工作用輻射溫度計固有誤差測量不確定度的評定

高海濱

摘 要：為對工作用輻射溫度計固有誤差測量的不確定性進行評定，本文以精密鉑電阻溫度計和輻射溫度計兩種溫度計作為參考進行對比，以期為需要相關資料的人士提供一定的參考。

關鍵詞：輻射溫度計;固有誤差;測量;不確定

1.輻射溫度計存在固有誤差

首先，就工作用輻射溫度計固有誤差測量不確定度的方法來說，可以利用顯示分辨力為0.01℃，波長范圍為9-15um的紅外線測微儀進行利用，將其作為參考溫度計，并設定其光譜發射率為1.000，將雙激光重合與1100mm，并將測量目標放在其中心點[1]。而黑體輻射源的空腔發射率應不低于0.998，直徑應為48mm，而被檢溫度計的測量范圍應在0℃以上360℃以下，并保證其溫度分辨力為0.1℃，準確度登記為0.6級。同時，在測量被檢溫度的過程中，也可以根據參考標準對其進行重復性測量，然后讀取參考標準讀數和被檢溫度示值。并且，兩次測量被檢溫度的平均值可以作為測量值，并且可以將兩次測量結果的平均值作為標準值并對計算進行參與。

2.計量標準裝置的不確定度

在對輻射溫度進行檢定的過程中，計量標準裝置會對固有誤差測量引入的不確定度進行評定，并進行檢定和被檢溫度計操作[2]。具體來說，對于計量標準裝置來說，主要會受到以下兩個方面的影響，即輻射源特性和標準器自身示值。同時，在檢定操作過程中也存在一定的不確定性，被檢溫度計的特性不同也會引起一些不確定性，包括測量過程中使用的輔助儀表、測量的分辨力、測量的重復性。同時，對于光譜范圍的不確定性在對修正的影響方面可以進行忽略。而對于黑體輻射源二等標準鉑電阻溫度計測量與黑體輻射靶面之間的溫差會受到輻射源溫場特性來決定，同時，兩者之間的溫差應不低于1℃，同時，黑體輻射源靶面的不確定度為1.2℃。

3.參考溫度計不同的不確定度

首先，就精密鉑電阻溫度計來說，0.995±0.003為黑體空腔輻射源的發射率，其光譜范圍通常在9-15um，最大誤差值在1.2%，被檢溫度計的溫度分辨力為0.12℃，有效直徑在70mm。在這其中檢定距離為1.12m，溫度測量值為t，而45mm為與之相應的目標直徑。在進行檢定的過程中，應調整被檢溫度計的發射率，將其 調整至環境溫度23.5℃，發射率為1.10。并對400℃檢定結果固有誤差的不確定度進行計算。

其次，對于參考溫度計的選擇來說，可以對分辨力為0.01℃的輻射溫度計進行選擇，確保其發射率為0.96±0.03，光譜范圍在9-15um，溫度分辨為0.1℃，輻射面直徑為95mm，相應的目標直徑為22mm，檢定距離為0.8m[3]。以此對200℃的檢定結果固有誤差的不確定度進行計算。具體來說，固有誤差的主要來源有以下幾個方面，瞄準會受到輻射均勻性的影響，輻射源短期的穩定性會對其產生影響，輻射溫度的重復測定會對其產生影響，在校準周期內參考輻射溫度計對其穩定性的影響，輻射的參考溫度對校準不確定度的影響。同時，被檢測輻射溫度也會對不確定度造成影響，主要包括分辨力和測量的重復性。

4.不同溫度范圍內的不確定度

在不同溫度范圍內，基本誤差存在以下情況，δ=±n%.t.h，其中，基本誤差用δ表示，n可以取0.5的倍數，th的測溫測量值或測溫上限值用k或℃表示，也可以用電壓或電流表示基本誤差。若溫度計的誤差與上述規定的模式不相符，在有關標準出臺之前，可以依據出場條件進行處理。溫度計的銘牌上，會有相對應的測量范圍、型號、產品名稱、產品編號、制造廠等，在說明書中，有相應的設計距離、視場角、響應波段等。對于220V供電的溫度計，在環境的相對濕度為45%-75%、環境溫度為5℃-35℃的情況下，外殼與電源電路之間的絕緣電阻應>20M。

5.檢定條件的不確定度

普朗克黑體輻射定理是輻射溫度計的檢定原理，以溫度之間的函數及熱輻射特性對溫度儀表進行觀察，數字量或模擬量為輸出類型，在使用方式方面分為固定安裝及手持安裝兩種模式，從波段方面，分為寬波段和窄波段。在檢定過程中，所需要用到的標準器，在其不確定度方面，與檢定條件具有一定關系，包括標準器、輻射源、電測設備、輔助設備等。①對于標準器的檢定，其不確定度應比被檢溫度計基本誤差小，其差限為1/5，可供選擇的標準器包括，鉑電阻溫度計、金-鉑熱電偶、銅-康銅熱電偶、鉑銠10-鉑熱電偶。②輻射源。標準器測靶面尺寸發射率溫點之間溫差與溫度范圍靶面有效控溫不穩定度，應在0.3-10區間，并確保靶面大小與溫度計的需求相滿足。③電測設備。準確度>0.02級的電阻或電壓測量儀器，測溫分辨力應≥0.2℃。在接觸電勢方面，<1μV的二線制在電壓測量方面進行運用，而四線制大都在多點轉換開關中的電阻測量中進行應用。④輔助設備。在熱電偶方面，可以與端恒溫器進行參考;也可以參考500V兆歐表;檢定工作臺具有旋轉及左右、上下、前后移動功能;在開展基本誤差檢定環節，相對濕度應小于85%，溫度為20±5℃。

6.檢定方法的不確定度

在檢定方法方面，需要從有面準系統溫度計的瞄準、沒有瞄準系統溫度計的瞄準。在開展檢測過程中，需要在檢定工作臺上，以設計距離為依據，對溫度計進行安裝，在溫度計瞄準方面，對于有瞄準系統溫度計的瞄準，可以在輻射靶上用輔助光進行照射，并對溫度計和工作臺進行調節，確保靶心與溫度計分劃板上的標記吻合。然后，將小孔光闌在爐口放置好，并確定視溫度分劃板上的標記與光闌中心對準。在反復調整后，確保靶心、爐口光闌中心和溫度計分劃板上的標記三者在同一個軸上。而對于沒有瞄準系統溫度計的瞄準而言，需要對溫度計和調節輻射源進行調節，確保二者在同一個軸上，然后，可以對溫度計開展讀數，在這一基礎上，需要讓溫度計不同方位微動，并進行讀數。若前后兩者讀數一致，則代表瞄準正確，而前后讀數差異較大，則應重新進行瞄準。再者，還應按規定的時間，對電測設備和溫度計進行預熱，對于具有發射率修復功能的，應設置發射率為1.00。可以按照標準器證書的數據為依據，對輻射源的溫度進行調整，使其處于第一個檢定點，在穩定20分鐘后，在對其進行讀數。

7.讀數環節的不確定度

在讀數環節，被檢溫度計的讀數最大誤差均應低于最大誤差允許值，此外，應低于最大允許誤差絕對值的1/2，并需要以一定的順序開展讀數，對于溫度計和標準器應分別進行讀數，并將兩次的讀數值當做平均值，還應定義其為檢定點的讀數結果。而對于標準器的讀數結果的與檢定點的偏離應>3℃。對于每個檢測點的分散值，對其進行讀數需要注意溫度計應<2℃，標準器應<0.5℃。否則需要對瞄準和控溫情況進行檢查，然后重新進行讀數。在檢定中，若出現溫度計無法對穩定讀數進行讀取的情況下，甚至超出誤差限額的50%，需要檢查溫度計，并停止檢定工作。此外，檢定點應選取上限值附近、下限值附近及中間數點，并以用戶要求為依據進行選點，通常選點應超過三點，且檢定應遵守由低溫向高溫的模式開展。

結語

本文以實際案例，從全方位角度對輻射溫度計固有誤差校準的不確定性進行了評定，并且，以更加直觀的視角，更加多元化的層面，對輻射溫度計的固有誤差校對結果存在的相關因素進行了深入性的分析，并在此基礎上對其進行了更加完善和系統的解釋。

參考文獻：

[1]梁滿兵，蔡永洪，吳珍菊.工作用輻射溫度計檢定裝置自動瞄準系統的探討[J].計量與測試技術，2020，47（01）：74-75+78.