中日标准光电高温计国际比对

介绍并讨论了1999年中国计量科学研究院(NIM)和日本计量研究所(NRLM),在NRLM用光电高温计在高温黑体炉上进行的高温温标的国际比对.比对结果,显示两国温标的一致性,从1000℃～2200℃优于±1℃.     

基准光电高温计的光谱响应度测量

基准光电高温计的光谱响应度是复现ITS-90银点以上温标的重要参数,中国计量科学研究院新建了一套基于单色仪的光谱响应度测量装置.在这套装置上高温计的光谱响应度作为一个整体参数进行测量,系统能够自动完成单色仪的波长标定和高温计的响应度测量.初步完成了基准光电高温计的600～1 200 nm之间的光谱响应度测量,并计算了基准光电高温计的有效波长及其不确定度.     

风云卫星的红外遥感亮度温度国家计量标准装置

综述了国际上美国、德国、俄罗斯的典型红外遥感亮度温度标准装置的研究现状,着重介绍了由中国计量科学研究院研制的用于风云卫星红外载荷黑体定标的红外遥感亮度温度国家计量标准装置(VRTSF)。给出了VRTSF的设计方案,描述了它的结构和光路。设计了满足风云卫星红外载荷定标黑体工作环境的真空低背景实验舱,建立了满足量值溯源需求的标准黑体辐射源作为量值标准器。标准变温黑体辐射源的温度覆盖190K~340K,口径为30mm,空腔发射率为0.999 9,温度不确定度优于50mK@300K/10μm(k=2)。该装置的光谱为(1-1 000)μm,光谱分辨率为0.2cm-1,可满足多种红外载荷的定标需求。该装置具有高温度不确定度水平、高光谱分辨率和扩展性强等特点,如未来该装置温度覆盖至(100-500)K,将会满足大部分红外载荷量值的溯源需求。     

基于集成黑体法的1 000~1 500℃石墨材料高温红外光谱发射率测量

建立了基于集成黑体法的材料高温红外光谱发射率测量理论模型,重点讨论了不等温集成黑体空腔有效发射率、观测因子、样品材料外推温降因素的影响。基于集成黑体法搭建了以傅里叶红外光谱仪为红外辐射探测系统的高温红外光谱发射率测量装置。基于蒙特卡罗光线追迹法数值开展了集成黑体有效发射率数值模拟,并进行了实验验证。讨论了辐射源尺寸效应、光谱响应度线性度等非理想因素对集成黑体法高温光谱发射率测量的影响。开展了石墨材料在1 000℃、1 300℃、1 500℃的红外光谱发射率实验研究,并与已公开发表的测量结果进行了比对。本文结果与文献数据优于5%的良好一致性,验证了集成黑体方法在高温发射率测量中的可行性。     

实验室比对数据处理中卡方统计量研究

卡方统计量是实验室比对数据处理的关键统计分析工具,可用于比对数据的一致性核验和参考值不确定度的估计.本研究在比对量具有相同期望及比对数据服从正态分布的条件下,提出了一种包含一般线性估计的卡方统计量,研究了该统计量的性质及分布.该统计量可以实现一般线性参考值估计的一致性检验和不确定度估计,为更广泛的线性参考值估计提供统计工具,可用于比对数据分析或多实验室定值测量.作为示例,针对算术平均值使用传统卡方检验需基于各实验室宣称相同不确定度的局限,对任意不确定度组合下的算术平均值给出卡方统计量,为这种常用线性参考值估计的扩展应用提供了新统计分析方法.     

900 nm照度辐射温度计的研制

介绍了中国计量科学研究院基于黑体辐射原理研制的波长为900 nm、测温范围为600～1 500 ℃的照度辐射温度计。该辐射温度计测量探测器接收的光谱辐射照度,采用单点分度法,结合有效波长测量技术,直接依据普朗克辐射定律计算被测温度,具有结构简单、测温稳定性好的特点。单点分度法以Cu点为固定点在Al点测温偏差为-0.04 ℃,而在800 ℃和900 ℃两个点,与RT9032辐射温度计测量结果偏差分别为0.09 ℃和0.11 ℃。     

低温标准黑体辐射源的性能研究

利用半导体制冷技术与热管技术,研制了低温达-30 ℃的新型低温黑体辐射源。通过实验得到其温度稳定性优于0.02 ℃/20min,均温区腔壁的轴向温度均匀性优于0.3 ℃,热管空腔有效发射率计算值大于0.999 2。利用基于光线跟踪技术的Monte Carlo方法,计算得出该热管空腔发射率从中心到边缘位置的变化规律为逐渐减小的趋势,发射率的平均变化率仅为0.06‰,说明轴向温场均匀性对法向平均有效发射率的影响较小。     

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.     

辐射测温的广义有效亮度温度

针对实际测温中的问题和经典亮度温度理论的不足,提出了以灰体为参照辐射体的广义有效亮度温度概念;利用等效波长理论阐述了带通辐射温度计测量的"主观"特性(积分广义有效亮度温度)与表面有效辐射的"客观"特性(广义有效亮度温度)的关系;分析归纳了广义有效亮度温度的特性以及它与广义亮度温度、有效亮度温度和经典亮度温度之间的关系。广义有效亮度温度理论是对以黑体为参考辐射体的经典表观温度理论的发展,能够在理论上表达和解释亮度测量辐射温度计的实际测量结果,包括在经典理论中缺乏解释的具备发射率修正功能的辐射测温计的测量结果。