精密光电高温计的钨带灯校准方法

　　0　引言

　　目前在我国使用的标准高温计中历史最长的是标准目视光学高温计[1],多为上世纪60年代生产。相应的检定规程为JJG 227—80《标准光学高温计检定规程》[2]。上世纪80年代初,亮度平衡式精密(标准)光电高温计研制生产并应用于高温量值传递[3]。这种高温计,具有内部参考灯,采用光电探测器实现亮度平衡,温度分辨力显著提高。其检定或校准无相应的检定规程或校准规范,通常参考JJG 227—80变通处理。

　　随着技术的进步,直接测量被测物窄带辐射亮度的光电高温计的性能已明显优于目视光学高温计及亮度平衡式光电高温计。这类新型光电高温计[4-7]作为温度计量标准器在国外和国内已得到较广泛应用。在我国,近期已完成制定《标准光电高温计检定规程》的工作,随着其颁布执行将取代JJG227—80。在新的温度计量器具检定系统表中也将用标准光电高温计替代标准光学高温计,作为高温温度校准计量器具。为了适应大区或省级计量院所的普遍水平,在《标准光电高温计检定规程》草案中仍采用了以工作基准灯为标准器的较传统的分度光电高温计方法,但有不少光电高温计的精密校准方法或技术问题未能涉及或未能详细阐述。为此,本文介绍了有关光电高温计工作原理和高温计电流/电压转换器(I/V转换器)增益比测量、有效波长测量的要求;采用钨带灯校准高温计的方法;重点阐述了直接比较分度中对钨带灯电流的亮度温度波长修正、充分利用真空钨带灯不确定度优势选取校准温度点、校准温度点之间误差的内插、以及钨带灯上限以上温度示值延伸方法等。指出精密校准、应用需注意的技术问题。

　　在本文中讨论的精密光电高温计(以下简称高温计)特指采用线性光电探测器实现光电转换、有效波长在660nm附近的单波段窄带通的高温计。其入射辐射通量与输出电量之间具有良好的线性关系,并依据Planck辐射定律确定物体的亮度温度。

　　1　高温计工作原理

　　高温计属非接触测温仪表。它采用光电探测器实现光电转换,测量物体在确定波长下的光谱辐射亮度,并依据Planck辐射定律确定物体的亮度温度。Planck公式描述了黑体温度T、黑体辐射在真空中的波长λ和黑体光谱辐射亮度Lb(λ,T)之间的关系:

　　式中,c1、c2分别为第一、第二辐射常数。高温计通常由光学成像系统、单色器、光电探测器及电子线路等基本组成部分构成。单色器一般采用窄带通干涉滤光片。典型的高温计光学系统示意图见图1[7]。

　　高温计输出信号S(T)与被测黑体的温度T之间的关系为: