-50℃～+250℃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为-50℃～+250℃，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 JJG2093 《常温黑体辐射计量器具检定系统》 使用本规范时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本。 3 概述 工作在-50℃～+250℃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、热像仪校准等领域。 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 10 K。 4.2 计量要求 有效发射率：≥0.92 全辐射温度测量范围：-50℃～+250℃ 全辐射亮度测量范围：(40～640) W·m -2 ·sr -1 5 校准条件 5.1 标准器及其他设备 校准装置设备图参考附录 D。 5.1.1 -50℃～+25℃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：>O.999 测温不确定度(k=2)：O.1 K 空腔控温稳定性：0.02 K/15 min .

5.1.2 +20℃～250℃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：>O.999 测温不确定度(k=2)：O.1 K 空腔控温稳定性：0.02 K/15 min 5.1.3 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 O.O1 K。 5.1.4 微机控制的数据采集系统一套。 5.2 环境条件 5.2.1 环境温度：20℃±5℃，在每个试样测量时间（约 30min）内，实验室温度变化应小于 1℃。 5.2.2 环境相对湿度:小于 80%RH 5.2.3 室内清洁,无腐蚀性气体。周围无影响仪器正常工作的电磁场、机械振动，无杂散光干 扰。 6 校准项目 6.1 外观检查 6.2 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℃～+250℃。 7 校准方法 7.1 外观检查 7.1.1 黑体辐射源应标有名称、规格型号、制造厂名、出厂编号等。 7.1.2 黑体辐射源的辐射面、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 10 K 等影响测量的缺陷。 7.2 校准方法 校准采用的是全辐射亮度比较法。 7.2.1 校准原理 a) 黑体辐射源的全辐射出射度 Mb为： ( ) 4 -2 M b = esTb W × m （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 b) 黑体的全辐射亮度为： ( ) -2 -1 = W × m ×sr M L b b p （2） 待测黑体辐射源的全辐射亮度为： b b s s L V V L = × （3） 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： ò Lb = Ll S l dl （4） 式中：Lλ—— 1 2 5 1 - = - T c e L c l l l 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： 4 ( ) b sr b s b s s T T M M L L e = = = （5） 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。 7.2.2 校准步骤 校准装置示意图参见图 1。 图 1 -50℃～+250℃黑体辐射源校准装置示意图 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)联接待测黑体电源和控温器、标准黑体的电源和控温器 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)调整标准黑体温度到 Tt-2(℃)； 6)把移动平台移到最左端测量标准黑体辐射信号位置； 7) 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 200 次信号的平均值)； 8) 测量并记录标准黑体的铂电阻温度计电阻值 Rb1； 9) 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 200 次信号的平均值)； 10) 测量并记录待测黑体的绝对温度值 Tt1 或铂电阻值 Rt1； 11) 调整标准黑体温度到 Tb2(℃)； 12) 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； 13) 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； 14) 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)关闭标准黑体的电源； 2)关闭待测黑体的电源； 3)关闭微机和步进电机电源； 4)关闭红外辐射计电源； 5)关闭数字多用表电源。 8 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。 黑体辐射源的复校时间间隔建议为 1 年，也可为由使用人自定。