|
《工作用輻射溫度計(jì)檢定規(guī)程》
編制說(shuō)明
對(duì)規(guī)程內(nèi)容的說(shuō)明，以中括號(hào)內(nèi)的標(biāo)號(hào)表示所說(shuō)明的內(nèi)容在規(guī)程中的標(biāo)號(hào)，例如[7.3.1]表示規(guī)程文本條款號(hào)為7.3.1。
1 任務(wù)來(lái)源
國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、全國(guó)溫度計(jì)量技術(shù)委員會(huì)于2009年下達(dá)了《工作用輻射溫度計(jì)檢定規(guī)程》的制定任務(wù)，由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院負(fù)責(zé)起草,上海自動(dòng)化儀表研究所、湖北省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院、北京市計(jì)量檢測(cè)科學(xué)研究院、北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所參加起草，共同完成。
2 目的和意義
輻射溫度計(jì)應(yīng)用廣泛，開展輻射溫度計(jì)檢定與校準(zhǔn)的計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)迅速增加。隨著技術(shù)發(fā)展，檢定所需標(biāo)準(zhǔn)器可選范圍更廣，輻射源種類增多、性能提升；輻射溫度計(jì)種類較多，性能差異較大，而產(chǎn)品宣稱的最大允許誤差水平較高，但檢定的測(cè)量條件往往不明確；而不同條件下的檢定結(jié)果可能有很大差異；已有規(guī)程JJG856-94、JJG415-2001和JJG67-2003對(duì)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的輻射溫度計(jì)的實(shí)際檢定不確定度不理想，而且三個(gè)規(guī)程也在一定程度上給檢定依據(jù)的選擇帶來(lái)技術(shù)要求與方法的不一致問(wèn)題。
本次制定將制定統(tǒng)一的檢定規(guī)程，規(guī)定更符合現(xiàn)階段技術(shù)水平的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)與配套設(shè)備及它們的技術(shù)要求；明確一些重要概念和檢定條件、操作方法、修正方法；為輻射溫度計(jì)的檢定提供新的技術(shù)法規(guī)依據(jù)。
3 規(guī)范內(nèi)容說(shuō)明
1）適用范圍 [1]本規(guī)程適用于以變溫（黑體）輻射源對(duì)單波段輻射溫度計(jì)和比色溫度計(jì)的檢定，不適用于對(duì)（紅外）耳溫計(jì)和額溫計(jì)的檢定。
溫度范圍為-50℃~3000℃，涵蓋原有三規(guī)程的溫度范圍，也覆蓋目前絕大多數(shù)輻射溫度計(jì)的測(cè)溫范圍。
目前的版本未包括對(duì)0.95發(fā)射率的單波段輻射溫度計(jì)的檢定，將考慮另行制定相應(yīng)校準(zhǔn)規(guī)范。
2）規(guī)范起草的技術(shù)依據(jù) [2]本規(guī)程在形式與內(nèi)容的一般性要求方面遵循JJF 1002-2010《國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程編寫規(guī)則》要求進(jìn)行的編寫。
由于目前尚無(wú)輻射溫度計(jì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，主要技術(shù)依據(jù)為國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范、國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
3）術(shù)語(yǔ)
（1）關(guān)于輻射溫度
將JJF 1007-2008《溫度計(jì)量名詞術(shù)語(yǔ)及定義》中的“輻射溫度”改稱“全輻射溫度”[3.1.2]，本規(guī)程將“輻射溫度”[3.1.1]定義為以黑體亮度表示的理想帶通輻射溫度計(jì)的示值。
亮度溫度、比色溫度等仍沿用JJF 1007的定義，在本規(guī)程中不再重復(fù)定義。
（2） 輻射源與溫度計(jì)
由于對(duì)輻射源發(fā)射率的要求，既有提高的部分，又有對(duì)輻射溫度溯源的輻射源發(fā)射率的放寬要求和適用范圍的限定，為了明確界定，本規(guī)程將空腔黑體輻射源定義為黑體輻射源[3.1.3]，將較低發(fā)射率的平面輻射源定義為面輻射源[3.1.4]。
黑體輻射源的定義參考JJF1032中人工黑體的定義，構(gòu)成中去掉了輻射度學(xué)照度測(cè)量所需的與“光闌”有關(guān)的內(nèi)容。
由于規(guī)程將“計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)”[7.1.1]定義為兩種形式：參考溫度計(jì)與輻射源的組合，參考輻射源。因此將“參考輻射源”[3.1.5]和“參考溫度計(jì)”[3.1.6]作為術(shù)語(yǔ)進(jìn)行定義，以明確概念。作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)（的一部分），參考溫度計(jì)即可選擇檢定系統(tǒng)表中的標(biāo)準(zhǔn)級(jí)溫度計(jì)也可選擇不確定度符合要求的精密溫度計(jì)，因此，此術(shù)語(yǔ)在溫度計(jì)之前的限定詞沒有使用“標(biāo)準(zhǔn)”，而是“參考”。
輻射溫度計(jì)、比色溫度計(jì)等仍沿用JJF 1007的定義，在本規(guī)程中不再重復(fù)定義。
（3）輻射溫度計(jì)技術(shù)參數(shù)
定義了“光譜范圍”[3.1.7]。
在方法上，本規(guī)程重點(diǎn)明確了在設(shè)計(jì)測(cè)量距離和設(shè)計(jì)輻射源直徑條件下進(jìn)行檢定和輻射溫度計(jì)目標(biāo)與輻射源直徑的關(guān)系。因此，將視場(chǎng)（目標(biāo)）[3.1.8]與測(cè)量距離[3.1.9]作為專門術(shù)語(yǔ)定義和說(shuō)明。
4）概述
輻射溫度計(jì)的最大允許誤差應(yīng)說(shuō)明滿足其要求的測(cè)量條件——測(cè)量距離與輻射源直徑。因此，在[4.3]增加文字“最大允許誤差或儀表不確定度（以下簡(jiǎn)稱最大允許誤差）技術(shù)指標(biāo)需同時(shí)注明與之相對(duì)應(yīng)的測(cè)量距離與輻射源直徑，或檢定（或校準(zhǔn)）的測(cè)量距離與輻射源直徑”。
5）技術(shù)要求
本規(guī)程的“計(jì)量特性要求”[5]包括“固有誤差”[5.1]和“重復(fù)性”[5.2]，“通用技術(shù)要求”[6]包括“外觀”[6.1]、“光學(xué)系統(tǒng)”[6.2]和“絕緣電阻”[6.3]。與現(xiàn)有規(guī)程基本相同。
重復(fù)性不超過(guò)最大允許誤差絕對(duì)值的三分之一。JJG67、JJG415和JBT9240均采用相同要求,JJG856無(wú)重復(fù)性要求。重復(fù)性的含義在不同標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程中有很大差異，本規(guī)程在測(cè)試方法上表現(xiàn)出的重復(fù)性含義，與IEC62492-1十分接近，并易于操作。
關(guān)于[5.1]的術(shù)語(yǔ)，標(biāo)準(zhǔn)與檢定規(guī)程有系統(tǒng)性偏差。標(biāo)準(zhǔn)JB/T 9240-1999、JB/T 9241-1999、IEC/TS 62492-1-2008、ASTM 1256-2007和OIML D24（1996）中相應(yīng)的技術(shù)要求是對(duì)“（最大）允許誤差”、“準(zhǔn)確度”等誤差限之類的術(shù)語(yǔ)的。而現(xiàn)有規(guī)程使用類似“固有誤差”的術(shù)語(yǔ)。其主要差異為，在標(biāo)準(zhǔn)中大多是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到各溫度點(diǎn)誤差，并根據(jù)誤差的最大絕對(duì)值確定“最大允許誤差”的數(shù)值。而規(guī)程是根據(jù)產(chǎn)品已確定的技術(shù)規(guī)格——“最大允許誤差”判斷溫度計(jì)實(shí)際誤差是否符合生成的水平。
6）計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)[7.1.1]（1）現(xiàn)狀
從技術(shù)合理性考慮，應(yīng)要求檢定結(jié)果的不確定度不超過(guò)被檢溫度計(jì)最大允許誤差的1/3。但實(shí)際情況難以達(dá)到；即使應(yīng)要求標(biāo)準(zhǔn)裝置量值（輻射溫度、亮度溫度或比色溫度）的不確定度不超過(guò)被檢溫度計(jì)最大允許誤差的1/3，在部分實(shí)際情況中也存在困難；但僅要求標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的不確定度不超過(guò)被檢溫度計(jì)最大允許誤差的1/3（JJG856為1/5，JJG415為1/3，JJG67略低于1/3），雖屬無(wú)奈，但對(duì)有效控制輻射源引入的不確定度和引導(dǎo)計(jì)量部門建立輻射要求的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置不利，存在不確定度漏洞和誤導(dǎo)作用。
現(xiàn)行規(guī)程對(duì)黑體輻射源有效發(fā)射率的最高要求為1±0.005，而且檢定結(jié)果不需修正發(fā)射率偏離1的影響。此水平的輻射源在現(xiàn)階段也屬較高技術(shù)指標(biāo)，但對(duì)于對(duì)8~14μm的輻射溫度計(jì)檢定結(jié)果的影響在1000℃約為3.7℃，對(duì)于1%最大允許誤差的溫度計(jì)已超過(guò)最大允許誤差絕對(duì)值的1/3。而且，黑體輻射源產(chǎn)品往往只是籠統(tǒng)給出發(fā)射率0.995或發(fā)射率>0.995，而沒有指出發(fā)射率估計(jì)值及其不確定度，一般未明確指出發(fā)射率指標(biāo)是等溫腔模型的設(shè)計(jì)指標(biāo)還是實(shí)際指標(biāo)，也未說(shuō)明是全輻射發(fā)射率還是光譜發(fā)射率。
形成兩難的處境是，目前的黑體輻射源發(fā)射率指標(biāo)不夠高，對(duì)寬波段溫度計(jì)的檢定不修正發(fā)射率偏離1的影響存在顯著系統(tǒng)偏差或不確定度；采用修正的方法的話，目前發(fā)射率測(cè)量水平難以給出滿意結(jié)果，而輻射源產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)缺乏足夠信息和可信度。
從管理層面，國(guó)家質(zhì)檢總局計(jì)量司要求規(guī)程的修訂不能引起大面積的現(xiàn)有檢定裝置的不適用問(wèn)題和新的大量經(jīng)費(fèi)需求。
鑒于上述情況，本規(guī)程對(duì)有效發(fā)射率提出較理想且有可能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)要求，也提出需要對(duì)發(fā)射率偏離1的影響進(jìn)行修正的兼顧現(xiàn)實(shí)情況的技術(shù)要求。對(duì)短波段溫度計(jì)檢定，發(fā)射率偏離1的不確定度貢獻(xiàn)相對(duì)較小，因此對(duì)于中高溫黑體輻射源的發(fā)射率要求較低。
對(duì)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)寬帶輻射溫度計(jì)和參考輻射源的校準(zhǔn)水平現(xiàn)在尚不能達(dá)到滿意程度。目前，國(guó)家計(jì)量院嘗試進(jìn)行了黑體輻射源的多光譜范圍輻射溫度校準(zhǔn)。已開展“黑體輻射源溯源系統(tǒng)建立”研究，課題將于2012年完成-30~960度標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源建立，相應(yīng)溫區(qū)輻射源與輻射溫度計(jì)的精密校準(zhǔn)能力將顯著提升，能滿足溯源需求。
目前，已制定-10~200度輻射測(cè)溫用黑體輻射源校準(zhǔn)規(guī)范，于今年審定。
（2）計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的類別 [7.1.1.1]
現(xiàn)有規(guī)程只將標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，而將輻射源作為配套設(shè)備。本規(guī)程的重要改變之一是將具有檢定所需溫度量值的輻射源視為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定“計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)為具有已知的輻射溫度、亮度溫度或比色溫度的標(biāo)準(zhǔn)裝置。具有兩類形式：1）參考溫度計(jì)與輻射源的組合構(gòu)成的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置；2）參考輻射源。”
（3）參考溫度計(jì)與輻射源的組合[7.1.1.2] 參考溫度計(jì)[7.1.1.2a）]可采用檢定系統(tǒng)標(biāo)中的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，也允許采用校準(zhǔn)后校準(zhǔn)不確定度和穩(wěn)定性符合要求的精密溫度計(jì)。允許采用輻射溫度計(jì)，既包括現(xiàn)規(guī)程中的標(biāo)準(zhǔn)高溫計(jì)，也包括（紅外）寬帶輻射溫度計(jì)。采用輻射溫度計(jì)，一方面可減小或消除溫度計(jì)測(cè)點(diǎn)與被檢溫度計(jì)測(cè)點(diǎn)之間的溫差，另一方面可減小或消除輻射源（有效）發(fā)射率偏離1及其不確定性的影響。
參考溫度計(jì)的測(cè)量不確定度U (k = 2)：
1）接觸式標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)——不大于被檢輻射溫度計(jì)最大允許誤差絕對(duì)值的五分之一；
2）非接觸式標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)——不大于被檢輻射溫度計(jì)最大允許誤差絕對(duì)值的三分之一；
本規(guī)程在不確定度要求上比JJG67和JJG415有所提高。但相對(duì)而言，上述3條要求中，采用接觸式參考溫度計(jì)時(shí)，不確定度要求較容易達(dá)到，但檢定所需輻射溫度、亮度溫度或比色溫度的不確定度還應(yīng)包含溫度計(jì)測(cè)點(diǎn)與輻射源輻射面之間的溫差和有效發(fā)射率偏離1引入的不確定度，所以實(shí)際控制力度較弱。 而規(guī)程提出的技術(shù)要求必須考慮現(xiàn)有在用設(shè)備的技術(shù)能力，因此，此規(guī)定是一種折中方案。由此引起的實(shí)際控制力度較弱的問(wèn)題，將由比對(duì)等措施予以彌補(bǔ)。
輻射源[7.1.1.2b）]
包括空腔式黑體輻射源與（平）面輻射源?！?/font>輻射源的均勻輻射區(qū)域應(yīng)滿足輻射溫度計(jì)的視場(chǎng)角或距離系數(shù)的適當(dāng)倍數(shù)的要求”；穩(wěn)定度和均勻性要求均為“小于0.1與0.1%t大者”；而對(duì)黑體輻射源有效發(fā)射率給出三種數(shù)值要求: 1±0.002、1±0.005、或1±0.01，前者是推薦指標(biāo)，中間為兼顧現(xiàn)狀的指標(biāo)，后者為有明確應(yīng)用范圍限制的要求；為滿足大視場(chǎng)輻射溫度計(jì)鑒定的需要，允許采用輻射溫度溯源的面輻射源。
一些對(duì)輻射源的有效發(fā)射率的必要要求，由于受可操作性的限制，沒有明確提出附加要求，如：有效發(fā)射率應(yīng)為法向特性，應(yīng)為與輻射溫度計(jì)光譜范圍相應(yīng)的波長(zhǎng)范圍的有效發(fā)射率，應(yīng)為實(shí)際特性而非設(shè)計(jì)指標(biāo)等。
由于輻射源有效發(fā)射率偏離1的影響與（單波段）輻射溫度計(jì)的波長(zhǎng)成正比，而8-14微米輻射溫度計(jì)不用于測(cè)量高溫，因而，對(duì)高溫爐的有效發(fā)射率的要求較低，對(duì)中低溫輻射源按輻射溫度計(jì)的波長(zhǎng)（波段）提出不同要求。
（4）參考輻射源[7.1.1.3] 指輻射溫度或亮度溫度溯源的輻射源。
很多大面積輻射源和不具有可拆卸溯源的溫度計(jì)的輻射源對(duì)于檢定大視場(chǎng)（角）輻射溫度計(jì)是重要的補(bǔ)充，也具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
即使對(duì)于具有可拆卸溫度計(jì)的空腔式黑體輻射源，輻射溫度或亮度溫度溯源方式，一方面也能夠大幅減小標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)點(diǎn)與被檢輻射溫度計(jì)目標(biāo)區(qū)域之間的溫差及相應(yīng)不確定度，另一方面，可減小或基本消除有效發(fā)射率的不確定性（光譜選擇性與不確定度）的影響。
面輻射源發(fā)射率的光譜選擇性有可能遠(yuǎn)大于空腔黑體輻射源。因此，對(duì)參考面輻射源的應(yīng)用附加了限制——僅用于對(duì)與輻射溫度同波段的單波段輻射溫度計(jì)的檢定。
參考輻射源在滿足對(duì)輻射源[7.1.1.2 b）]的要求的同時(shí)，校準(zhǔn)不確定度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性引起的不確定度的綜合影響（k=2）應(yīng)不大于被檢輻射溫度計(jì)最大允許誤差絕對(duì)值的三分之一。
7）檢定項(xiàng)目
包括首次檢定和后續(xù)檢定中的檢定項(xiàng)目，但取消了現(xiàn)有規(guī)程中的使用中檢驗(yàn)內(nèi)容。主要原因?yàn)椋话闶褂谜叩目捎觅Y源十分有限，難以采用統(tǒng)一方法進(jìn)行首次檢定和后續(xù)檢定中的主要檢查項(xiàng)目——固有誤差和重復(fù)性的有效檢驗(yàn)。
8）檢定方法
（1）檢定溫度點(diǎn)的選取
綜合考慮減小風(fēng)險(xiǎn)和成本，首次檢定選取5個(gè)溫度點(diǎn)，后續(xù)檢定選取不少于3個(gè)溫度點(diǎn)。寬量程溫度計(jì)可增加溫度點(diǎn)。
將多量程（含不同光譜范圍的相同量程）輻射溫度計(jì)的不同量程視為不同輻射溫度計(jì)進(jìn)行溫度點(diǎn)選取。
（2）計(jì)量性能檢定前的準(zhǔn)備[7.3.3]規(guī)定：將被檢輻射溫度計(jì)放置于檢定環(huán)境，通常不少于4小時(shí)。初始溫度與檢定環(huán)境有較大差異的，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)放置時(shí)間。
（3） 檢定的測(cè)量距離和光闌直徑
由于輻射源尺寸效應(yīng)（SSE），SSE不理想的輻射溫度計(jì)在不同的測(cè)量距離和輻射源直徑條件下的測(cè)量結(jié)果可能有顯著差異，可能達(dá)到最大允許誤差絕對(duì)值的數(shù)倍。檢定本規(guī)程明確提出檢定實(shí)驗(yàn)的平面輻射源測(cè)量模型，給出確定檢定的測(cè)量距離和輻射源前置光闌直徑的方法及有限順序。
在附錄A做出詳細(xì)介紹。
在檢定結(jié)果中要求給出檢定采用的測(cè)量距離和輻射源（前置光闌）直徑。
（4）瞄準(zhǔn)方法
瞄準(zhǔn)方法是本規(guī)程與現(xiàn)有規(guī)程的另一重要不同點(diǎn)。
現(xiàn)有規(guī)程多沒有明確的瞄準(zhǔn)模型。而這一不足對(duì)于輻射源尺寸效應(yīng)（SSE）較差的輻射溫度計(jì)（通常為較長(zhǎng)波長(zhǎng)、大視場(chǎng)角、較低成本溫度計(jì)）可能是很嚴(yán)重的問(wèn)題——不統(tǒng)一、不適宜的瞄準(zhǔn)方法和不統(tǒng)一、不適宜的測(cè)量條件，有可能使檢定結(jié)果產(chǎn)生數(shù)倍于最大允許誤差的差異。也使測(cè)溫應(yīng)用沒有明確的首選測(cè)量條件和對(duì)差異進(jìn)行修正的明確參考條件。
本規(guī)程規(guī)定的方法，原則上，輻射溫度計(jì)應(yīng)瞄準(zhǔn)前置光闌，以使檢定具有明確的等效平面源模型測(cè)量條件。
考慮到高溫輻射源的均勻性影響和瞄準(zhǔn)難度，以及適用于高溫測(cè)量的短波段輻射溫度計(jì)一般具有較好的SSE特性，對(duì)短波長(zhǎng)輻射溫度計(jì)允許瞄爐口或空腔底部，以獲得較好的瞄準(zhǔn)重復(fù)性。
（5）輻射源的適用性確認(rèn)
為了強(qiáng)化需根據(jù)具體被檢溫度計(jì)特性判斷輻射源適用性的意識(shí)和實(shí)施效果，實(shí)現(xiàn)均勻亮度等效平面輻射源模型，規(guī)程在瞄準(zhǔn)操作后，增加了輻射源適用性的判斷要求。
（6）設(shè)射率設(shè)置
規(guī)定將發(fā)射率可調(diào)的單波段輻射溫度計(jì)的發(fā)射率設(shè)定為1。只能十分接近但不能設(shè)為1的作為特例處理。
（7）固有誤差 [7.3.5]分別按被檢輻射溫度計(jì)為直接溫度(值)輸出和（鉑電阻的）電阻或（熱電偶的）熱電勢(shì)輸出進(jìn)行描述。
（8） 重復(fù)性 [7.3.6]
在相同條件下，為一次瞄準(zhǔn)后，不少于3min時(shí)間內(nèi)連續(xù)測(cè)量穩(wěn)定的輻射源溫度，均勻讀取不少于10次溫度讀數(shù)，計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差。
（9） 數(shù)據(jù)處理
固有誤差[7.4.1]分為四個(gè)步驟。
1）參考溫度計(jì)
2）被檢輻射溫度計(jì)
3）固有誤差計(jì)算（含各項(xiàng)誤差修正）
在附錄中給出發(fā)射率偏離1修正和窗口影響修正的詳細(xì)介紹。
4）檢定點(diǎn)示值計(jì)算
4 附錄
附錄A 輻射溫度計(jì)瞄準(zhǔn)的平面輻射源模型與瞄準(zhǔn)方法
附錄B 輻射溫度計(jì)輻射源尺寸效應(yīng)的確定與測(cè)溫時(shí)的修正
附錄C 帶窗口的高溫黑體輻射源的窗口修正值的確定
附錄D黑體輻射源有效發(fā)射率偏離1的影響修正
附錄E 檢定記錄參考格式
附錄F 檢定數(shù)據(jù)處理舉例（待補(bǔ)充）
附錄G 檢定證書/檢定結(jié)果通知書參考格式
附錄H 檢定結(jié)果的不確定度評(píng)定舉例（待補(bǔ)充）
輻射溫度計(jì)檢定規(guī)程起草組
原遵東
2011年9月5日
| 
收藏
贊
踩
閩公網(wǎng)安備 35020602000072號(hào)