CN116448247A - 一种单/双色辐射温度计高温测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种单/双色辐射温度计高温测量方法，解决现有测量高温工作用辐射温度计使用带有窗口玻璃的黑体辐射源时，黑体辐射源中的窗口玻璃会对标准光电高温计和被测辐射温度计造成不同程度的衰减，难以准确可靠的获取测量数据的技术问题。该单色辐射温度计高温测量方法，包括以下步骤：步骤A1)设定黑体辐射源的温度为设定温度；记录标准光电高温计的示值误差；标准光电高温计透过石英玻璃的衰减数值为第一衰减温度；被测辐射温度计透过石英窗口玻璃的衰减数值为第二衰减温度；步骤A2)标准光电高温计测量黑体辐射源的温度为实测温度；被测辐射温度计测量黑体辐射源得到显示温度；步骤A3)计算在1C模式下高温黑体辐射源的固有误差。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种单/双色辐射温度计高温测量方法。
背景技术
随着辐射测温技术的发展，辐射测温仪厂家为了提高测量准确度，生产出越来越多不同工作模式，不同种类的辐射温度计。有的辐射温度计可根据使用环境不同设置不同的工作模式，并对测量进行自动温度补偿。在辐射温度计检定时，以往计算辐射温度计固有误差时均考虑了玻璃衰减对标准器(标准光电高温计)和被测辐射温度计的影响。但在实际工作中发现有些高温辐射温度计透过窗口玻璃并不会造成衰减，或者受窗口玻璃的影响微乎其微。以FLUKE制造的型号E系列的辐射温度计为例，这款辐射温度计有单色(1C)和双色(2C)两种工作模式。测温学中，就温度传感器或温度计与被测温场之间的关系，测温法可以分为两类：接触测温法和非接触测温法。后者也称为辐射测温法。现有辐射测温技术因具有以下优点而受到广泛应用。
(1)辐射测温技术测量时不干扰被测温场，不影响温场分布；
(2)辐射测温技术在理论上无测量上限；
(3)辐射测温技术中的探测器响应时间短，易于快速与动态测量。
在辐射测温技术中，常用到的高温黑体辐射源有两种，一种是闭口式,即带窗口玻璃的黑体辐射源；另一种是开口式，即不带窗口玻璃的黑体辐射源。两者各有利弊，其中带窗口玻璃的黑体辐射源具有如下优点：
(1)带窗口玻璃的黑体辐射源直径较开口式黑体辐射源大；
(2)带窗口玻璃的黑体辐射源安全性能较高；
(3)带窗口玻璃的黑体辐射源维护保养的成本和频次较开口式黑体辐射源低。
通常测量高温工作用辐射温度计使用的黑体辐射源，以上两种方式都有用到。而带窗口玻璃的黑体辐射源只适用于检定光谱范围处于窗口玻璃平坦区域之内的被测辐射温度计，而且在使用带有窗口玻璃的黑体辐射源时，黑体辐射源中的窗口玻璃会对标准光电高温计和被测辐射温度计造成不同程度的衰减，难以准确可靠的获取测量数据。
发明内容
本发明的目的是解决现有测量高温工作用辐射温度计使用带有窗口玻璃的黑体辐射源时，黑体辐射源中的窗口玻璃会对标准光电高温计和被测辐射温度计造成不同程度的衰减，难以准确可靠的获取测量数据的技术问题，而提供一种单/双色辐射温度计高温测量方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种单色辐射温度计高温测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤A1)选择黑体辐射源，在黑体辐射源的出射光路上分别设置被测辐射温度计和标准光电高温计，且被测辐射温度计和标准光电高温计的测量敏感端到黑体辐射源的距离相等；
设定黑体辐射源的温度，记为设定温度；并记录标准光电高温计的示值误差；将标准光电高温计透过石英玻璃的衰减数值，记为第一衰减温度；将被测辐射温度计透过石英窗口玻璃的衰减数值，记为第二衰减温度；
步骤A2)利用标准光电高温计测量黑体辐射源的温度，记为实测温度；同时，利用被测辐射温度计在1C模式下测量黑体辐射源的温度，得到显示温度；
步骤A3)根据步骤A1)和步骤A2)计算在1C模式下高温黑体辐射源的固有误差。
进一步地，步骤A3)具体为：
A3.1、计算在1C模式下高温黑体辐射源的温度偏差：
在1C模式下黑体辐射源的温度偏差＝[(实测温度-示值误差)-设定温度]+第一衰减温度；
A3.2、计算在1C模式下被测辐射温度计的实际温度：
在1C模式下被测辐射温度计的实际温度＝显示温度-黑体辐射源温度偏差+第二衰减温度；
A3.3、计算在1C模式下被测辐射温度计的固有误差：
在1C模式下被测辐射温度计的固有误差＝被测辐射温度计的实际温度-设定温度。
进一步地，步骤A1)中，黑体辐射源根据被测辐射温度计的温度范围确定；
设定温度根据被测辐射温度计的检定要求确定；
示值误差根据标准光电高温计的上级单位溯源证书示值误差确定；
第一衰减温度根据标准光电高温计透过石英窗口玻璃获得；
第二衰减温度根据被测辐射温度计透过石英窗口玻璃获得。
进一步地，步骤A1)中，标准光电高温计的型号为IR-RST65H。
同时本发明还提供了一种双色辐射温度计高温测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤B1)选择黑体辐射源，在黑体辐射源的出射光路上分别设置被测辐射温度计和标准光电高温计，且被测辐射温度计和标准光电高温计的测量敏感端到黑体辐射源的距离相等；
设定黑体辐射源的温度，记为设定温度；并记录标准光电高温计的示值误差；将标准光电高温计透过石英玻璃的衰减数值，记为衰减温度；
步骤B2)利用标准光电高温计测量黑体辐射源的温度，记为实测温度；同时，利用被测辐射温度计在2C模式下测量黑体辐射源的温度，得到显示温度；
步骤B3)根据步骤B1)和步骤B2)计算在2C模式下高温黑体辐射源的固有误差。
进一步地，步骤B3)具体为：
B3.1、计算在2C模式下高温黑体辐射源温度偏差：
在2C模式下黑体辐射源的温度偏差＝[(实测温度-示值误差)-设定温度]+衰减温度；
B3.2、计算在2C模式下被测辐射温度计的实际温度：
在2C模式下被测辐射温度计的实际温度＝显示温度-黑体辐射源温度偏差；
B3.3、计算在2C模式下被测辐射温度计的固有误差：
在2C模式下被测辐射温度计的固有误差＝被测辐射温度计的实际温度-设定温度。
进一步地，步骤B1)中，黑体辐射源根据被测辐射温度计的温度范围确定；
设定温度根据被测辐射温度计的检定要求确定；
示值误差根据标准光电高温计的上级单位溯源证书示值误差确定；
第一衰减温度根据标准光电高温计透过石英窗口玻璃获得；
第二衰减温度根据被测辐射温度计透过石英窗口玻璃获得。
进一步地，步骤B1)中，标准光电高温计的型号为IR-RST65H；
被测辐射温度计为FLUKE制造E系列辐射温度计。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
1、本发明单色辐射温度计高温测量方法，在1C模式下计算辐射温度计的固有误差，对使用闭口式黑体辐射测温提供了正确的测量方法，解决了闭口式黑体辐射源如何测、测不准、算不对的难题；对于使用闭口式黑体辐射源测量高温辐射温度计的厂家具有重大的指导意义。
2、本发明双色辐射温度计高温测量方法，对于同时具有单色和双色两种不同工作模式下的辐射温度计，在1C模式下，窗口玻璃会对标准光电高温计和被检辐射温度计均有衰减，且衰减程度不同；在2C模式下，因辐射温度计自带的温度补偿功能，窗口玻璃对辐射温度计造成的衰减可忽略不计，只考虑窗口玻璃对标准光电高温计造成的衰减；采用该测量方法准确且简单。
3、本发明单/双色辐射温度计高温测量方法进一步验证了闭口式黑体辐射源具有更高的安全性能，更满足现代化工业生产的需求。
附图说明
图1为本发明辐射温度计高温测量原理图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，辐射温度计检定装置由标准光电高温计作为标准，用黑体辐射源上的光电高温计或控温传感器控制黑体辐射源的温度稳定性，用黑体辐射源或面源作为热源，用于辐射温度计、辐射温度传感器的检定与校准。使用时选择工作温度范围满足被测辐射温度计要求的黑体辐射源作为热源，将被测辐射温度计和标准光电高温计按要求安装在外部的工作台上，使标准光电高温计和被测辐射温度计的光轴与黑体辐射源轴线重合；将黑体辐射源的温度设定到某一需检定的温度点，待黑体辐射源温度稳定后，对标准光电高温计和被测辐射温度计进行读数，计算检定点的温度偏差。
闭口式黑体辐射源因带有石英窗口玻璃的特点，首先需对黑体辐射源石英窗口玻璃送光学一级计量站进行检定，确定被测辐射温度计的波长范围；其次，获得不同波长的被测对象(即标准光电高温计和被测辐射温度计)透过石英窗口玻璃的衰减温度值，目前使用的闭口式高温黑体辐射源上石英窗口玻璃送检上级单位测试数据，确定闭口式高温黑体辐射源只能对3μm以下的被检对象进行检校，如下表1所示，最后获得波长分别为0.65μm、0.66μm和1.0μm的被测对象透过石英窗口玻璃的衰减温度值)。
表1不同波长的被测对象透过石英窗口玻璃的衰减温度值(℃)
由表1可知，不同波长范围的被测对象透过石英窗口玻璃衰减程度不同。
1C模式下，窗口玻璃对标准光电高温计和被测辐射温度计有衰减，且衰减程度不同；当辐射温度计工作在1C模式时，具体如下：
步骤A1)设定黑体辐射源的温度，记为设定温度；并记录标准光电高温计的上级单位溯源证书示值误差，记为示值误差；确定标准光电高温计透过石英玻璃的衰减数值，记为第一衰减温度；然后将被测辐射温度计透过石英窗口玻璃的衰减数值，记为第二衰减温度；黑体辐射源根据被测辐射温度计的温度范围确定；设定温度根据被测辐射温度计的检定要求确定；示值误差根据标准光电高温计的上级单位溯源证书示值误差确定；第一衰减温度根据标准光电高温计透过石英窗口玻璃获得；第二衰减温度根据被测辐射温度计透过石英窗口玻璃获得。
步骤A2)将标准光电高温计测量黑体辐射源的温度，记为实测温度；同时，再将被测辐射温度计在1C模式下测量黑体辐射源的温度，得到显示温度；
步骤A3)根据步骤A1)和步骤A2)计算在1C模式下高温黑体辐射源的固有误差；
A3.1、计算在1C模式下高温黑体辐射源的温度偏差：
在1C模式下黑体辐射源的温度偏差＝[(实测温度-示值误差)-设定温度]+第一衰减温度；
A3.2、计算在1C模式下被测辐射温度计的实际温度：
在1C模式下被测辐射温度计的实际温度＝显示温度-黑体辐射源温度偏差+第二衰减温度；
A3.3、计算在1C模式下被测辐射温度计的固有误差：
在1C模式下被测辐射温度计的固有误差＝被测辐射温度计的实际温度-设定温度。
实施例一以测量1500℃点为例进行说明：
本实施例中，被测辐射温度计波长为1.0μm，温度范围为(600～1800)℃，黑体辐射源设定温度(即标称值)为1500℃，显示1500.0℃；选用的标准光电高温计型号为IR-RST65H，出厂编号为IS-0199C0001，波长为0.65μm，标准光电高温计在1500℃时，示值误差为0.5℃。标准光电高温计实测温度值，即实测温度为1483.6℃；被测辐射温度计在1C模式下显示温度为1488℃。根据表1可知，标准光电高温计波长为0.65μm，在1500℃时对应的第一衰减温度为9.83℃，被测辐射温度计波长为1.0μm，在1500℃时对应的第二衰减温度为14.08℃。
①计算在1C模式下高温黑体辐射源的温度偏差：
在1C模式下黑体辐射源的温度偏差＝[(实测温度-示值误差)-设定温度]+第一衰减温度；
本实施例中，黑体辐射源温度偏差为[(1483.6-0.5)-1500]℃+9.83℃＝-7.07℃；
②计算在1C模式下被测辐射温度计的实际温度：
在1C模式下被测辐射温度计的实际温度＝显示温度-黑体辐射源温度偏差+第二衰减温度，即
1488℃+7.07℃+14.08℃＝1509.2℃。
③计算在1C模式下被测辐射温度计的固有误差：
在1C模式下被测辐射温度计的固有误差＝被测辐射温度计的实际温度-设定温度，即1509.2℃-1500℃＝9.2℃。
实施例二
分析完1C模式下被测辐射温度计固有误差的计算方法，接下来讨论2C模式下被测辐射温度计固有误差的计算方法。本实施例，以FLUKE制造的型号为E系列辐射温度计为例详细说明了在1C(单色)和2C(双色)两种不同工作模式下，被检辐射温度计固有误差的正确计算方法。
2C模式下，窗口玻璃会对标准光电高温计造成衰减，但不会对被测辐射温度计造成衰减。(大量实验证明，并不是不会造成衰减，而是辐射温度计进行了温度补偿。)当辐射温度计工作在2C模式时，具体如下：
步骤B1)设定黑体辐射源的温度，记为设定温度；并记录标准光电高温计的上级单位溯源证书示值误差，记为示值误差；确定标准光电高温计透过石英玻璃的衰减数值，记为衰减温度；
步骤B2)将标准光电高温计测量黑体辐射源的温度，记为实测温度；同时，再将被测辐射温度计在2C模式下测量黑体辐射源的温度，得到显示温度；
步骤B3)根据步骤B1)和步骤B2)计算在2C模式下高温黑体辐射源的固有误差。
B3.1、计算在2C模式下高温黑体辐射源温度偏差：
在2C模式下黑体辐射源的温度偏差＝[(实测温度-示值误差)-设定温度]+衰减温度；
B3.2、计算在2C模式下被测辐射温度计的实际温度：
在2C模式下被测辐射温度计的实际温度＝显示温度-黑体辐射源温度偏差；
B3.3、计算在2C模式下被测辐射温度计的固有误差：
在2C模式下被测辐射温度计的固有误差＝被测辐射温度计的实际温度-设定温度。
计算FLUKE制造的型号为E系列辐射温度计的固有误差，具体如下：
黑体辐射源设定温度(即标称值)为1500℃，显示1500.0℃，标准光电高温计实测温度值，即实测温度为1483.6℃；本实施例中，选用的标准光电高温计型号为IR-RST65H，出厂编号为IS-0199C0001，波长为0.65μm。标准光电高温计在1500℃时，示值误差为0.5℃。被测辐射温度计波长为1.0μm，在2C模式下显示温度为1490℃。
带有窗口玻璃的黑体辐射源在测量高温辐射温度计时，计算被测辐射温度计实测温度的方法与本实施例中1C(单色)模式下相同，本发明测量方法具有普适性。在实际测试中，我们选取FLUKE E系列被测辐射温度计，在1500℃时进行测试。(选取一块材质和厚度与带窗口玻璃黑体辐射源的窗口玻璃相同的玻璃放置在不带窗口玻璃的黑体辐射源的前端。模拟黑体辐射源不带窗口玻璃和带窗口玻璃的两种工作模式。)试验发现在1C工作模式下，石英窗口玻璃会对被测对象造成衰减。被测辐射温度计在2C工作模式下，石英窗口玻璃会对标准光电温度计造成衰减，不会对被测辐射温度计造成衰减。分析原因知高温辐射温度计本身带有温度补偿功能，通过内部的温度补偿，可以不考虑窗口玻璃引入的衰减问题。因高温辐射温度计的补偿特性，使得计算方法更加简单。计算方法如下所示：
①计算在2C模式下高温黑体辐射源温度偏差：
在2C模式下黑体辐射源的温度偏差＝[(实测温度-示值误差)-设定温度]+衰减温度，即黑体辐射源温度偏差为：
[(1483.6-0.5)-1500]℃+9.83℃＝-7.07℃；
②计算在2C模式下被测辐射温度计的实际温度：
在2C模式下被测辐射温度计的实际温度＝显示温度-黑体辐射源温度偏差即：
1488℃+7.07℃＝1495.1℃；
③计算在2C模式下被测辐射温度计的固有误差：
在2C模式下被测辐射温度计的固有误差＝被测辐射温度计的实际温度-设定温度即：
1495.1℃-1500℃＝-4.9℃。
通过以上的问题发现、原因分析及解决方法的论证，有效解决了高温辐射温度计量值溯源的难题，确保了量值传递的准确可靠，解决了以往如何测、测不准、算不对的难题。对于任何使用闭口式黑体辐射源测量高温辐射温度计的机构具有重大指导意义。值得注意的是，传统计算固有误差时均考虑了玻璃衰减对标准光电温度计和被测辐射温度计的影响。但在实际使用中，以FLUKE制造的型号为E系列的辐射温度计为例，这款辐射温度计自带的温度补偿功能，在2C模式下受窗口玻璃的影响微乎其微(可忽略不计)。所以原有的计算固有误差方法针对市面上现有此型号的高温辐射温度计并不适用，这一问题的发现和解决在全国范围内至今无人提出，尚属首次，对于使用带窗口玻璃的黑体辐射源测量此型号辐射温度计计算固有误差具有里程碑意义。
Claims (8)
1.一种单色辐射温度计高温测量方法，其特征在于，所述包括以下步骤：
步骤A1)选择黑体辐射源，在黑体辐射源的出射光路上分别设置被测辐射温度计和标准光电高温计，且被测辐射温度计和标准光电高温计的测量敏感端到黑体辐射源的距离相等；
设定黑体辐射源的温度，记为设定温度；并记录标准光电高温计的示值误差；将标准光电高温计透过石英玻璃的衰减数值，记为第一衰减温度；将被测辐射温度计透过石英窗口玻璃的衰减数值，记为第二衰减温度；
步骤A2)利用标准光电高温计测量黑体辐射源的温度，记为实测温度；同时，利用被测辐射温度计在1C模式下测量黑体辐射源的温度，得到显示温度；
步骤A3)根据步骤A1)和步骤A2)计算在1C模式下高温黑体辐射源的固有误差。
2.根据权利要求1所述的一种单色辐射温度计高温测量方法，其特征在于，步骤A3)具体为：
A3.1、计算在1C模式下高温黑体辐射源的温度偏差：
在1C模式下黑体辐射源的温度偏差＝[(实测温度-示值误差)-设定温度]+第一衰减温度；
A3.2、计算在1C模式下被测辐射温度计的实际温度：
在1C模式下被测辐射温度计的实际温度＝显示温度-黑体辐射源温度偏差+第二衰减温度；
A3.3、计算在1C模式下被测辐射温度计的固有误差：
在1C模式下被测辐射温度计的固有误差＝被测辐射温度计的实际温度-设定温度。
3.根据权利要求2所述的一种单色辐射温度计高温测量方法，其特征在于：
步骤A1)中，所述黑体辐射源根据被测辐射温度计的温度范围确定；
所述设定温度根据被测辐射温度计的检定要求确定；
所述示值误差根据标准光电高温计的上级单位溯源证书示值误差确定；
所述第一衰减温度根据标准光电高温计透过石英窗口玻璃获得；
所述第二衰减温度根据被测辐射温度计透过石英窗口玻璃获得。
4.根据权利要求3所述的一种单色辐射温度计高温测量方法，其特征在于：
步骤A1)中，所述标准光电高温计的型号为IR-RST65H。
5.一种双色辐射温度计高温测量方法，其特征在于，所述包括以下步骤：
步骤B1)选择黑体辐射源，在黑体辐射源的出射光路上分别设置被测辐射温度计和标准光电高温计，且被测辐射温度计和标准光电高温计的测量敏感端到黑体辐射源的距离相等；
设定黑体辐射源的温度，记为设定温度；并记录标准光电高温计的示值误差；将标准光电高温计透过石英玻璃的衰减数值，记为衰减温度；
步骤B2)利用标准光电高温计测量黑体辐射源的温度，记为实测温度；同时，利用被测辐射温度计在2C模式下测量黑体辐射源的温度，得到显示温度；
步骤B3)根据步骤B1)和步骤B2)计算在2C模式下高温黑体辐射源的固有误差。
6.根据权利要求5所述的一种双色辐射温度计高温测量方法，其特征在于，步骤B3)具体为：
B3.1、计算在2C模式下高温黑体辐射源温度偏差：
在2C模式下黑体辐射源的温度偏差＝[(实测温度-示值误差)-设定温度]+衰减温度；
B3.2、计算在2C模式下被测辐射温度计的实际温度：
在2C模式下被测辐射温度计的实际温度＝显示温度-黑体辐射源温度偏差；
B3.3、计算在2C模式下被测辐射温度计的固有误差：
在2C模式下被测辐射温度计的固有误差＝被测辐射温度计的实际温度-设定温度。
7.根据权利要求6所述的一种双色辐射温度计高温测量方法，其特征在于：
步骤B1)中，所述黑体辐射源根据被测辐射温度计的温度范围确定；
所述设定温度根据被测辐射温度计的检定要求确定；
所述示值误差根据标准光电高温计的上级单位溯源证书示值误差确定；
所述第一衰减温度根据标准光电高温计透过石英窗口玻璃获得；
所述第二衰减温度根据被测辐射温度计透过石英窗口玻璃获得。
8.根据权利要求7所述的一种双色辐射温度计高温测量方法，其特征在于：
步骤B1)中，所述标准光电高温计的型号为IR-RST65H；
所述被测辐射温度计为FLUKE制造E系列辐射温度计。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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