黑體輻射源校準規(guī)范

PAGE1PAGE19PAGE18黑體輻射源校準規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于溫度范圍為（-50～3000）℃的黑體輻射源等設備的校準，如黑體爐、面輻射源、熱管黑體等類型的設備可參考本規(guī)范。2引用文件本規(guī)范的編制參考下列文件：JJG856-2015《工作用輻射溫度計》JJF1552-2015《輻射測溫用-10℃~200℃黑體輻射源》凡是注明日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本規(guī)范。3術語和計量單位3.1術語3.1.1黑體輻射源blackbodyradiationsource用于檢定或校準輻射溫度計、具有穩(wěn)定控制的溫度和標稱發(fā)射率且熱輻射特性接近于黑體的凹形裝置，亦稱黑體爐、人工黑體或模擬黑體。[來源：JJG856-2015，3.1.6]3.1.2測試孔內(nèi)等效溫度effectivetemperatureincableprot在穩(wěn)定狀態(tài)下，使用接觸式溫度計（如熱電阻、熱電偶等）測量的黑體輻射源測試孔內(nèi)的與輻射溫度相對應的等效溫度值（以下簡稱孔內(nèi)溫度）。3.1.3輻射溫度radiationtemperature熱輻射體與黑體在某一相同波長范圍內(nèi)的有效輻射亮度相等時，稱黑體的溫度為熱輻射體的輻射溫度。[來源：JJF1007-2007，5.23]3.1.4溫度穩(wěn)定性temperaturestability在正常工作狀態(tài)下，規(guī)定時間間隔內(nèi)黑體輻射源空腔底部輻射溫度變化的最大值。[來源：JJF1552-2015，5.2]3.1.5溫度均勻性temperatureuniformity黑體輻射源有效輻射區(qū)域內(nèi)各點相對于中心點的溫差。[來源：JJG856-2015，3.1.10]3.2計量單位計量單位為攝氏度（℃）。4概述工作在（-50～3000）℃溫度范圍的黑體輻射源主要用于光電高溫計、輻射溫度計、紅外測溫儀、紅外探頭、紅外熱像儀等利用紅外原理測溫的儀器的檢定、校準、測試工作。圖1黑體輻射源結構示意圖如圖1所示，黑體輻射源主要由黑體空腔、控溫系統(tǒng)、保溫層及外殼等組成。常見的黑體空腔形狀有圓柱形、圓錐形、球形等形狀；控溫傳感器一般是熱電阻溫度計、熱電偶溫度計或輻射溫度計。5計量特性5.1孔內(nèi)溫度黑體輻射源的孔內(nèi)溫度在實驗室條件下確定，其技術指標根據(jù)該設備出廠技術指標或使用單位的試驗要求確定。5.2輻射溫度黑體輻射源的輻射溫度在實驗室條件下確定，其技術指標根據(jù)該設備出廠技術指標或使用單位的試驗要求確定。5.3溫度穩(wěn)定性在測試時間內(nèi)，溫度波動達到的最高溫度值和最低溫度值的差值。測量時間為10min，不大于0.1℃或0.1%t的大者。5.4溫度均勻性在偏離中心點規(guī)定距離的上、下、左、右處測得的輻射溫度值和中心點測得值的差值。黑體輻射源的溫度均勻性不大于0.15℃或0.15%t的大者。注：1、t為黑體輻射源的輻射溫度，℃。2、以上指標要求不用于合格性判定，僅供參考。6校準條件6.1環(huán)境條件溫度：（18～25）℃；濕度：不大于85%RH。實驗環(huán)境無明顯機械振動、強機械沖擊和強電磁干擾；實驗過程中應避免陽光和強輻射源對黑體輻射源和輻射溫度計的干擾；應避免空調(diào)氣流、開門窗引起的對流對面輻射源的影響；環(huán)境溫度波動不應對輻射溫度計產(chǎn)生不可忽略的影響。6.2測量標準及其他設備校準黑體輻射源所需的測量標準及配套設備從表1中參考選擇，選用原則：校準時，由標準器及配套設備引入的擴展不確定度U（k=2）應不大于被校輻射源最大允許誤差絕對值的1/3。表1測量標準及配套設備序號儀器設備名稱技術要求備注1鉑電阻溫度計二等標準或AA級鉑電阻溫度計測量孔內(nèi)溫度的標準器2標準鉑銠10-鉑熱電偶二等3標準鉑銠30-鉑銠6熱電偶二等4輻射溫度計發(fā)射率：可調(diào)至1.00不確定度（k=2）：（-50～100）℃：≤0.5℃（100～3000）℃：≤0.3%·溫度示值測量輻射溫度的標準器5電測設備準確度等級不低于0.01級6零度恒溫器MPE：±0.1℃0℃時7測量支架可調(diào)節(jié)上下高度和左右位置注：標準器和配套設備可選擇更高等級或滿足技術要求的其他儀器。7校準項目和校準方法7.1校準、檢查項目a）檢查項目：外觀；b）校準項目：孔內(nèi)溫度、輻射溫度、溫度穩(wěn)定性、溫度均勻性。7.2校準方法校準前準備：輻射溫度計及其他電測儀器按照相應的預熱時間要求通電預熱。7.2.1外觀檢查目測檢查，黑體輻射源應符合以下要求：輻射源的外殼、控溫部件、加熱部件、保溫部件、按鍵、電器連接件等不應有影響測量的缺陷，結構合理，裝配可靠；輻射面、腔體內(nèi)表面涂料均勻，氧化膜無明顯剝落，表面無劃痕；無銹蝕、漏電等異常現(xiàn)象；銘牌上應標有產(chǎn)品的名稱、型號規(guī)格、測量范圍、制造廠或商標、出廠編號、制造年月等信息。7.2.2校準溫度點的選擇校準溫度點選擇溫度使用范圍內(nèi)均勻分布的溫度點，一般不少于5個點，要求包括設備使用范圍的上、下限和中間點，也可根據(jù)用戶要求選擇實際常用的溫度點，一般為整百或整五十攝氏度。7.2.3校準的位置黑體輻射源的測試孔一般開在靶面后，也有的開在前面板上，對于接觸式的標準器（熱電阻、熱電偶）要插入測試孔底部，使其充分接觸，如條件允許建議使用棉花或高溫棉堵口；非接觸式標準器（輻射溫度計）的檢測距離參照該輻射溫度計的技術說明書或溯源證書確定，輻射溫度計的探測器鏡頭中心應與黑體輻射源的靶面中心在同一光學軸線上，并且在測量過程中保持穩(wěn)定。7.2.4孔內(nèi)溫度的校準對黑體輻射源的測量一般從低溫到高溫進行，在每一個校準溫度點，待黑體輻射源溫度穩(wěn)定后，進行不少于4次的連續(xù)讀數(shù)。測量時，同時記錄下標準器的測量值和被測黑體輻射源的面板顯示值。注：如黑體輻射源無測試孔，可不進行此項校準；校準溫度點≤1000℃時，標準器孔內(nèi)溫度偏離校準點的溫度不得大于5℃；校準溫度點＞1000℃時，標準器孔內(nèi)溫度偏離校準點的溫度不得大于10℃。7.2.5輻射溫度的校準輻射溫度的校準采用標準輻射溫度計或標準光電高溫計等非接觸測量儀器進行，在每一個校準溫度點，待黑體輻射源溫度穩(wěn)定后，進行不少于4次的連續(xù)讀數(shù)。測量時，同時記錄下輻射溫度計的波長和測量值和被測黑體輻射源的面板顯示值。注：對于具有有效發(fā)射率調(diào)整功能的輻射源，在校準時需將發(fā)射率調(diào)為1.00。如有特殊要求，可調(diào)整輻射溫度計的發(fā)射率進行測量，但需在結果頁中注明。7.2.6溫度穩(wěn)定性的校準溫度穩(wěn)定性的校準和孔內(nèi)溫度或輻射溫度的校準同時進行，一般選擇黑體輻射源溫度范圍內(nèi)的上、下限與中間點附近的整50℃點進行測量，也可根據(jù)客戶要求在某些特殊溫度點進行穩(wěn)定性測量。測量時，穩(wěn)定時間可根據(jù)儀器說明書或客戶要求設定，如客戶未要求或說明書未給出，則一般待黑體輻射源達到設定溫度并穩(wěn)定30min后，開始進行10min的溫度穩(wěn)定性測量，每隔1min讀取一次標準器的值共10次。讀取的溫度數(shù)值中，最大值與最小值之差即為黑體輻射源的溫度穩(wěn)定性。7.2.7溫度均勻性的校準溫度均勻性的校準需使用配有測量支架的輻射溫度計進行測量，可與孔內(nèi)溫度或輻射溫度的校準同時進行。一般在選擇溫度范圍內(nèi)的上、下限與中間點附近的整50℃點進行測量，測量位置可選擇黑體輻射源空腔底部的中部、上部、下部、左部和右部五個位置，也可根據(jù)客戶要求在某些特殊溫度點或位置進行均勻性測量。測量時，調(diào)整輻射溫度計方位，使輻射溫度計與黑體輻射源同軸，此時瞄準黑體輻射源的中心位置，測量順序按中→上、中→左、中→右、中→下順序測量。每個位測量3次，不同位置的3次測量平均值與中心位置的平均值的差值為溫度均勻性。注：黑體輻射源爐口直徑＜30mm時，上下左右各位置偏離中心的距離為5mm，黑體輻射源爐口直徑≥30mm時，上下左右各位置偏離中心的距離為10mm。7.3數(shù)據(jù)處理7.3.1孔內(nèi)溫度的計算ts式中：ts——在該校準溫度點的孔內(nèi)溫度，tb——?ts注：測量數(shù)據(jù)如為電測信號，需根據(jù)相關規(guī)程或規(guī)范將其換算成溫度值。7.3.2輻射溫度的計算tf式中：tf——tc——?tf7.3.3溫度穩(wěn)定性的計算?tw=式中：?tw——溫度穩(wěn)定性，℃tmax——10tmin——107.3.4溫度均勻性的計算?tji=式中：?tji——tci——黑體輻射源不同位置的溫度測量平均值tzi——黑體輻射源中心位置輻射溫度的平均值注：i=1、2、3、4，分別代表上部、左部、右部、下部。8校準結果表達經(jīng)校準的黑體輻射源出具校準證書。校準證書應給出：孔內(nèi)溫度、輻射溫度、溫度穩(wěn)定性、溫度均勻性及校準結果的擴展不確定度。校準結果應在校準證書上反映。校準證書應至少包括以下信息：a）標題：“校準證書”；b）實驗室名稱和地址；c）進行校準的地點（如果與實驗室的地址不同）；d）證書的唯一性標識（如編號），每頁及總頁數(shù)的標識；e）客戶的名稱和地址；f）被校對象的描述和明確標識；g）進行校準的日期，如果與校準結果的有效性和應用性有關時，應說明被校對象的接收日期；h）如果與校準結果的有效性應用有關時，應對被校樣品的抽樣程序進行說明；i）校準所依據(jù)的技術規(guī)范的標識，包括名稱和代號；j）本次校準所用測量標準的溯源性及有效性說明；k）校準環(huán)境的描述；l）校準結果及其測量不確定度的說明；m）對校準規(guī)范的偏離的說明；n）校準證書或校準報告簽發(fā)人的簽名、職務或等效標識；o）校準結果僅對被校對象有效的聲明；p）未經(jīng)實驗室書面批準，不得部分復制證書的聲明。9建議復校的時間間隔黑體輻射源的復校時間間隔可根據(jù)使用環(huán)境條件、頻繁程度和重要性由送校單位自主決定，建議復校的時間間隔為1年。附錄A校準原始記錄參考格式記錄編號校準日期客戶名稱地址器具名稱型號規(guī)格設備編號制造廠出廠編號校準地點環(huán)境溫度℃環(huán)境相對濕度%RH校準依據(jù)檢測條件：測量范圍測量距離爐口直徑校準數(shù)據(jù)：校準點/℃輻射源顯示值/℃孔內(nèi)溫度/℃平均值/℃測量不確定度U/℃（k=2）校準點/℃輻射源顯示值/℃輻射溫度/℃平均值/℃測量不確定度U/℃（k=2）溫度穩(wěn)定性校準點/℃12345678910溫度穩(wěn)定性（℃/10min）溫度均勻性測量位置示意圖上中左右中下校準點：（）℃1234平均值/℃溫度均勻性/℃距離中心點位置/mm中心————上部左部右部下部校準點：（）℃1234平均值/℃溫度均勻性/℃距離中心點位置/mm中心————上部左部右部下部校準點：（）℃1234平均值/℃溫度均勻性/℃距離中心點位置/mm中心————上部左部右部下部主要計量器具名稱/編號測量范圍準確度等級/最大允許誤差/不確定度證書編號/有效期使用狀態(tài)□正常□異?！跽！醍惓！跽！醍惓＃║）（k=）引用于□技術報告□不確定度評定文件□其他□校準結論：建議校準周期年CNAS認可：□是□否檢/校人員核驗人員附錄B校準證書內(nèi)頁參考格式證書編號：黑體輻射源編號：一、校準條件：1.測量范圍：2.測量距離：3.爐口直徑：二、校準結果：校準點/℃輻射源顯示值/℃孔內(nèi)溫度/℃測量不確定度/℃（k=2）輻射溫度/℃測量不確定度/℃（k=2）三、溫度穩(wěn)定性：校準點（℃）溫度穩(wěn)定性（℃/10min）四、溫度均勻性：測量位置示意圖位置溫度均勻性/℃距離/mm上中左右中下中→上中→左中→右中→下附錄C黑體輻射源孔內(nèi)溫度不確定度評定示例C.1概述設置黑體輻射源在所需的校準溫度，待黑體輻射源溫度穩(wěn)定后，用數(shù)字多用表測量標準的電信號。根據(jù)所使用的標準器的不同，在（-50～300）℃、（300～1000）℃、（1000～3000）℃這三個溫度段，分別以顯示分辨力為0.01℃的黑體輻射源在校準點100℃、顯示分辨力為0.1℃的黑體輻射源在校準點600℃、顯示分辨力為1℃的黑體輻射源在校準點1200℃的測量為例，分析其測量不確定度。C.2數(shù)學模型t式中：ts——在該校準溫度點的孔內(nèi)溫度，tb——?tsC.3方差與靈敏系數(shù)式（1）中tb，?，C.4不確定度來源及分析C.4.1以顯示分辨力為0.01℃的黑體輻射源在校準點100℃為例C標準器引入的不確定度分量根據(jù)標準鉑電阻溫度計檢定證書，在（-200～419.527）℃的擴展不確定度為0.02℃，k=2，服從正態(tài)分布，標準不確定度為：（℃）在100℃進行4次重復測量，其溫度測量值分別為：99.97，99.98，99.95，99.93（℃），按照極差法計算重復測量引入的不確定度計算，服從正態(tài)分布，則：（℃）使用電測設備進行電阻測量，其年穩(wěn)定性為±（0.005％×讀數(shù)+0.0035％×量程），對標準鉑電阻溫度計，在100℃電阻約為139.355Ω，電阻變化率為0.387Ω/℃，服從均勻分布，則電測設備引入的不確定度為：（℃）C黑體輻射源引入的測量不確定度分量黑體輻射源的分辨力為0.01℃，取半寬為0.005℃，服從均勻分布，則：（℃）黑體輻射源穩(wěn)定時溫度波動為0.1℃/10min，取半寬0.05℃，服從均勻分布，則：（℃）C.4.2以顯示分辨力為0.1℃的黑體輻射源在校準點600℃為例C標準器引入的不確定度分量根據(jù)一等標準鉑銠10-鉑熱電偶的系統(tǒng)溯源圖，其擴展不確定度為0.6℃，k=3，服從正態(tài)分布，標準不確定度為：（℃）在600℃進行4次重復測量，其溫度測量值分別為：599.5，599.9，599.8，599.4（℃），按照極差法計算重復測量引入的不確定度計算，服從正態(tài)分布，則：（℃）使用電測設備進行電勢測量，其年穩(wěn)定性為±（0.005％×讀數(shù)+0.0035％×量程），對標準鉑銠10-鉑熱電偶，在600℃電勢約為5.239mV，微分電勢為10.2uV/℃，服從均勻分布，則電測設備引入的不確定度為：（℃）用零度恒溫器進行冷端補償，在0℃偏離不大于0.1℃，取半寬為0.05℃，服從均勻分布，則冷端補償引入的不確定度為：（℃）C黑體輻射源引入的測量不確定度分量黑體輻射源的分辨力為0.1℃，取半寬為0.05℃，服從均勻分布，則：（℃）黑體輻射源穩(wěn)定時溫度波動為0.3℃/10min，取半寬0.15℃，服從均勻分布，則：（℃）C.4.3以顯示分辨力為1℃的黑體輻射源在校準點1200℃為例C標準器引入的不確定度分量根據(jù)標準鉑銠30-鉑銠6熱電偶的系統(tǒng)溯源圖，在1200℃的擴展不確定度為3.2℃，k=3，服從正態(tài)分布，標準不確定度為：（℃）在1200℃進行4次重復測量，其溫度測量值分別為：1200.1，1200.7，1200.9，1200.3（℃），按照極差法計算重復測量引入的不確定度計算，服從正態(tài)分布，則：（℃）使用電測設備進行電勢測量，其年穩(wěn)定性為±（0.005％×讀數(shù)+0.0035％×量程），對標準鉑銠30-鉑銠6熱電偶，在1200℃電勢約為6.786mV，微分電勢為10.4uV/℃，服從均勻分布，則電測設備引入的不確定度為：（℃）用零度恒溫器進行冷端補償，在0℃偏離不大于0.1℃，取半寬為0.05℃，服從均勻分布，則冷端補償引入的不確定度為：（℃）C黑體輻射源引入的測量不確定度分量黑體輻射源的分辨力為1℃，取半寬為0.5℃，服從均勻分布，則：（℃）黑體輻射源穩(wěn)定時溫度波動為0.5℃/10min，取半寬0.25℃，服從均勻分布，則：（℃）C.5不確定度分量一覽表C.5.1顯示分辨力為0.01℃的黑體輻射源在校準點為100℃的一覽表標準不確定度分量u（xi）不確定度來源標準不確定度（℃）ci|ci|u（xi）（℃）標準器0.0110.01重復測量0.0210.02電測設備0.0210.02分辨力0.00310.003波動度0.0310.03C.5.2顯示分辨力為0.1℃的黑體輻射源在校準點為600℃的一覽表標準不確定度分量u（xi）不確定度來源標準不確定度（℃）ci|ci|u（xi）（℃）標準器0.2010.20重復測量0.1210.12電測設備0.2210.22冷端補償0.0310.03分辨力0.0310.03波動度0.0910.09C.5.3顯示分辨力為1℃的黑體輻射源在校準點為1200℃的一覽表標準不確定度分量u（xi）不確定度來源標準不確定度（℃）ci|ci|u（xi）（℃）標準器1.0711.07重復測量0.2010.20電測設備0.2210.22冷端補償0.0310.03分辨力0.2910.29波動度0.1510.15C.6合成標準不確定度顯示分辨力為0.01℃的黑體輻射源在校準點為100℃時為例，以上各量互不相關，故合成標準不確定度為=0.043（℃）顯示分辨力為0.1℃的黑體輻射源在校準點為600℃時為例，以上各量互不相關，故合成標準不確定度為=0.34（℃）顯示分辨力為1℃的黑體輻射源在校準點為1200℃時為例，以上各量互不相關，故合成標準不確定度為=1.16（℃）C.7擴展不確定度在（-50～300）℃溫度段，分辨力為0.01℃的黑體輻射源在校準點為100℃時為例，取k=2，擴展不確定度為≈0.09（℃）在（300～1000）℃溫度段，分辨力為0.1℃的黑體輻射源在校準點為600℃時為例，取k=2，擴展不確定度為≈0.7（℃）在（1000～3000）℃溫度段，分辨力為1℃的黑體輻射源在校準點為1200℃時為例，取k=2，擴展不確定度為≈2.4（℃）

附錄D黑體輻射源輻射溫度不確定度評定示例D.1概述設置被校黑體輻射源的溫度點，待輻射源溫度穩(wěn)定后，用輻射溫度計對黑體輻射源進行輻射溫度的測量。根據(jù)所使用的輻射溫度計溫度范圍的不同，以顯示分辨力為1℃的黑體輻射源在1000℃的校準為例，分析黑體輻射源輻射溫度的測量不確定度。D.2數(shù)學模型t式中：tf——tc——?tfD.3方差與靈敏系數(shù)式（1）中tc，?c1=uD.4不確定度來源及分析D.4.1標準的輻射溫度計引入的不確定度分量D.4.1.1根據(jù)輻射溫度計校準證書，在1000℃時的擴展不確定度為1.6℃，k=2，標準不確定度為：u1D.4.1.2統(tǒng)計輻射溫度計四年的數(shù)據(jù)變化，長期穩(wěn)定性約為1.2℃/年，取半寬0.6℃，按均勻分布計算，引入的標準不確定度為：u2D.4.2被校黑體輻射源引入的測量不確定度分量D.4.2.1黑體輻射源的分辨力引入的不確定度，分辨力1℃，取半寬為0.5℃，服從均勻分布則：u3D.4.2.2黑體輻射源的有效發(fā)射率引入的不確定度，1000℃的溫度修正量為0.38℃，服從均勻分布，則：u4D.4.2.3黑體輻射源的穩(wěn)定性為0.9℃/10min，取半寬為0.45℃，服從均勻分布，