輻射溫度計檢測系統校準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在校準過程中存在的問題，敘述了我們的改進措施和測量方法，并對輻射溫度計檢測系統校準裝置的測量結果進行了不確定度評定，從而對輻射溫度計檢測系統校準裝置進行了論證。

關鍵詞：輻射溫度計檢測系統；校準裝置；測量不確定度

一、輻射溫度計檢測系統

輻射溫度計檢測系統的最大優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溫度。檢測系統由溫度傳感器、智能巡檢儀組成，智能巡檢儀配有標準的RS-232接口，直接與工控機連接，實現多通道測溫，傳感器選用輻射溫度計，和相應的溫度巡檢儀連接，巡檢儀通過RS232接口直接將數據傳至工控機，并可在打印報告中輸出溫度曲線。該系統能夠實現對各個設定檢測位置的溫度檢測，通過控制系統，溫度檢測系統能夠自動檢測生產過程中各個監測點的溫度，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校準裝置

由于輻射溫度計檢測系統是一個由微機控制的智能檢測系統，進行溫度檢測的輻射溫度計與相應的溫度巡檢儀通過微機連接，無法拆卸，而且該溫度傳感器無瞄準系統，現用的溫度校準裝置無法對其進行在線校準，為了提高溫度檢測系統的測溫精度，滿足試驗需要，保證產品質量，于是研制了輻射溫度計檢測系統校準裝置。

該裝置由黑體輻射源、可移動三維光學瞄準系統、參考溫度計組成，其基本原理：輻射溫度計檢測系統校準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工作臺上，根據輻射溫度計的距離系數D與S（D：表示測量距離，S：表示視場直徑）的比值確定對應的測量距離，通過可移動三維光學瞄準系統調節黑體輻射源和被校紅外測溫傳感器，使二者同軸，對輻射溫度計進行讀數，實現溫度檢測系統的在線系統校準，如圖1

黑體輻射源的主體結構為標準黑體管式低溫爐，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，爐腔溫度可以在溫度測量范圍內任意設置，在有效工作區域內形成均勻溫帶，作為被校輻射溫度計的溫場。黑體輻射源的腔口直徑為：40mm，腔口發射率：e I>0.995，縮小了輻射亮度溫度與標準輻射溫度之間的偏差。

可移動三維光學瞄準系統是根據光學原理研制的一套定位調整系統，它可以實現三維旋轉，通過調整定位裝置的激光定位系統實現三維調節。激光具有較小的光束發散角，單色性好，可以精準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輻射溫度計時，由于距離的遠近、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，而可移動三維光學瞄準系統可以解決這個在校準過程中存在的問題，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校準裝置配備6位半數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的校準要求。

三、輻射溫度計檢測系統校準裝置測量不確定度評定

1.概述

1.1測量依據：JJG856-2015《工作用輻射溫度計》檢定規程

1.2測量標準：輻射溫度計檢測系統校準裝置

1.3測量方法：用輻射溫度計檢測系統校準裝置做標準，測量溫度檢測系統的示值，以確定溫度檢測系統的測量誤差。

2數學模型

3標準不確定度評定

3.1按A類方法評定的標準不確定度分量：

由測量重復性引入的標準不確定度分量u，

在重復性條件下，對溫度檢測系統50℃點進行10次獨立重復測量，計算得到標準偏差：