一種日曬色牢度試驗(yàn)儀黑標(biāo)溫度計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn)方法

龐永敏，姚志鵬，費(fèi)媛媛

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 201112）

0 引言

紡織品的日曬色牢度試驗(yàn)是指將紡織品試樣與一組藍(lán)色羊毛標(biāo)樣一起在人造光源下按照規(guī)定條件曝曬?？椢锶諘裆味葴y試方法既可采用日光照曬也可采用日光機(jī)照曬，即把試樣與一組藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)（按其在光的照射下的褪色程度分級），同時放在相當(dāng)于日光的人造光源下按規(guī)定條件進(jìn)行曝曬，然后比較試樣與藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)的變色情況，從而評定出試樣的日曬牢度等級。日曬色牢度評定試驗(yàn)既可以用來評價所有類型的紡織品，同時也適用于紡織品的著色體，整理和加工化學(xué)品等。日曬色牢度是紡織品質(zhì)量檢測的一項(xiàng)重要指標(biāo)[1,2]。

隨著國內(nèi)紡織品檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，日曬色牢度試驗(yàn)儀正被廣泛應(yīng)用于各種有色紡織品、皮革、塑料等有色材料的耐光、耐氣候色牢度及光老化實(shí)驗(yàn)，但是在校準(zhǔn)日曬色牢度試驗(yàn)儀方面還有很多需要探討的問題。由于很多日曬色牢度試驗(yàn)儀的黑標(biāo)溫度傳感器不易拆卸，企業(yè)往往不便于定期送檢校準(zhǔn)。因此，越來越多的紡織品檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)向計(jì)量校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)提出了現(xiàn)場校準(zhǔn)日曬色牢度試驗(yàn)儀的服務(wù)需求。傳統(tǒng)現(xiàn)場校準(zhǔn)日曬色牢度試驗(yàn)儀的標(biāo)準(zhǔn)器有標(biāo)準(zhǔn)黑板溫度計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)表面溫度計(jì)。本文提出一種利用高精度紅外測溫儀作為標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，并比較其與傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

表1 兩種日曬色牢度試驗(yàn)儀黑標(biāo)溫度計(jì)校準(zhǔn)方法的比較Table 1 Comparison of the calibration methods of the black standard thermometer of two kinds of light fastness testers

1 現(xiàn)場黑標(biāo)溫度計(jì)的校準(zhǔn)方法

在紡織品日曬色牢度試驗(yàn)中，通常通過測量標(biāo)準(zhǔn)金屬板的溫度來得到試樣表面溫度。常用于ISO、GB/T標(biāo)準(zhǔn)和AATCC標(biāo)準(zhǔn)的兩種標(biāo)準(zhǔn)金屬板分別是黑板溫度計(jì)（BPT）和黑標(biāo)溫度計(jì)（BST）。由于黑板溫度計(jì)（BPT）和試樣架均為金屬片材所制，導(dǎo)熱快，不便反應(yīng)導(dǎo)熱性差的深色試樣的溫升情況，所以國際上繼而發(fā)明了一種帶有絕熱性底座的黑板溫度計(jì)，命名為黑標(biāo)溫度計(jì)（BST）[3]。

黑標(biāo)溫度計(jì)（BST）是近10年來歐美逐漸興起的用以代替黑板溫度計(jì)的一種新型溫度計(jì)。這種黑標(biāo)溫度計(jì)是由一塊大小為70mm×40mm、厚度為1mm的不銹鋼金屬板組成，金屬板固定在一塊塑料隔熱板上，金屬板面向光源的一面涂上一種耐老化的黑色平光漆成為“黑板”，這種黑板能吸收波長在2500nm以內(nèi)總?cè)肷涔馔康?5%。其溫度是由鉑電阻傳感器來測量，該鉑電阻傳感器安裝在背光源的一面，并與板面中心有良好的傳熱接觸。這一個背光面還采用5mm厚并有凹槽的聚偏氟乙烯（PVDF）底座使之固定。凹槽的空間大小應(yīng)正好與傳感器相對應(yīng)，但傳感器不與PVDF凹槽面緊貼，留有約1mm的間距。整個PVDF底座的長度和寬度必須足夠大，以確保在試樣架上安裝黑標(biāo)溫度計(jì)時金屬板與試樣架之間不存在金屬接觸傳熱，試樣架上金屬框或支架與溫度計(jì)金屬板邊緣至少有4mm的間距。黑標(biāo)溫度計(jì)可提供在自然光或人造光下曝曬的最大溫度估計(jì)值。正是因?yàn)楹跇?biāo)溫度計(jì)更適于顯示導(dǎo)熱性差的深色試樣暴露面的溫度，所以當(dāng)前大部分日曬色牢度試驗(yàn)儀中采用黑標(biāo)溫度計(jì)來監(jiān)控試驗(yàn)樣品的允許溫度上限[4,5]。

考慮到黑標(biāo)溫度計(jì)帶有絕熱性底座，散熱較慢等特點(diǎn)，故在現(xiàn)場采用高精度紅外測溫儀的測溫方式是可行的。紅外測溫儀測量響應(yīng)速度快，精度高，可以迅速測量黑標(biāo)溫度計(jì)的表面溫度。本次選用美國FLUKE公司的F574精密紅外測溫儀作為測量標(biāo)準(zhǔn)裝置，其在測溫范圍（0～100）℃時的測量精度為±0.75℃，最小測量直徑為6mm（近焦距模式），發(fā)射率在（0.90～1.00）之間可調(diào)節(jié)，測量響應(yīng)時間為250ms，并具有測量最大值、最小值、差值、平均值的記錄功能，非常適合現(xiàn)場校準(zhǔn)日曬色牢度試驗(yàn)儀的黑標(biāo)溫度計(jì)。

在測量前，應(yīng)根據(jù)被測日曬色牢度試驗(yàn)儀的黑標(biāo)溫度計(jì)黑體表面狀況對F574精密紅外測溫儀進(jìn)行發(fā)射率調(diào)整。按照使用說明書等相關(guān)資料，黑標(biāo)溫度計(jì)的發(fā)射率一般為0.95，所以將F574精密紅外測溫儀的發(fā)射率也相應(yīng)調(diào)整為0.95。同時，打開紅外測溫儀的最大值模式、最小值模式、差值模式，以便快速記錄測量數(shù)據(jù)。當(dāng)日曬色牢度試驗(yàn)儀運(yùn)行溫度大于50℃時，校準(zhǔn)時應(yīng)佩戴隔熱手套，防止?fàn)C傷。

校準(zhǔn)時，啟動運(yùn)行日曬色牢度試驗(yàn)儀，等待黑標(biāo)溫度示值穩(wěn)定1h后，記錄黑標(biāo)溫度Ta。暫停設(shè)備運(yùn)行，迅速打開艙門，立即用F574精密紅外測溫儀垂直瞄準(zhǔn)倉內(nèi)黑標(biāo)溫度計(jì)的黑板中部，測量距離可參照J(rèn)JG 856-2015《工作用輻射溫度計(jì)檢定規(guī)程》附錄A中的方法確定，測量其表面溫度Tb，此時應(yīng)保證紅外測溫儀的測量目標(biāo)直徑小于黑標(biāo)黑體直徑的1/2。以最短間隔連續(xù)測量3次，共采集3組數(shù)據(jù)，其中最大值為Tbmax，最小值為Tbmin。若極差(Tbmax-Tbmin)＜0.5℃，則Tbmax可以作為測量標(biāo)準(zhǔn)值。若極差(Tbmax-Tbmin)＞0.5℃，可能是紅外測溫儀未能對準(zhǔn)被測物，或是操作延遲使黑標(biāo)溫度下降過多。出現(xiàn)這類情況，應(yīng)該重新測量。此時，黑標(biāo)溫度計(jì)示值誤差計(jì)算公式為：

其中，ΔT——黑標(biāo)溫度計(jì)示值誤差。

Ta——被檢黑標(biāo)溫度計(jì)顯示值。

Tbmax——精密紅外測溫儀連續(xù)測量3次的最大值。

以日曬色牢度試驗(yàn)儀試驗(yàn)溫度45℃和60℃為例，當(dāng)日曬色牢度試驗(yàn)儀運(yùn)行穩(wěn)定1h后，同時使用F574精密紅外測溫儀和標(biāo)準(zhǔn)黑板溫度計(jì)校準(zhǔn)試驗(yàn)箱內(nèi)黑標(biāo)溫度計(jì)，所得數(shù)據(jù)見表1。

2 與傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法的比較

由于黑標(biāo)溫度計(jì)通常是固定安裝在日曬色牢度試驗(yàn)儀的樣品架上，在傳統(tǒng)現(xiàn)場校準(zhǔn)時，往往采用標(biāo)準(zhǔn)黑板溫度計(jì)或者標(biāo)準(zhǔn)表面溫度計(jì)進(jìn)行比較法測量。

標(biāo)準(zhǔn)黑板溫度計(jì)的測溫精度只有1.5級，精度較低，響應(yīng)時間較慢，容易造成測量滯后，同時標(biāo)準(zhǔn)黑板溫度計(jì)由于和金屬樣品架存在快速導(dǎo)熱現(xiàn)象，往往造成實(shí)測溫度偏低等問題[6]。同時在現(xiàn)場校準(zhǔn)過程中，由于受日曬色牢度試驗(yàn)儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，標(biāo)準(zhǔn)黑板溫度計(jì)經(jīng)常不便于安裝。

表2 3種校準(zhǔn)方法的特點(diǎn)Table 2 Characteristics of the three calibration methods

標(biāo)準(zhǔn)表面溫度計(jì)一般是由數(shù)字溫度計(jì)和K型熱電偶探頭組成。K型熱電偶探頭又分為兩種：一種是簧片式結(jié)構(gòu)，適合測量非導(dǎo)電材料；另一種是雙針式結(jié)構(gòu)，適合測量銅、鋁等導(dǎo)電材料。表面溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，常用于測量鋁棒、模具等材料的表面溫度。使用時，將測溫探頭與數(shù)字溫度計(jì)相連，打開電源開關(guān)，握住探頭手柄。由于探頭前端有彈性限力機(jī)構(gòu)，所以可以適當(dāng)加力，以使探頭前端的測溫簧片或雙針能夠緊緊地壓在被測物體表面。待數(shù)字溫度計(jì)的讀數(shù)穩(wěn)定后，即可得到被測物體的表面溫度值。標(biāo)準(zhǔn)表面溫度計(jì)在測量過程中需要持續(xù)手動按壓，貼緊被測物體表面，但是當(dāng)表面貼合不完整時，就會帶來較大的表面接觸誤差[7]，同時其測量響應(yīng)時間較慢，往往需要（30~60）s才能穩(wěn)定讀數(shù)。所以使用標(biāo)準(zhǔn)表面溫度計(jì)來測量日曬色牢度試驗(yàn)儀的黑標(biāo)溫度計(jì)，也存在測量精度不高，響應(yīng)時間太長的缺點(diǎn)。

3 結(jié)語

綜上所述，美國FLUKE公司的F574精密紅外測溫儀，其具有測溫精度高，響應(yīng)速度快，自動記錄測試數(shù)據(jù)的最大值、最小值、差值等特點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)574精密紅外測溫儀非常適合在試驗(yàn)現(xiàn)場快速、準(zhǔn)確地校準(zhǔn)日曬色牢度試驗(yàn)儀的黑標(biāo)溫度。相較于傳統(tǒng)接觸式測溫方式，F(xiàn)574精密紅外測溫儀測量響應(yīng)時間快，無需安裝，自動記錄數(shù)據(jù)，有效提升了計(jì)量校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)和紡織檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)現(xiàn)場測試的能力和工作效率。