基于等效辐射源替代法的辐射温度计校准方法研究

赵丹侠 杜文岚

摘  要：针对现有检定规程无法检定发射率固定的辐射温度计的问题，提出一种基于等效辐射源替代法的方案。结合带通辐射温度计的特点，建立辐射温度计测量模型，基于辐射温度计接收光谱有效亮度相等的前提下，结合测量模型得出利用现有有效发射率为0.995的黑体辐射源来等效替代发射率为0.95的辐射源的计算公式，并计算出各个校准点下替代源的理论温度值。

关键词：辐射温度计;固定发射率;黑体辐射源

中图分类号：TH811     文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）09-0029-03

0  引  言

红外测温又称为辐射测温，它是利用物体的热辐射来测量物体的温度，是目前应用较为广泛的非接触测温法。目前我国对于辐射温度计的检定主要依据JJG 856-2015《工作用辐射温度计检定规程》。该规程主要针对发射率可调为1.00的辐射温度计，而对于发射率不为1.00的固定辐射温度计，由于发射率偏离引入的示值偏差并未做出相应的规定与说明。然而实际上这种发射率偏离1.00的辐射温度计在市面上又比较多见，常见的有0.70，0.95或0.97，其中0.95尤为多见。上述辐射温度计由于本身发射率固定，无法按照规程规定将辐射温度计的发射率设置为1.00，但事实上由于发射率的偏离往往会引入较大的偏差。由此可见，设计一种发射率与辐射温度计发射率相一致的标准非黑体辐射源对于校准该类辐射温度计来说意义重大，但这往往需要标准源的发射率能够根据要求进行调节，而且要有比较好的稳定性、均匀性，这无疑会增加检测的成本。

中国计量科学研究院[1、2]、广州市计量测试所[3]、北京航天计量测试技术研究所[4]、浙江省计量科学研究院[5]等都对发射率的修正进行了相应的研究，并提出了相应修正方法，这些研究在今后辐射温度计的设计过程中起到了关键作用，为发射率修正补偿算法的设计提供了强有力的理论依据和方法。

本文提出了一种利用现有发射率大于0.995的标准黑体辐射源（发射率不可调）来等效替代满足上述要求的标准非黑体辐射源的方法，为发射率固定的輻射温度计的校准工作提供一些有价值的参考。

1  基于等效辐射源替代法理论

1.1  等效辐射源替代法的理论说明

对于发射率固定为0.95的辐射温度计的校准，原则上可选取有效发射率为0.95的辐射源，然后通过标准铂电阻温度计测取该稳定后的辐射源表面温度，再与被校辐射温度计的显示值进行比较，从而得到辐射温度计的示值误差;或者采用标准发射率为0.95的辐射温度计与被校辐射温度计进行比较，从而得到被校辐射温度计的示值误差。这里存在两点问题，首先，如何通过涂料涂层使得辐射源的有效发射率为0.95，而且有效发射率0.95的测量需要进一步确认;其次，发射率为0.95的标准辐射温度计示值是否标准还有待确认。为了解决上述问题，因此本文提出一种利用现有有效发射率大于等于0.995的黑体辐射源通过定值降温来等效出有效发射率0.95的非黑体辐射源的方法来完成对固定发射率0.95的辐射温度计的校准。市面上多数为（8～14）μm的带通辐射温度计，该类辐射温度计的探测器主要是将接收到的光谱亮度转换为电信号，因此等效辐射源的基础就是要利用光谱亮度相等原则，即让等效用黑体辐射源的光谱亮度与校准点下的有效发射率为0.95的辐射源发出的有效光谱亮度相等，从而求出该等效用黑体辐射源的设定温度，从而达到等效的目的。

2.3  辐射温度计固有误差

根据所需的校准点将黑体辐射源的温度设定到所需的设定温度Tset，待温度稳定后，利用铂电阻温度计读得黑体辐射源表面温度T，则此时有ΔTset=T-Tset，则根据式（15），可算出ΔT名，此时相对于有效发射率为0.95的辐射源的实际温度为T实=T名+ΔT名，假如此时固定发射率为0.95的辐射温度计的显示值为tT，则此时的误差为tT-T实。此处的tT-T实误差值相当于规程JJG 856-2015《工作用辐射温度计检定规程》中7.4.1.3内式（7）中ΔtT-Δts部分，而考虑到本文的等效辐射源替代法直接以有效发射率0.995的黑体辐射源替代，故不存在部分，其他都参照规程JJG 856-2015《工作用辐射温度计检定规程》进行操作。

3  结  论

本文提出了等效辐射源替代法的辐射温度计校准方法，建立了辐射温度计测量模型，得到了等效辐射源温度的表达式，并用实验证明了模型的合理性，得出以下结论：

（1）理论推导出的辐射温度计测量模型为将来辐射温度计的测量和改进提供理论支撑。

（2）本文提出的等效源替代法为校准发射率非1的带通辐射温度计提供了方法借鉴。

（3）关于等效源替代法的精度问题，需要进一步通过实验验证。

参考文献：

[1] 原遵东.黑体辐射源发射率对辐射测温准确度的影响及修正方法 [J].计量学报，2007，28（z1）：19-22.

[2] 原遵东，段宇宁，王铁军，等.发射率设定值不为1的辐射温度计的校准 [J].计量技术，2007（5）：43-46.

[3] 宋向英.500℃以下工作用辐射温度计校准结果示值修正方法探讨 [J].计测技术，2005（6）：76-77.

[4] 王文革.固定发射率辐射温度计校准中的温度修正计算方法 [J].宇航计测技术，2006（2）：17-23.

[5] 崔超，余时帆，方晓琴，等.红外线辐射温度计的校准 [J].工业计量，2010，20（S2）：155-157+198.

[6] Saunders，P. Calibration of Low Temperature Infrared Thermoeters [J].Measurement Standards Lab of New Zealand，2009（22）：1-4.

作者简介：赵丹侠（1987.07-），男，汉族，浙江义乌人，计量检定员，硕士，研究方向：热工计量。