基于等效輻射源替代法的輻射溫度計(jì)校準(zhǔn)方法研究

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)：

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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。