一種日曬色牢度試驗儀黑標溫度計現(xiàn)場校準方法

龐永敏，姚志鵬，費媛媛

（上海市質量監(jiān)督檢驗技術研究院，上海 201112）

0 引言

紡織品的日曬色牢度試驗是指將紡織品試樣與一組藍色羊毛標樣一起在人造光源下按照規(guī)定條件曝曬。織物日曬色牢度測試方法既可采用日光照曬也可采用日光機照曬，即把試樣與一組藍色羊毛標準（按其在光的照射下的褪色程度分級），同時放在相當于日光的人造光源下按規(guī)定條件進行曝曬，然后比較試樣與藍色羊毛標準的變色情況，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，整理和加工化學品等。日曬色牢度是紡織品質量檢測的一項重要指標[1,2]。

隨著國內紡織品檢測技術的不斷發(fā)展，日曬色牢度試驗儀正被廣泛應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驗，但是在校準日曬色牢度試驗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儀的黑標溫度傳感器不易拆卸，企業(yè)往往不便于定期送檢校準。因此，越來越多的紡織品檢驗機構向計量校準機構提出了現(xiàn)場校準日曬色牢度試驗儀的服務需求。傳統(tǒng)現(xiàn)場校準日曬色牢度試驗儀的標準器有標準黑板溫度計和標準表面溫度計。本文提出一種利用高精度紅外測溫儀作為標準器進行校準的方法，并比較其與傳統(tǒng)校準方法的優(yōu)缺點。

表1 兩種日曬色牢度試驗儀黑標溫度計校準方法的比較Table 1 Comparison of the calibration methods of the black standard thermometer of two kinds of light fastness testers

1 現(xiàn)場黑標溫度計的校準方法

在紡織品日曬色牢度試驗中，通常通過測量標準金屬板的溫度來得到試樣表面溫度。常用于ISO、GB/T標準和AATCC標準的兩種標準金屬板分別是黑板溫度計（BPT）和黑標溫度計（BST）。由于黑板溫度計（BPT）和試樣架均為金屬片材所制，導熱快，不便反應導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，命名為黑標溫度計（BST）[3]。

黑標溫度計（BST）是近10年來歐美逐漸興起的用以代替黑板溫度計的一種新型溫度計。這種黑標溫度計是由一塊大小為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以內總入射光通量的95%。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。凹槽的空間大小應正好與傳感器相對應，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溫度計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金屬板邊緣至少有4mm的間距。黑標溫度計可提供在自然光或人造光下曝曬的最大溫度估計值。正是因為黑標溫度計更適于顯示導熱性差的深色試樣暴露面的溫度，所以當前大部分日曬色牢度試驗儀中采用黑標溫度計來監(jiān)控試驗樣品的允許溫度上限[4,5]。

考慮到黑標溫度計帶有絕熱性底座，散熱較慢等特點，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速度快，精度高，可以迅速測量黑標溫度計的表面溫度。本次選用美國FLUKE公司的F574精密紅外測溫儀作為測量標準裝置，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）之間可調節(jié)，測量響應時間為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)場校準日曬色牢度試驗儀的黑標溫度計。

在測量前，應根據被測日曬色牢度試驗儀的黑標溫度計黑體表面狀況對F574精密紅外測溫儀進行發(fā)射率調整。按照使用說明書等相關資料，黑標溫度計的發(fā)射率一般為0.95，所以將F574精密紅外測溫儀的發(fā)射率也相應調整為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據。當日曬色牢度試驗儀運行溫度大于50℃時，校準時應佩戴隔熱手套，防止燙傷。

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

其中，ΔT——黑標溫度計示值誤差。

Ta——被檢黑標溫度計顯示值。

Tbmax——精密紅外測溫儀連續(xù)測量3次的最大值。

以日曬色牢度試驗儀試驗溫度45℃和60℃為例，當日曬色牢度試驗儀運行穩(wěn)定1h后，同時使用F574精密紅外測溫儀和標準黑板溫度計校準試驗箱內黑標溫度計，所得數據見表1。

2 與傳統(tǒng)校準方法的比較

由于黑標溫度計通常是固定安裝在日曬色牢度試驗儀的樣品架上，在傳統(tǒng)現(xiàn)場校準時，往往采用標準黑板溫度計或者標準表面溫度計進行比較法測量。

標準黑板溫度計的測溫精度只有1.5級，精度較低，響應時間較慢，容易造成測量滯后，同時標準黑板溫度計由于和金屬樣品架存在快速導熱現(xiàn)象，往往造成實測溫度偏低等問題[6]。同時在現(xiàn)場校準過程中，由于受日曬色牢度試驗儀內部結構的影響，標準黑板溫度計經常不便于安裝。

表2 3種校準方法的特點Table 2 Characteristics of the three calibration methods

標準表面溫度計一般是由數字溫度計和K型熱電偶探頭組成。K型熱電偶探頭又分為兩種：一種是簧片式結構，適合測量非導電材料；另一種是雙針式結構，適合測量銅、鋁等導電材料。表面溫度計的結構簡單，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，將測溫探頭與數字溫度計相連，打開電源開關，握住探頭手柄。由于探頭前端有彈性限力機構，所以可以適當加力，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。待數字溫度計的讀數穩(wěn)定后，即可得到被測物體的表面溫度值。標準表面溫度計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]，同時其測量響應時間較慢，往往需要（30~60）s才能穩(wěn)定讀數。所以使用標準表面溫度計來測量日曬色牢度試驗儀的黑標溫度計，也存在測量精度不高，響應時間太長的缺點。

3 結語

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，響應速度快，自動記錄測試數據的最大值、最小值、差值等特點。通過實驗數據表明，F(xiàn)574精密紅外測溫儀非常適合在試驗現(xiàn)場快速、準確地校準日曬色牢度試驗儀的黑標溫度。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時間快，無需安裝，自動記錄數據，有效提升了計量校準機構和紡織檢驗機構現(xiàn)場測試的能力和工作效率。