基于VBA实现黑体辐射源发射率偏离1引起有效亮度温度修正

按照最新的工作用辐射温度计检定规程和辐射测温用-10～200℃黑体辐射源校准规范要求,需要根据有效亮度温度概念,通过对黑体辐射源进行发射率影响修正和环境辐射误差修正,文章对有效亮度温度发射率影响数学模型,使用VBA语言,研究二分算法,高效实现有效亮度温度与实际温度的修正计算,从而为日常检定、校准工作提供了有力的技术保障。     

中国计量院建立黑体辐射源溯源系统为我国辐射测温技术发展做出重要贡献

<正>日前,由中国计量科学研究院(以下简称"中国计量院")承担完成的质检公益性行业科研专项项目"黑体辐射源溯源系统建立"顺利通过国家质检总局科技司组织的专家组验收。项目研究成果使我国黑体辐射源直接作为亮度温度标准器成为可能,对提高省市级计量部门的黑体辐射源的应用水平,解决我国红外标准辐射温度计急需的溯源要求,并最终提高工业级辐射温度计的检定校准水平具有重要意义。项目成功实现了在-30℃~961.78℃范围     

工作用辐射温度计固有误差测量不确定度的评定

将黑体辐射源作为计量标准,采用亮度温度溯源方法,适用于便携性好的中低温辐射源;将黑体辐射源和参考温度计的组合作为计量标准,并以辐射温度计为标准进行溯源,适用于便携性差和不具备可拆卸的接触式温度计的高温黑体辐射源。文章实验中在50~700℃和800~1 600℃两个温度范围内,使用了两种不同的计量标准类别,相应地选用了两个常见的辐射温度计作为被测对象,按照JJG 856—2015《工作用辐射温度计》的要求考虑了辐射源发射率偏离1等因素对固有误差的影响,分段评定了被测温度计示值固有误差的不确定度。     

黑体辐射源发射率对辐射测温准确度的影响及修正方法

随着辐射温度计的广泛应用,对准确测量、校准或检定的要求越来越高.尽管黑体辐射源的性能不断提高,但黑体辐射源发射率偏离1仍然是影响辐射温度计校准/检定或相关应用准确度的关键问题.可是目前对辐射温度计的校准常常忽略黑体辐射源发射率偏离1的影响或在分析中采用不适当的计算.针对常见的辐射温度计,阐述了对黑体辐射源发射率的影响进行修正与不确定度评定的一般方法,对复杂的宽带辐射温度计提出可行的近似计算方法,并对最常见的8～14μm宽带辐射温度计给出了计算结果.分析结果表明,对于较长波长的辐射温度计,在中高温区的校准或检定中所经常使用黑体辐射源发射率值所引起的亮度温度误差是显著的,应予以修正.     

有效亮度温度测量中发射率影响的修正

经典的短波高温修正模型不适用于中长波红外温度计的发射率修正和不确定度评定。采用有效亮度温度概念,得到了对于温度范围和测温波长具有广泛适用性的发射率影响模型以及具有简明物理含义的微差近似形式,包含了经典亮度温度理论中的发射率影响修正和环境辐射误差修正。定量分析了经典的短波高温修正模型的误差。针对黑体辐射源的不同溯源方法,讨论了辐射温度计校准中的发射率影响修正方法,并给出修正实例。所用方法可用于辐射测温应用、辐射温度计校准和黑体辐射源校准中的发射率和环境影响修正以及辐射源发射率不确定度对校准结果不确定度贡献的计算。     

校准工作用辐射温度计选用计量标准探讨

分别使用参考接触式温度计与辐射源的组合、参考辐射温度计与辐射源的组合和具有有效亮度温度溯源的参考辐射源三种不同的计量标准形式,在400℃校准8～14μm工作用辐射温度计,得到其固有误差的不确定度典型值。并根据不确定度分量的贡献值,分析不同计量标准的适用情况,以供工作用辐射温度计的计量标准装置建标和计量检测时参考。     

发射率影响修正近似公式及其适用性分析

黑体辐射源的有效发射率影响是辐射测温计量标准中的重要影响因素.本文利用有效亮度温度概念,对辐射温度计或黑体辐射源检定校准中的发射率影响修正模型的多种简化形式进行了分析比较.定量分析了Wien近似、忽略环境辐射近似和微差近似等几种近似模型的温度与波长适用性.其中微差模型具有简明的物理含义,经典的短波高温修正模型不宜用于常见的8～14μm辐射温度计的测量结果修正.在有效亮度温度测量与校准的发射率修正和不确定度传播计算中,本文分析结果为在不同波长和温度范围合理选择简化公式提供了参考依据.     

黑体辐射源发射率偏离1亮度温度溯源到比色温度的影响

介绍了辐射原理,对三种常用的传递方式进行分析,最终结果是用接触式温度计作为标准器,受黑体辐射源发射率偏离1影响最小,得到的检定/校准结果更准确。     

辐射温度计检定中的有关问题

辐射测温仪器包括光学高温计、辐射感温器、光电温度计、红外温度计、比色温度计等。现就1987年颁布的辐射温度计检定规程中的有关问题,作些简单的说明。1.标准器的要求标准器是根据不同热源来选用的,例如900～2000℃辐射源为高温黑体炉时,标准器选为标准光学高温计;300～1200℃辐射源用中温黑体炉,标准器选用二等标准热电偶。     

辐射温度计示值测量的不确定度评定

依据JJG 415—2001《工作用辐射温度计检定规程》的检定方法对TRTⅡ型辐射温度计进行校准,使用上海物理研究所生产的HFY-300型黑体辐射源,以二等标准铂铑10-铂热电偶为标准,在800℃点进行测量并进行不确定度分析。     

氟利昂热管黑体辐射源性能实验研究

为了满足机场、车站等红外筛检仪器辐射温度现场校准的要求,文章介绍了一种氟利昂热管黑体辐射源。黑体辐射源空腔形状为圆柱-圆锥形,空腔长100 mm,锥角为120腔,法向平均有效发射率计算值为0.995。利用TRT2辐射温度计对黑体辐射源腔底进行辐射温度测量,对热管进行不同角度的倾斜,测得的黑体辐射源温度稳定性优于0.2℃,氟利昂热管空腔内均匀性优于0.2℃,可以满足现场校准需求。     

发射率设定值不为1的辐射温度计的校准

分析了用黑体辐射源校准发射率设定值小于1的辐射温度计时,对温度计示值的影响,介绍了近似修正方法及典型计算结果.     

大口径高发射率面型黑体辐射源的研制

黑体辐射源作为定标标准器,在红外测量设备的辐射定标中具有重要作用。为应对大口径红外测量设备的辐射定标工作需求,设计了1台辐射面积为400mm×400mm的面型黑体辐射源。采用多路控温和连接固定冷源的方式对黑体进行温度控制;通过热仿真确定合适的传热模型,同时结合高发射率涂层工艺与辐射面的结构设计使黑体具备高发射率,辐射面有效发射率可达到0.992;在真空环境下,利用标准铂电阻温度计测量得到黑体辐射面源的温度均匀性偏差最大为0.101K,稳定性平均值为0.018K/10min,该黑体辐射光源能够满足现阶段大口径红外测量设备的使用需求。     

耳温计检定校准用黑体空腔有效发射率比较与亮度温度比对实验

耳温计检定校准用黑体辐射源是耳温计检定和校准的计量标准器,黑体空腔的有效发射率是其关键特性。介绍耳温计检定规程推荐黑体空腔的发射率特性,并与两种国际标准推荐的耳温计黑体空腔进行了亮度温度比对实验。在数据分析基础上,给出对三个耳温计黑体空腔的评价。     

基于黑板温度计的婴儿辐射保暖台温度偏差校准方法

该文主要研究设计婴儿辐射保暖台的温度偏差校准方法。由于婴儿辐射保暖台使用的是非封闭式的红外辐射加热方式,因此不能使用传统的测温方式对其温度进行测量,该文作者通过多项试验数据的比较对婴儿辐射保暖台温度参数的校准进行多种试验方法的筛选,最后选择黑板温度计作为校准温度参数的标准器,根据试验需要设计出适用于试验的黑板温度计,提出一套系统的婴儿辐射保暖台的温度偏差校准方法,并且按照提出的校准方法完成数据分析及校准不确定度的讨论。试验数据分析证明所提出的辐射保暖台温度校准方法的可行性,因此该文提出的以使用黑板温度计作为标准器为基础的温度偏差校准方法是适用于实际工作的。     

传递辐射温度计性能实验研究

通过对商用温度计进行改造建立了传递辐射温度计(TRT),用于30～50℃黑体辐射源辐射温度校准.针对环境温度波动对传递温度计输出的影响作用进行了实验研究,通过采用温度计恒温措施消除传递辐射温度计输出漂移.实验确定了传递辐射温度计的辐射源尺寸效应(SSE),采用水冷光阑消除传递辐射温度计SSE对辐射温度差测量的影响.     

发射率0.95的单波段辐射温度计的校准方法探讨

目前发射率0.95的辐射温度计应用十分广泛,对于这类辐射温度计还没有统一的校准规范。文章对发射率为0.95、光谱范围为8~14μm单波段辐射温度计的校准方法进行了探讨,主要首先讨论了辐射源的选用,其次针对选用黑体辐射源作为标准时辐射温度计理论示值的修正算法,对斯忒藩—玻尔兹曼全辐射定律、极限有效波长法和积分法得到的结果进行了比较,最后对校准过程中环境辐射的影响、校准距离的确定和对辐射源腔口直径的要求给出了相关建议。     

辐射温度计校准设备准标准黑体技术探讨及实际测量应用

标准黑体是校准辐射温度计的主要设备,但迄今为止对黑体辐射技术的研究仍在不断的完善之中,本文论述了通过准确标定标准黑体的辐射温度,来验证黑体发射率的技术探讨及在实际测量应用中总结出的关于辐射温度计校准中存在的几个问题。     

采用统计方法减小黑体辐射源比较分度噪声等效温差

分析了黑体辐射源比较测量过程的特点,采用消除辐射温度计线性漂移的比较测量方法,抑制辐射温度计输出非线性漂移和随机噪声影响统计平均处理方法,减小辐射温度计的噪声等效温差.使用不同的统计平均数量,得到相应测量条件下黑体辐射源比较分度的测量水平.测量结果中噪声等效温差可以优于0.01℃.统计处理方法不仅可以应用在黑体辐射源比较分度中,而且可以扩展应用在与黑体辐射源比较分度类似比较测量过程.     

精密黑体辐射源标准装置设计研究

为了解决辐射温度计的检定、校准中因黑体辐射源发射率低问题而引入的修正问题,文章设计了温度范围为-10~110℃的精密黑体辐射源。在等温条件下,利用基于光线跟踪技术的Monte Carlo方法对黑体空腔法向有效发射率进行了计算,结果表明,设计的精密黑体辐射源理论法向有效发射率不低于0.999 2。