紅外額溫計(jì)的高精度黑體輻射源的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

朱經(jīng)國(guó),楊峻濤,張軍,孫斌,劉賢喜,張開興

紅外額溫計(jì)的高精度黑體輻射源的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

朱經(jīng)國(guó)1,楊峻濤1,張軍2,孫斌3,劉賢喜3,張開興3*

1. 甘肅省計(jì)量研究院, 甘肅 蘭州 730070 2. 泰安磐然測(cè)控科技有限公司, 山東 泰安 271000 3. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院, 山東 泰安 271018

針對(duì)我國(guó)紅外額溫計(jì)校準(zhǔn)設(shè)備在疫情環(huán)境下難以滿足當(dāng)前校準(zhǔn)精度要求的問題，本文設(shè)計(jì)并研制了一種應(yīng)用于紅外額溫計(jì)校準(zhǔn)的高精度黑體輻射源。首先，對(duì)黑體輻射源的原理和整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述，確定了黑體輻射腔等關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)參數(shù)；其次，對(duì)黑體輻射腔的溫度均勻性進(jìn)行了靜態(tài)熱仿真，并通過公式完成了黑體空腔發(fā)射率的近似計(jì)算，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)的可行性；最后，對(duì)黑體空腔和配套恒溫槽進(jìn)行了性能測(cè)試試驗(yàn)，得到該設(shè)備溫度均勻性為0.01 ℃，穩(wěn)定性≤0.01 ℃/10 min，黑體腔發(fā)射率≥0.997，滿足JJF1107《測(cè)量人體溫度的紅外溫度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》要求。

額溫計(jì); 黑體輻射腔; 仿真分析; 樣機(jī)試驗(yàn)

紅外額溫計(jì)在使用時(shí)，存在測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值有所偏離的情況，為了滿足使用要求，必須定期對(duì)紅外額溫計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。黑體輻射源是校準(zhǔn)紅外額溫計(jì)的關(guān)鍵設(shè)備，其輻射特性接近理想黑體（即可以輻射出自身溫度下的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)輻射），黑體輻射源可使紅外額溫計(jì)的量值得以精確標(biāo)定。黑體輻射源的性能影響了紅外額溫計(jì)校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性和可靠性[1,2]，因此，對(duì)黑體輻射源的研究顯得尤為重要。

近幾年，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者和機(jī)構(gòu)對(duì)黑體輻射源進(jìn)行了大量的研究。Parmar N等[3]使用CST Microwave Studio對(duì)高溫黑體輻射面板的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，計(jì)算了發(fā)射值并對(duì)發(fā)射器和加熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化；Bae JY等[4]設(shè)計(jì)了便攜式面黑體輻射源系統(tǒng)，使用基于碳纖維熱源來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度均勻分布，由絕緣材料嵌入在加熱元件的另一側(cè)，以減少熱量損失；趙億坤等[5]在黑體輻射腔內(nèi)壁設(shè)計(jì)V型槽改變黑體輻射源有效發(fā)射率，證明了帶V型槽的黑體輻射腔可有效提升發(fā)射率；劉培等[6]在輻射腔表面增加擾流結(jié)構(gòu)，此設(shè)計(jì)縮短了達(dá)到熱平衡時(shí)間，但被動(dòng)擾流結(jié)構(gòu)的增加對(duì)黑體輻射腔原本結(jié)構(gòu)造成了破壞，進(jìn)而影響溫度均勻性。

疫情防控工作中紅外額溫計(jì)的使用量往往較多，現(xiàn)存多數(shù)黑體輻射源設(shè)備的溫場(chǎng)穩(wěn)定性較差，難以滿足當(dāng)前紅外額溫計(jì)的校準(zhǔn)需求，且沒有配套恒溫槽。針對(duì)上述情況，本文設(shè)計(jì)并研制了紅外額溫計(jì)校準(zhǔn)用黑體輻射源，以滿足校準(zhǔn)工作對(duì)發(fā)射率、溫場(chǎng)穩(wěn)定性和溫場(chǎng)均勻性的要求，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證其性能。

1 黑體輻射源原理及整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 黑體輻射源工作原理

已知自然界中一切物體都在以電磁波形式向外投射能量，這種能量稱為輻射能。同種物質(zhì)特性下，輻射能只跟溫度有關(guān)，因而被稱為熱輻射[7,8]。為了研究不依賴物質(zhì)特性的熱輻射規(guī)律，定義了理想黑體，即熱輻射到達(dá)該物體表面后不會(huì)發(fā)生反射和透射，且將任何波長(zhǎng)輻射全部吸收的物體。

人工黑體的結(jié)構(gòu)大多為開有小孔的不透明空腔（透射為0），其內(nèi)表面涂有高吸收率涂層，每當(dāng)熱輻射透過小孔進(jìn)入空腔后，會(huì)在不斷反射中被高吸收率涂層盡數(shù)“消化”，因此可以認(rèn)為小孔為近似黑體，通過小孔發(fā)出的輻射近似為黑體輻射[7-9]，該空腔稱為黑體輻射腔。黑體輻射源工作原理如圖1所示，黑體輻射源是利用恒溫槽為黑體輻射腔提供穩(wěn)定溫場(chǎng)，溫度標(biāo)準(zhǔn)器用以測(cè)量恒溫槽工作腔內(nèi)介質(zhì)的溫度，其示值作為待校準(zhǔn)紅外額溫計(jì)測(cè)量值參考，為校準(zhǔn)紅外額溫計(jì)提供依據(jù)。

圖 1 黑體輻射源工作原理

1.2 黑體輻射源整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

紅外額溫計(jì)校準(zhǔn)用黑體輻射源裝置主要由黑體輻射腔、液體恒溫槽和溫度標(biāo)準(zhǔn)器組成，整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。黑體輻射腔是校準(zhǔn)紅外額溫計(jì)的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)及內(nèi)部涂層的質(zhì)量對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果有著重要影響。液體恒溫槽裝置，用于放置并浸沒黑體輻射腔，使輻射腔的各個(gè)表面具有優(yōu)異的溫度均勻性及溫度穩(wěn)定性，用以提供高精度溫場(chǎng)。標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)用于測(cè)量黑體輻射腔的溫度，為待校紅外額溫計(jì)的測(cè)量值提供了參考標(biāo)準(zhǔn)。

1.液體恒溫裝置 2.溫度標(biāo)準(zhǔn)器 3.法蘭 4.黑體輻射腔

2 黑體輻射源關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 黑體輻射腔總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

黑體輻射腔是黑體輻射源的核心部件，對(duì)黑體輻射腔的研究大體可分為：黑體輻射腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、黑體輻射腔的有效發(fā)射率計(jì)算和如何實(shí)現(xiàn)更好的溫度均勻性。黑體輻射腔腔型及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常受到實(shí)際加工、均勻加熱難易程度、有效發(fā)射率以及經(jīng)濟(jì)性方面的影響，并且黑體輻射腔的有效發(fā)射率是評(píng)價(jià)其性能的重要參數(shù)，與腔體的材料、結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部的等溫程度有關(guān)[7]，所以三者之間也互有影響。黑體輻射腔腔型選擇圓錐-圓柱形腔體，相比于球形腔，圓錐-圓柱形制作簡(jiǎn)單，且相比圓柱形和錐形腔體可獲得更好的有效發(fā)射率。關(guān)于腔體材料，一般要求材料表面易于附著高發(fā)射率涂層、有較高的導(dǎo)熱能力和較好的抗氧化能力。結(jié)合以上要求，選取紫銅作為腔體材料。

黑體輻射腔由紫銅制作成型，腔長(zhǎng)300mm，開口直徑50mm，底部圓錐角120°，其外形如圖3所示。該輻射腔腔體外表面采用鍍金工藝，能夠有效阻隔外壁的氧化，內(nèi)部附著高發(fā)射率涂層[2]。

圖 3 黑體輻射腔3D渲染圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

為驗(yàn)證黑體輻射腔的結(jié)構(gòu)合理性，對(duì)其進(jìn)行了有限元仿真。模擬過程中對(duì)模型中的微小縫隙特征進(jìn)行簡(jiǎn)化。由于黑體輻射腔置于恒溫槽內(nèi)，則認(rèn)定為恒溫環(huán)境，恒溫槽工作腔為絕熱材料；黑體輻射腔初始溫度設(shè)置為299K（26℃左右），紫銅導(dǎo)熱系數(shù)為390W/(m·k)，仿真軟件中將恒溫槽內(nèi)介質(zhì)視為熱源；黑體輻射源法蘭處設(shè)置為與空氣直接接觸，對(duì)流換熱系數(shù)為25W/m2·K。通過中等大小的自由四面體劃分網(wǎng)格，對(duì)重點(diǎn)部分局部加密，平均網(wǎng)格質(zhì)量0.82，滿足計(jì)算要求[10-13]。因?yàn)榧t外額溫計(jì)用黑體輻射源主要工作區(qū)域?yàn)?0℃～50℃，所以仿真溫度點(diǎn)為303.15K、313.15K和323.15K，仿真結(jié)果如圖4所示。

仿真結(jié)果顯示：在理想恒溫狀態(tài)下，隨著溫度升高，軸向溫差逐漸增大，在303.15K和323.15K時(shí)軸向溫差最大分別為0.001K和0.007K。通過探針沿軸向選取溫度點(diǎn)，可以看出溫差較大的區(qū)域主要在空氣接觸部分，下部腔體的溫度均勻性比較好，滿足使用要求。

圖 4 黑體輻射腔仿真結(jié)果

黑體輻射腔的另一指標(biāo)是有效發(fā)射率，它反映了黑體輻射腔與理想黑體的接近程度。有效發(fā)射率的計(jì)算方法有許多種，其中多次反射法運(yùn)算簡(jiǎn)單，被廣泛應(yīng)用于黑體輻射腔的設(shè)計(jì)。由于黑體輻射腔置于溫度均勻的恒溫槽中，腔體表面溫度均勻；又因其內(nèi)壁涂有高發(fā)射率涂層，假設(shè)內(nèi)壁為理想漫反射[2]，則模擬黑體輻射腔的發(fā)射率可表示為：

式中：0—腔壁材料發(fā)射率；′—開口面積；—腔內(nèi)壁面積(包括開口面積)；Ω—黑體開口面積對(duì)應(yīng)立體角；—黑體空腔開口半徑；—黑體腔長(zhǎng)。

通過有限元仿真可知，黑體輻射腔軸向溫度均勻，以此為前提，代入腔體各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，可計(jì)算出黑體法向空腔發(fā)射率為0.997，該數(shù)值滿足JJF1107要求。

2.2 液體恒溫槽總體設(shè)計(jì)

理想黑體應(yīng)是溫度均勻的，但實(shí)際應(yīng)用中的黑體輻射源內(nèi)部溫場(chǎng)不均勻，這將直接影響校準(zhǔn)精度。為了盡可能保證黑體輻射源的性能，研制了高精度控溫的液體恒溫槽。

該液體恒溫槽內(nèi)部腔體分為攪拌區(qū)和工作區(qū)兩部分，攪拌區(qū)通過控溫模塊控制加熱/制冷組件對(duì)介質(zhì)進(jìn)行溫度控制，可提供溫度范圍為20～90℃，采用側(cè)向攪拌的結(jié)構(gòu)形式和垂直、水平方向的介質(zhì)循環(huán)方式，在工作區(qū)內(nèi)形成了一個(gè)均勻、穩(wěn)定的溫度源，黑體輻射腔即位于此區(qū)域。兩區(qū)域的上、下兩端相通，除兩端外其余為分隔狀態(tài)，這樣可以減少攪拌區(qū)對(duì)工作區(qū)的溫度影響。整個(gè)內(nèi)部腔體包裹在隔熱層中，減少了外部環(huán)境對(duì)恒溫槽內(nèi)部溫場(chǎng)的影響[14,15]。內(nèi)部腔體示意圖如圖5所示。

圖 5 恒溫槽內(nèi)部腔體示意圖

該恒溫槽主要有以下技術(shù)特點(diǎn)：體積小、便于移動(dòng)；采用精密控溫模組，分辨力0.001℃；操作簡(jiǎn)便、觸摸屏顯示直觀；具備定時(shí)功能，減少控溫過程人工等待時(shí)間；斷電記憶功能；智能化自動(dòng)控溫功能。主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表 1 恒溫槽技術(shù)指標(biāo)

3 黑體輻射源溫場(chǎng)及腔體亮度溫度校準(zhǔn)試驗(yàn)

黑體輻射源溫場(chǎng)質(zhì)量和腔體亮度溫度是影響紅外額溫計(jì)的校準(zhǔn)結(jié)果的重要因素，其中亮度溫度是在指定波長(zhǎng)范圍，被測(cè)輻射體的輻射亮度與黑體的輻射亮度相同時(shí)黑體的溫度。試驗(yàn)基于《恒溫槽技術(shù)性能測(cè)試規(guī)范》和《輻射測(cè)溫用-10℃～200℃黑體輻射源校準(zhǔn)規(guī)范》對(duì)所研制黑體輻射源設(shè)備進(jìn)行性能測(cè)試。

3.1 溫度標(biāo)準(zhǔn)器的選型

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字溫度計(jì)作為黑體輻射源用參考溫度值來(lái)源，其具有高準(zhǔn)確度、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。本次黑體輻射源配套溫度標(biāo)準(zhǔn)器選用泰安磐然測(cè)控科技有限公司PR712A標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字溫度計(jì)，具有優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，全系列產(chǎn)品的年變化均優(yōu)于0.05℃。PR712A型產(chǎn)品內(nèi)置參考級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)電阻，全量程年變化優(yōu)于0.01℃，可直接通過液晶屏顯示溫度值。

圖 6 PR712A標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字溫度計(jì)

3.2 液體恒溫槽穩(wěn)定性和均勻性測(cè)試試驗(yàn)

由于黑體輻射腔壁厚較小且紫銅材料導(dǎo)熱較好，浸泡于液體恒溫槽中后，溫度穩(wěn)定性和均勻性主要受恒溫槽中介質(zhì)溫度影響，僅空氣對(duì)流換熱影響很小可以忽略，故直接測(cè)量恒溫槽的溫度穩(wěn)定性和均勻性，均勻性測(cè)試示意圖如圖7所示。

穩(wěn)定性：本次恒溫槽溫場(chǎng)穩(wěn)定性試驗(yàn)，測(cè)試溫度點(diǎn)選擇為30 ℃和50 ℃，將其中一支溫度計(jì)測(cè)量端置于工作區(qū)域1/2深度位置，待恒溫槽首次達(dá)到設(shè)定溫度點(diǎn)后保持15 min才可讀數(shù)。在10 min內(nèi)，以每分鐘6次的均勻間隔讀取示值。取最值之差，即為恒溫槽在該段時(shí)間內(nèi)的波動(dòng)值，其反應(yīng)了恒溫槽的穩(wěn)定性。

圖 7 均勻性測(cè)試示意圖

從恒溫槽穩(wěn)定性和均勻性測(cè)試結(jié)果（表2）可以看出該性能滿足《恒溫槽性能技術(shù)測(cè)試規(guī)范》要求。

表 2 恒溫槽穩(wěn)定性與均勻性測(cè)試結(jié)果

3.3 黑體輻射腔溫度校準(zhǔn)試驗(yàn)

3.3.1 校準(zhǔn)原理本次試驗(yàn)采用比較法，以標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源為參考，輻射溫度計(jì)為比較器，校準(zhǔn)本項(xiàng)目研制的黑體輻射源亮度溫度，如圖8所示。將校準(zhǔn)和被校準(zhǔn)黑體輻射源保持在相同溫度后一段時(shí)間，用輻射溫度計(jì)分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)、被校黑體輻射源進(jìn)行測(cè)量，得到兩者的亮度溫度示值。根據(jù)公式(2)計(jì)算被校黑體輻射源的亮度溫度[17]：

式中：T—被校黑體輻射源的亮度溫度；T標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度；T—輻射溫度計(jì)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度值；Tr—輻射溫度計(jì)測(cè)量被校準(zhǔn)黑體輻射源的亮度溫度值；ΔT—T與T的差。

標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度由公式(3)得出：

式中：L(λ,T)—黑體光譜輻射亮度；λ2,λ1—輻射溫度計(jì)工作波段的上、下限；Ts—標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度；Tt—標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量的實(shí)際溫度；Tam—標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源所處環(huán)境溫度（近似采用光闌溫度）；εs—標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源的有效發(fā)射率。

3.3.2 測(cè)量?jī)?nèi)容比較測(cè)量為每個(gè)溫度點(diǎn)3組，每組分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)黑體和被校黑體進(jìn)行6次測(cè)量記錄，包括輻射溫度計(jì)示值以及標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻示值；每組測(cè)量中，標(biāo)準(zhǔn)黑體與被校黑體采取交替并間隔30s的方式進(jìn)行[17]。

3.3.3 數(shù)據(jù)處理（1）計(jì)算每次比較測(cè)量的T和ΔT。

（2）根據(jù)下式計(jì)算T和ΔT的平均值。

（3）根據(jù)公式(6)計(jì)算T。

所研制紅外額溫計(jì)黑體輻射源測(cè)試結(jié)果見表3，可以看出在有效的精確度以內(nèi)，被校準(zhǔn)黑體輻射源亮度溫度十分接近標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)示值，完全滿足對(duì)于額溫計(jì)的校準(zhǔn)。最終對(duì)校準(zhǔn)效果進(jìn)行了檢驗(yàn)，圖9所示。

表 3 黑體輻射腔測(cè)試結(jié)果

圖 9 紅外額溫計(jì)校準(zhǔn)效果檢驗(yàn)

4 結(jié) 論

（1）設(shè)計(jì)了一種紅外額溫計(jì)用高精度校準(zhǔn)裝置，解決了目前國(guó)內(nèi)多數(shù)黑體輻射源設(shè)備難以滿足紅外額溫計(jì)校準(zhǔn)要求的問題；在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)下，滿足了疫情防控工作中需要校準(zhǔn)的紅外額溫計(jì)數(shù)量多、時(shí)間緊、任務(wù)重的要求；并對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行了仿真分析，給出了發(fā)射率計(jì)算方法，確定了結(jié)構(gòu)和參數(shù)；

（2）通過Ansys軟件進(jìn)行了黑體輻射腔傳熱仿真試驗(yàn)，分析了黑體輻射腔在恒溫槽中的受熱溫度均勻性問題；通過公式計(jì)算，近似得到了黑體輻射腔的有效發(fā)射率。試驗(yàn)驗(yàn)證了液體恒溫槽的溫度穩(wěn)定性和均勻性，并對(duì)黑體輻射腔亮度溫度進(jìn)行了校準(zhǔn)試驗(yàn)，最終校準(zhǔn)結(jié)果滿足預(yù)期。

[1] 藍(lán)卉,薛生虎.關(guān)于換熱器的低溫黑體輻射源[J].中國(guó)計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào),2012,23(4):358-362

[2] 曾凡超,王曉文,傅承玉,等.基于雙腔黑體輻射源的紅外體溫計(jì)校準(zhǔn)裝置的研制[J].中國(guó)測(cè)試,2021,47(S2):127-131

[3] Parmar N, Sinha A, Pathak SK,. Design & simulation of high temperature blackbody source for calibration of Michelson interferometer ECE diagnostic [J]. Fusion Engineering and Design,2021,172:1-8

[4] Bae JY, Choi W, Hong SJ,. Design, Fabrication, and Performance Evaluation of Portable and Large-Area Blackbody System [J]. Sensors,2020,20(20):1-14

[5] Zhao YK, Wang JH, Feng GW,. Comparative study on radiation properties of blackbody cavity model based on monte carlo method [J]. International Journal of Thermophysics,2020,41(6):1-11

[6] 劉培,楊雪,王景輝,等.新型空腔式黑體輻射源設(shè)計(jì)及不確定度評(píng)定[J].計(jì)量學(xué)報(bào),2022,43(2):264-267

[7] 藍(lán)卉.低溫精密黑體輻射源的研制[D].北京:中國(guó)計(jì)量學(xué)院,2013

[8] 舒心.100～400K真空紅外亮溫標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源研制[D].北京:中國(guó)計(jì)量大學(xué),2018

[9] 許敏.190～340K真空標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源研究[D].成都:成都理工大學(xué),2016

[10] 楊延龍,郝小鵬,宋健,等.中溫區(qū)真空標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源研制[J].計(jì)量學(xué)報(bào),2021,42(2):129-136

[11] 張宏鳴,王佳佳,韓文霆,等.基于熱紅外遙感影像的作物冠層溫度提取[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2019,50(4):203-210

[12] 馮彥坤,康熙,王彥超,等.基于熱紅外視頻的生豬耳根溫度檢測(cè)方法[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2021,52(S1):284-290

[13] 徐賽鋒.高溫黑體輻射源研究與設(shè)計(jì)[D].南京:南京理工大學(xué),2013

[14] 許方鵬.高精度恒溫槽的設(shè)計(jì)與溫場(chǎng)特性研究[D].泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2019

[15] 張開興,李科,張開峰,等.攪拌式高精度恒溫槽設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2021,52(3):418-426

[16] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJF1030-2010恒溫槽技術(shù)性能測(cè)試規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010

[17] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJF1552-2015輻射測(cè)溫用-10℃～200℃黑體輻射源校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出社,2015

Design and Test of the High Precision Blackbody Radiation Source of Calibration of Infrared Frontal Thermometer

ZHU Jing-guo1, YANG Jun-tao1, ZHANG Ju2, SUN Bin3, LIU Xian-xi3, ZHANG Kai-xing3

1.730070,2.271000,3.271018,

In view of the problem that the calibration equipment of infrared thermometer in China cannot meet the current calibration accuracy requirements under the epidemic environment, a high-precision blackbody radiation source applied to the calibration of infrared thermometer is designed and developed in this paper. Firstly, the principle and overall structure of the blackbody radiation source are described, and the design parameters of the blackbody radiation cavity and other key components are determined; Secondly, the static thermal simulation of the temperature uniformity of the blackbody radiation cavity is carried out, and the approximate calculation of the emissivity of the blackbody cavity is completed through the formula, which verifies the feasibility of the structure; Finally, the performance test of the black body cavity and the matching thermostatic bath was carried out, and the temperature uniformity of the equipment was 0.01 ℃, the stability was ≤ 0.01 ℃/10 min, and the emissivity of the black body cavity was ≥ 0.997, which met the requirements of JJF1107 calibration specification for infrared thermometers measuring human body temperature.

Infrared frontal thermometer; blackbody radiation cavity; simulation analysis; prototype test

TB942

A

1000-2324(2022)06-0969-07

2022-10-14

2022-11-04

甘肅省自然科學(xué)基金(21JR7RA685);山東省科技型中小企業(yè)創(chuàng)新能力提升工程項(xiàng)目(2021TSGC1369);泰安高新區(qū)加快科技成果轉(zhuǎn)化促進(jìn)新動(dòng)能培育計(jì)劃(KJD202014);泰安市科技創(chuàng)新發(fā)展項(xiàng)目(2021GX015)

朱經(jīng)國(guó)(1965-),男,本科,教授級(jí)高級(jí)工程師,主要從事溫度計(jì)量研究工作. E-mail:1257603799@qq.com

Author for correspondence. E-mail:kaixingzhang@139.com

10.3969/j.issn.1000-2324.2022.06.025