為了解決上述問題,因此本文提出一種利用現(xiàn)有有效發(fā)射率大于等于0.995的黑體輻射源通過定值降溫來等效出有效發(fā)射率0.95的非黑體輻射源的方法來完成對(duì)固定發(fā)射率0.95的輻射溫度計(jì)的校準(zhǔn)。市面上多數(shù)為(8~14)μm的帶通輻射溫度計(jì),該類輻射溫度計(jì)的探測器主要是將接收到的光譜亮度轉(zhuǎn)換為電信號(hào),因此等效輻射源的基礎(chǔ)就是要利用光譜亮度相等原則,即讓等效用黑體輻射源的光譜亮度與校準(zhǔn)點(diǎn)下的有效發(fā)射率為0.95的輻射源發(fā)出的有效光譜亮度相等,從而求出該等效用黑體輻射源的設(shè)定溫度,從而達(dá)到等效的目的。

      2.3? 輻射溫度計(jì)固有誤差

      根據(jù)所需的校準(zhǔn)點(diǎn)將黑體輻射源的溫度設(shè)定到所需的設(shè)定溫度Tset,待溫度穩(wěn)定后,利用鉑電阻溫度計(jì)讀得黑體輻射源表面溫度T,則此時(shí)有ΔTset=T-Tset,則根據(jù)式(15),可算出ΔT名,此時(shí)相對(duì)于有效發(fā)射率為0.95的輻射源的實(shí)際溫度為T實(shí)=T名+ΔT名,假如此時(shí)固定發(fā)射率為0.95的輻射溫度計(jì)的顯示值為tT,則此時(shí)的誤差為tT-T實(shí)。此處的tT-T實(shí)誤差值相當(dāng)于規(guī)程JJG 856-2015《工作用輻射溫度計(jì)檢定規(guī)程》中7.4.1.3內(nèi)式(7)中ΔtT-Δts部分,而考慮到本文的等效輻射源替代法直接以有效發(fā)射率0.995的黑體輻射源替代,故不存在部分,其他都參照規(guī)程JJG 856-2015《工作用輻射溫度計(jì)檢定規(guī)程》進(jìn)行操作。

      3? 結(jié)? 論

      本文提出了等效輻射源替代法的輻射溫度計(jì)校準(zhǔn)方法,建立了輻射溫度計(jì)測量模型,得到了等效輻射源溫度的表達(dá)式,并用實(shí)驗(yàn)證明了模型的合理性,得出以下結(jié)論:

      (1)理論推導(dǎo)出的輻射溫度計(jì)測量模型為將來輻射溫度計(jì)的測量和改進(jìn)提供理論支撐。

      (2)本文提出的等效源替代法為校準(zhǔn)發(fā)射率非1的帶通輻射溫度計(jì)提供了方法借鑒。

      (3)關(guān)于等效源替代法的精度問題,需要進(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

      參考文獻(xiàn):

      [1] 原遵東.黑體輻射源發(fā)射率對(duì)輻射測溫準(zhǔn)確度的影響及修正方法 [J].計(jì)量學(xué)報(bào),2007,28(z1):19-22.

      [2] 原遵東,段宇寧,王鐵軍,等.發(fā)射率設(shè)定值不為1的輻射溫度計(jì)的校準(zhǔn) [J].計(jì)量技術(shù),2007(5):43-46.

      [3] 宋向英.500℃以下工作用輻射溫度計(jì)校準(zhǔn)結(jié)果示值修正方法探討 [J].計(jì)測技術(shù),2005(6):76-77.

      [4] 王文革.固定發(fā)射率輻射溫度計(jì)校準(zhǔn)中的溫度修正計(jì)算方法 [J].宇航計(jì)測技術(shù),2006(2):17-23.

      [5] 崔超,余時(shí)帆,方曉琴,等.紅外線輻射溫度計(jì)的校準(zhǔn) [J].工業(yè)計(jì)量,2010,20(S2):155-157+198.

      [6] Saunders,P. Calibration of Low Temperature Infrared Thermoeters [J].Measurement Standards Lab of New Zealand,2009(22):1-4.

      作者簡介:趙丹俠(1987.07-),男,漢族,浙江義烏人,計(jì)量檢定員,碩士,研究方向:熱工計(jì)量。

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