輻射溫度計檢測系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置的研制及測量不確定度評定

姜永元

摘要：本文介紹了輻射溫度計檢測系統(tǒng)在校準(zhǔn)過程中存在的問題，敘述了我們的改進(jìn)措施和測量方法，并對輻射溫度計檢測系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果進(jìn)行了不確定度評定，從而對輻射溫度計檢測系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置進(jìn)行了論證。

關(guān)鍵詞：輻射溫度計檢測系統(tǒng)；校準(zhǔn)裝置；測量不確定度

一、輻射溫度計檢測系統(tǒng)

輻射溫度計檢測系統(tǒng)的最大優(yōu)勢是無需接觸物體即可測量其表面溫度，因此它能夠方便測量移動或難以觸及的目標(biāo)溫度。檢測系統(tǒng)由溫度傳感器、智能巡檢儀組成，智能巡檢儀配有標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口，直接與工控機(jī)連接，實現(xiàn)多通道測溫，傳感器選用輻射溫度計，和相應(yīng)的溫度巡檢儀連接，巡檢儀通過RS232接口直接將數(shù)據(jù)傳至工控機(jī)，并可在打印報告中輸出溫度曲線。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對各個設(shè)定檢測位置的溫度檢測，通過控制系統(tǒng)，溫度檢測系統(tǒng)能夠自動檢測生產(chǎn)過程中各個監(jiān)測點(diǎn)的溫度，并將各個溫度以曲線形式顯示在液晶屏幕上。

二、輻射溫度計檢測系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置

由于輻射溫度計檢測系統(tǒng)是一個由微機(jī)控制的智能檢測系統(tǒng)，進(jìn)行溫度檢測的輻射溫度計與相應(yīng)的溫度巡檢儀通過微機(jī)連接，無法拆卸，而且該溫度傳感器無瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，現(xiàn)用的溫度校準(zhǔn)裝置無法對其進(jìn)行在線校準(zhǔn)，為了提高溫度檢測系統(tǒng)的測溫精度，滿足試驗需要，保證產(chǎn)品質(zhì)量，于是研制了輻射溫度計檢測系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置。

該裝置由黑體輻射源、可移動三維光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、參考溫度計組成，其基本原理：輻射溫度計檢測系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置由黑體輻射源提供恒定的溫場，將輻射溫度計固定在校準(zhǔn)工作臺上，根據(jù)輻射溫度計的距離系數(shù)D與S（D：表示測量距離，S：表示視場直徑）的比值確定對應(yīng)的測量距離，通過可移動三維光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)黑體輻射源和被校紅外測溫傳感器，使二者同軸，對輻射溫度計進(jìn)行讀數(shù)，實現(xiàn)溫度檢測系統(tǒng)的在線系統(tǒng)校準(zhǔn)，如圖1

黑體輻射源的主體結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)黑體管式低溫爐，加熱方式采用等溫黑體空腔法，由于傳感器安裝在黑體腔內(nèi)，爐腔溫度可以在溫度測量范圍內(nèi)任意設(shè)置，在有效工作區(qū)域內(nèi)形成均勻溫帶，作為被校輻射溫度計的溫場。黑體輻射源的腔口直徑為：40mm，腔口發(fā)射率：e I>0.995，縮小了輻射亮度溫度與標(biāo)準(zhǔn)輻射溫度之間的偏差。

可移動三維光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)是根據(jù)光學(xué)原理研制的一套定位調(diào)整系統(tǒng)，它可以實現(xiàn)三維旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)整定位裝置的激光定位系統(tǒng)實現(xiàn)三維調(diào)節(jié)。激光具有較小的光束發(fā)散角，單色性好，可以精準(zhǔn)定位被校紅外測溫傳感器的聚焦位置，保證校被輻射溫度計聚焦到黑體的腔口時，來自腔底的輻射都能夠充滿視場，如圖。利用黑體輻射源校準(zhǔn)輻射溫度計時，由于距離的遠(yuǎn)近、聚焦、位置的微小變化，都能引起輻射溫度計溫度示值的不同變化，而可移動三維光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)可以解決這個在校準(zhǔn)過程中存在的問題，確保輻射溫度計與黑體輻射源的有效視場在同一軸線上，提高測量精度。

輻射溫度計檢測系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置配備6位半數(shù)字顯示的參考溫度計，用于確定黑體輻射源的亮度溫度，其測量引起的不確定度小于黑體輻射源不確定度的1/3，滿足輻射溫度計檢測系統(tǒng)的校準(zhǔn)要求。

三、輻射溫度計檢測系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置測量不確定度評定

1.概述

1.1測量依據(jù)：JJG856-2015《工作用輻射溫度計》檢定規(guī)程

1.2測量標(biāo)準(zhǔn)：輻射溫度計檢測系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置

1.3測量方法：用輻射溫度計檢測系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置做標(biāo)準(zhǔn)，測量溫度檢測系統(tǒng)的示值，以確定溫度檢測系統(tǒng)的測量誤差。

2數(shù)學(xué)模型

3標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

3.1按A類方法評定的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量：

由測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u，

在重復(fù)性條件下，對溫度檢測系統(tǒng)50℃點(diǎn)進(jìn)行10次獨(dú)立重復(fù)測量，計算得到標(biāo)準(zhǔn)偏差：