资料介绍
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF 1080—2002
-50~ +90℃黑体辐射源
校准 规范
Radiatorsin -50~ +90℃
2002-04-15发布 2002-07-01 实施
国家 质量 监督 检验 检疫 总局 发布
-50~ +90℃黑体辐射源校准 规范
BlackbodyRadiatorsin -50~ +90℃
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本规范经国家质量监督检验检疫总局于 2002年 4 月 15 日批准 , 并自2002年 7月 1 日起施行。
归口单位 : 全国光学计量技术委员会
起草单位 : 中国计量科学研究院
本规范由归口单位负责解释
本规范主要起草人 :
张建镛 (中国计量科学研究院)
霍超 (中国计量科学研究院)
目录
-50~ +90℃黑体辐射源校准规范
1 范围
本规范适用于各种黑体辐射源的校准。黑体辐射源的工作温度范围为 -50~ +90 ℃ , +90~ +250 ℃黑体和其他类型的热辐射源的校准可参照本规范执行。
2 引用文献
JJG 2093—1995 常温黑体辐射计量器具检定系统
使用本规范时 , 应注意使用引用文献的现行有效版本。
3 概述
工作在 -50~ +90 ℃温度范围的黑体辐射源主要用于红外探测元件、红外仪器整机性能测试、红外测温仪、热象仪校准等领域。
黑体辐射源主要由黑体空腔、黑体空腔测温、控温元件或系统、保温层及外壳等组成。 常用的黑体空腔形状有圆柱形、 圆锥形、球形、 圆柱加圆锥形、 圆柱加倒锥形以及其他形状 ; 黑体空腔测温和控温元件可以是电阻温度计或热电偶温度计 ; 控温系统可采用热管法、恒温液流法、 电阻加热法等。
4 计量特性
4.1 通用要求
外形尺寸合理 , 结构紧凑 , 装配可靠 ; 辐射面、腔体内表面涂料均匀 , 氧化膜无明显剥落 , 表面无划痕 ; 无漏水、漏电 和其 他异 常现 象 ; 黑体 外壳 与环 境温 差不 得超 过10K。
4.2 计量要求
有效发射率 : ≥0.92
全辐射温度测量范围 : -50~ +90 ℃
全辐射亮度测量范围 : 45~ 320W · m2
5 校准条件
5.1 标准器及其他设备
校准装置设备图参见附录 D。
5.1.1 -50~ +90 ℃标准黑体一台 , 主要技术指标为 :
黑体空腔直径 : > 60 mm
空腔有效发射率 : >0.999
测温不确定度 (k= 2) : 0.1 K
空腔控温稳定性 : 0.02K/15 min
5.1.2 标准水槽 ( +20~ +90 ℃控温) 一台
5.1.3 酒精低温恒温槽 ( -50~ +20 ℃控温) 一台
5.1.4 常温黑体全辐射比较测量装置一套
主要包括红外辐射计一台 , 其噪声等效辐射亮度为 1.1× 10-6 W · cm-2 · sr-1 , 噪声等效温度为 0.01K。
5.1.5 微机控制的数据采集系统一套
5.2 环境条件
实验室温度 : (20±5) ℃ , 在每个样品测量时间 (约 30min) 内 , 实验室温度变化应小于 1 ℃。
相对湿度 : 应小于 80%RH。
6 校准项目和校准方法
6.1 校准项目
本校准项目包括待测黑体辐射源有效发 射率 εs、全辐 射亮 度 Ls 或全 辐射 温度 Ts的校准。黑体辐射源的工作温度范围为 : -50~ +90 ℃。
6.2 校准方法
校准采用的是全辐射亮度比较法。
6.2.1 校准原理
a) 黑体辐射源的全辐射出射度 Mb 为 :
Mb =εσT (W · m-2 ) (1)
式中 : Tb— 黑体有效辐射面的绝对温度 , K;
ε— 黑体辐射源的有效发射率 ;
σ— 斯忒藩-玻尔兹曼常数 , σ= 5.670 32× 10-8 W · m-2 ·K-4。
待测黑体辐射源的全辐射亮度为 :
式中 : Vs , Vb— 分别为红外辐射计对准待测黑体和标准黑体时的响应。
c) 黑体的有效辐射亮度为 :
式中 : LLλ=c为黑体的光谱辐射亮度 (普朗克公式) , c1 , c2 分别为第一、
第二普朗克常数 ;
Sλ— 红外辐射计的光谱响应函数 ;
λ— 光谱辐射波长。
d) 待测黑体的有效发射率 εs 按下式计算 :
式中 : Ls , Ms , Tsr— 分别为待测黑体的全辐射亮度、全辐射出射度和全辐射温度 ;
Lb , Mb , Tb— 分别为与待测黑体温度相同的绝对黑体的全辐射亮度、全辐射出射度和绝对温度。
e) 待测辐射源的全辐射出射度 (全辐射亮度) 与某绝对黑体相同时 , 此时绝对黑体的温度即待测辐射源的全辐射温度 Ts。
通过红外辐射计分别测量标准黑体和待测黑体或黑体辐射源的红外响应值 , 此红外响应值正比于标准黑体或待测黑体的有效辐射亮度 Lb 或 Ls。
通过铂电阻温度计测得标准黑体和待测黑体或黑体辐射源的电阻值 Rb1和 Rb2 , 用相应程序计算出对应的标准黑体绝对温度 Tb1 , Tb2 和有效辐射 亮度 Lr1 , Lr2 , 并计 算Rs 对应的待测黑体全辐射温度 Ts。
用式 (2) 将黑体或辐射源的有 效辐 射亮 度转 换为 全辐 射亮 度 ; 将式 (1) 代入 式(4) , 经过变换用相应程序计算出待测黑体的有效辐射亮度、全辐射温度 Tsr、全辐射亮度 Ls 就可得出待测黑体或辐射源的有效发射率 εs。
6.2.2 校准步骤
校准装置图参见附录 D。
a) 光路调整
将标准黑体、辐射陷阱和红外辐射计都调整到校准光轴上 , 通过黑体平台的移动 ,将待测黑体调整到校准光轴上。
1) 用置于辐射陷井口 的 ϕ1光阑和分划板把两水准仪的光轴都调整到测量系统主光轴上。
2) 微机控制黑体平台移动到最左端 , 调整标准黑体中轴到系统主光轴上。
3) 微机控制黑体平台移动到最右端 , 调整待测黑体中轴到系统主光轴上 , 并调整待测黑体前后位置 , 使它的腔口在光轴上的位置与标准黑体腔口在主光轴上的位置相同。
4) 将待测黑体移出主光轴 , 调整红外辐射计中轴到系统主光轴上。
5) 将黑体平台移到最左端测量标准黑体位置 , 调整红外辐射计焦距到黑体腔口位置。
b) 联接待测黑体电源、控温器和通水管道
c) 校准操作
1) 打开红外辐射计电源 , 调整到测量恒定辐射状态 , 预热 2h;
2) 启动微机到工作状态 , 打开步进电机电源 ;
3) 打开两台数字多用表电源 ;
4) 控制待测黑体温度到第一个测量温度 Tt ;
5) 打开恒温水槽电源和循环泵电源 ;
6) 调整恒温水槽设定值 , 控制标准黑体温度到 Tt-2 ( ℃) ;
7) 把移动平台移到最左端测量标准黑体辐射信号位置 ;
8) 用测量控制程序中第一项功能 , 测量并记录对准标准黑体时红外辐射计的响应Vb1值 (测量 50次信号的平均值) ;
9) 测量并记录标准黑体铂电阻温度计电阻值 Rb1 ;
10) 把移动平台移到最右端测量待测黑体辐射信号位置。用测量控制程序测量并记录对准待测黑体时红外辐射计的响应 Vt1 (测量 50次信号的平均值) ;
11) 测量并记录待测黑体的绝对温度值 Tt1或铂电阻值 Rt1 ;
12) 调整恒温水槽设定值 , 控制标准黑体温度到 Tb2 ;
13) 重复 7) ~ 9) 测量操作 , 测量并记录标准黑体温度为 Tb2时红外辐射计的响应Vb2和 Rb2 ;
14) 控制待测黑体 温度 到其 他待 测温 度点 Tti (i= 1, 2, … , n- 1。n 为待 测点
数) , 重复 6) ~ 13) 的测 量操 作 , 测量 出各 组 Vb1i, Rb1i, Vti, Tti (或 Rti) , Vb2i
和 Rb2i值 ;
15) 数据处理待全部测量完毕后统一进行。
d) 各待测点检测完后按下列顺序关闭测量设备
1) 关闭循环泵电源 ;
2) 关闭恒温水槽电源 ;
3) 关闭微机和步进电机电源 ;
4) 关闭红外辐射计电源 ;
5) 关闭两台数字多用表电源。
7 校准结果
经校准的 -50~ +90 ℃黑体辐射源发给校准证书 , 校准证书见附录 A。
附录 A
校准 证书 格式
证书 编号 : 第页 共页
Certificate No. Page of
校准 证书
送校 者 : Applicant
送校 者地 址 : Address of applicant
器具 名称 : Description of device
制造 厂 : Manufacturer
型号/规格 :
Model/Type
出厂编号 :
Series No.
接收 日期 :
主管 :
年月 日
校准专用章Stamp
未经授权 , 不得部分复制本证书
This certificate can’tbe partly copied withoutauthorization
证书 编号 : 第页 共页Certificate No. Page of
校准 结果
校准 员
核验 员
注 : 在填写校准结果时 , 如需要 , 可另加附件说明。
Note: Filling in the resultof calibration, ifneed be, may add to statements.
附录 B
校准 记录 内容
-50~ +90℃黑体辐射源校准原始记录
附录 C
不确 定度 评定
常温黑体辐射合成标准不确定度分析及扩展不确定度分析如下 :
C.1 常温黑体全辐射亮度标准不确定度
1) 黑体空腔有效发射率 (u1) : 0.02% (B类)
2) 黑体温度测量 (u2) : 0.07% (0.05K) (B类)
3) 杂散辐射 (u3) : 0.4% (B类)
4) 衍射误差 (u4) : 0.1% (B类)
5) 辐射亮度测量重复性 (u5) : 0.2% (A类)
定(:2u)c:42%
合成测: c .确定度为 (k= 2) : UT=0.8 K。
1) 标准黑体不确定度 : 0.46%
2) 全辐射比较测量不确定度 : 0.1%
3) 待测黑体稳定性 : 0.16%~0.88%
4) 待测黑体合成标准不确定度 (uc) : 0.5%~ 1.0%
) , 准(k)定: ..:0%
扩展不确定度 U 等于合成标准不确定度与包含因子 (取 k= 2) 之积 :
U =kuc
附录 D
-50~ +90℃黑体全辐射比较装置图
