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《工作用輻射溫度計檢定規程》
編制說明
對規程內容的說明，以中括號內的標號表示所說明的內容在規程中的標號，例如[7.3.1]表示規程文本條款號為7.3.1。
1 任務來源
國家質量監督檢驗檢疫總局、全國溫度計量技術委員會于2009年下達了《工作用輻射溫度計檢定規程》的制定任務，由中國計量科學研究院負責起草,上海自動化儀表研究所、湖北省計量測試技術研究院、北京市計量檢測科學研究院、北京航天計量測試技術研究所參加起草，共同完成。
2 目的和意義
輻射溫度計應用廣泛，開展輻射溫度計檢定與校準的計量技術機構迅速增加。隨著技術發展，檢定所需標準器可選范圍更廣，輻射源種類增多、性能提升；輻射溫度計種類較多，性能差異較大，而產品宣稱的最大允許誤差水平較高，但檢定的測量條件往往不明確；而不同條件下的檢定結果可能有很大差異；已有規程JJG856-94、JJG415-2001和JJG67-2003對計量標準的技術要求對較長波長的輻射溫度計的實際檢定不確定度不理想，而且三個規程也在一定程度上給檢定依據的選擇帶來技術要求與方法的不一致問題。
本次制定將制定統一的檢定規程，規定更符合現階段技術水平的計量標準與配套設備及它們的技術要求；明確一些重要概念和檢定條件、操作方法、修正方法；為輻射溫度計的檢定提供新的技術法規依據。
3 規范內容說明
1）適用范圍 [1]本規程適用于以變溫（黑體）輻射源對單波段輻射溫度計和比色溫度計的檢定，不適用于對（紅外）耳溫計和額溫計的檢定。
溫度范圍為-50℃~3000℃，涵蓋原有三規程的溫度范圍，也覆蓋目前絕大多數輻射溫度計的測溫范圍。
目前的版本未包括對0.95發射率的單波段輻射溫度計的檢定，將考慮另行制定相應校準規范。
2）規范起草的技術依據 [2]本規程在形式與內容的一般性要求方面遵循JJF 1002-2010《國家計量檢定規程編寫規則》要求進行的編寫。
由于目前尚無輻射溫度計國家標準，主要技術依據為國家計量技術規范、國家行業標準和國際標準。
3）術語
（1）關于輻射溫度
將JJF 1007-2008《溫度計量名詞術語及定義》中的“輻射溫度”改稱“全輻射溫度”[3.1.2]，本規程將“輻射溫度”[3.1.1]定義為以黑體亮度表示的理想帶通輻射溫度計的示值。
亮度溫度、比色溫度等仍沿用JJF 1007的定義，在本規程中不再重復定義。
（2） 輻射源與溫度計
由于對輻射源發射率的要求，既有提高的部分，又有對輻射溫度溯源的輻射源發射率的放寬要求和適用范圍的限定，為了明確界定，本規程將空腔黑體輻射源定義為黑體輻射源[3.1.3]，將較低發射率的平面輻射源定義為面輻射源[3.1.4]。
黑體輻射源的定義參考JJF1032中人工黑體的定義，構成中去掉了輻射度學照度測量所需的與“光闌”有關的內容。
由于規程將“計量標準”[7.1.1]定義為兩種形式：參考溫度計與輻射源的組合，參考輻射源。因此將“參考輻射源”[3.1.5]和“參考溫度計”[3.1.6]作為術語進行定義，以明確概念。作為計量標準（的一部分），參考溫度計即可選擇檢定系統表中的標準級溫度計也可選擇不確定度符合要求的精密溫度計，因此，此術語在溫度計之前的限定詞沒有使用“標準”，而是“參考”。
輻射溫度計、比色溫度計等仍沿用JJF 1007的定義，在本規程中不再重復定義。
（3）輻射溫度計技術參數
定義了“光譜范圍”[3.1.7]。
在方法上，本規程重點明確了在設計測量距離和設計輻射源直徑條件下進行檢定和輻射溫度計目標與輻射源直徑的關系。因此，將視場（目標）[3.1.8]與測量距離[3.1.9]作為專門術語定義和說明。
4）概述
輻射溫度計的最大允許誤差應說明滿足其要求的測量條件——測量距離與輻射源直徑。因此，在[4.3]增加文字“最大允許誤差或儀表不確定度（以下簡稱最大允許誤差）技術指標需同時注明與之相對應的測量距離與輻射源直徑，或檢定（或校準）的測量距離與輻射源直徑”。
5）技術要求
本規程的“計量特性要求”[5]包括“固有誤差”[5.1]和“重復性”[5.2]，“通用技術要求”[6]包括“外觀”[6.1]、“光學系統”[6.2]和“絕緣電阻”[6.3]。與現有規程基本相同。
重復性不超過最大允許誤差絕對值的三分之一。JJG67、JJG415和JBT9240均采用相同要求,JJG856無重復性要求。重復性的含義在不同標準和規程中有很大差異，本規程在測試方法上表現出的重復性含義，與IEC62492-1十分接近，并易于操作。
關于[5.1]的術語，標準與檢定規程有系統性偏差。標準JB/T 9240-1999、JB/T 9241-1999、IEC/TS 62492-1-2008、ASTM 1256-2007和OIML D24（1996）中相應的技術要求是對“（最大）允許誤差”、“準確度”等誤差限之類的術語的。而現有規程使用類似“固有誤差”的術語。其主要差異為，在標準中大多是通過實驗得到各溫度點誤差，并根據誤差的最大絕對值確定“最大允許誤差”的數值。而規程是根據產品已確定的技術規格——“最大允許誤差”判斷溫度計實際誤差是否符合生成的水平。
6）計量標準[7.1.1]（1）現狀
從技術合理性考慮，應要求檢定結果的不確定度不超過被檢溫度計最大允許誤差的1/3。但實際情況難以達到；即使應要求標準裝置量值（輻射溫度、亮度溫度或比色溫度）的不確定度不超過被檢溫度計最大允許誤差的1/3，在部分實際情況中也存在困難；但僅要求標準溫度計的不確定度不超過被檢溫度計最大允許誤差的1/3（JJG856為1/5，JJG415為1/3，JJG67略低于1/3），雖屬無奈，但對有效控制輻射源引入的不確定度和引導計量部門建立輻射要求的計量標準裝置不利，存在不確定度漏洞和誤導作用。
現行規程對黑體輻射源有效發射率的最高要求為1±0.005，而且檢定結果不需修正發射率偏離1的影響。此水平的輻射源在現階段也屬較高技術指標，但對于對8~14μm的輻射溫度計檢定結果的影響在1000℃約為3.7℃，對于1%最大允許誤差的溫度計已超過最大允許誤差絕對值的1/3。而且，黑體輻射源產品往往只是籠統給出發射率0.995或發射率>0.995，而沒有指出發射率估計值及其不確定度，一般未明確指出發射率指標是等溫腔模型的設計指標還是實際指標，也未說明是全輻射發射率還是光譜發射率。
形成兩難的處境是，目前的黑體輻射源發射率指標不夠高，對寬波段溫度計的檢定不修正發射率偏離1的影響存在顯著系統偏差或不確定度；采用修正的方法的話，目前發射率測量水平難以給出滿意結果，而輻射源產品的技術指標缺乏足夠信息和可信度。
從管理層面，國家質檢總局計量司要求規程的修訂不能引起大面積的現有檢定裝置的不適用問題和新的大量經費需求。
鑒于上述情況，本規程對有效發射率提出較理想且有可能實現的技術要求，也提出需要對發射率偏離1的影響進行修正的兼顧現實情況的技術要求。對短波段溫度計檢定，發射率偏離1的不確定度貢獻相對較小，因此對于中高溫黑體輻射源的發射率要求較低。
對標準級寬帶輻射溫度計和參考輻射源的校準水平現在尚不能達到滿意程度。目前，國家計量院嘗試進行了黑體輻射源的多光譜范圍輻射溫度校準。已開展“黑體輻射源溯源系統建立”研究，課題將于2012年完成-30~960度標準黑體輻射源建立，相應溫區輻射源與輻射溫度計的精密校準能力將顯著提升，能滿足溯源需求。
目前，已制定-10~200度輻射測溫用黑體輻射源校準規范，于今年審定。
（2）計量標準的類別 [7.1.1.1]
現有規程只將標準溫度計作為計量標準，而將輻射源作為配套設備。本規程的重要改變之一是將具有檢定所需溫度量值的輻射源視為計量標準。規定“計量標準為具有已知的輻射溫度、亮度溫度或比色溫度的標準裝置。具有兩類形式：1）參考溫度計與輻射源的組合構成的計量標準裝置；2）參考輻射源。”
（3）參考溫度計與輻射源的組合[7.1.1.2] 參考溫度計[7.1.1.2a）]可采用檢定系統標中的標準溫度計，也允許采用校準后校準不確定度和穩定性符合要求的精密溫度計。允許采用輻射溫度計，既包括現規程中的標準高溫計，也包括（紅外）寬帶輻射溫度計。采用輻射溫度計，一方面可減小或消除溫度計測點與被檢溫度計測點之間的溫差，另一方面可減小或消除輻射源（有效）發射率偏離1及其不確定性的影響。
參考溫度計的測量不確定度U (k = 2)：
1）接觸式標準溫度計——不大于被檢輻射溫度計最大允許誤差絕對值的五分之一；
2）非接觸式標準溫度計——不大于被檢輻射溫度計最大允許誤差絕對值的三分之一；
本規程在不確定度要求上比JJG67和JJG415有所提高。但相對而言，上述3條要求中，采用接觸式參考溫度計時，不確定度要求較容易達到，但檢定所需輻射溫度、亮度溫度或比色溫度的不確定度還應包含溫度計測點與輻射源輻射面之間的溫差和有效發射率偏離1引入的不確定度，所以實際控制力度較弱。 而規程提出的技術要求必須考慮現有在用設備的技術能力，因此，此規定是一種折中方案。由此引起的實際控制力度較弱的問題，將由比對等措施予以彌補。
輻射源[7.1.1.2b）]
包括空腔式黑體輻射源與（平）面輻射源。“輻射源的均勻輻射區域應滿足輻射溫度計的視場角或距離系數的適當倍數的要求”；穩定度和均勻性要求均為“小于0.1與0.1%t大者”；而對黑體輻射源有效發射率給出三種數值要求: 1±0.002、1±0.005、或1±0.01，前者是推薦指標，中間為兼顧現狀的指標，后者為有明確應用范圍限制的要求；為滿足大視場輻射溫度計鑒定的需要，允許采用輻射溫度溯源的面輻射源。
一些對輻射源的有效發射率的必要要求，由于受可操作性的限制，沒有明確提出附加要求，如：有效發射率應為法向特性，應為與輻射溫度計光譜范圍相應的波長范圍的有效發射率，應為實際特性而非設計指標等。
由于輻射源有效發射率偏離1的影響與（單波段）輻射溫度計的波長成正比，而8-14微米輻射溫度計不用于測量高溫，因而，對高溫爐的有效發射率的要求較低，對中低溫輻射源按輻射溫度計的波長（波段）提出不同要求。
（4）參考輻射源[7.1.1.3] 指輻射溫度或亮度溫度溯源的輻射源。
很多大面積輻射源和不具有可拆卸溯源的溫度計的輻射源對于檢定大視場（角）輻射溫度計是重要的補充，也具有很強的實用性。
即使對于具有可拆卸溫度計的空腔式黑體輻射源，輻射溫度或亮度溫度溯源方式，一方面也能夠大幅減小標準溫度計測點與被檢輻射溫度計目標區域之間的溫差及相應不確定度，另一方面，可減小或基本消除有效發射率的不確定性（光譜選擇性與不確定度）的影響。
面輻射源發射率的光譜選擇性有可能遠大于空腔黑體輻射源。因此，對參考面輻射源的應用附加了限制——僅用于對與輻射溫度同波段的單波段輻射溫度計的檢定。
參考輻射源在滿足對輻射源[7.1.1.2 b）]的要求的同時，校準不確定度及長期穩定性引起的不確定度的綜合影響（k=2）應不大于被檢輻射溫度計最大允許誤差絕對值的三分之一。
7）檢定項目
包括首次檢定和后續檢定中的檢定項目，但取消了現有規程中的使用中檢驗內容。主要原因為，一般使用者的可用資源十分有限，難以采用統一方法進行首次檢定和后續檢定中的主要檢查項目——固有誤差和重復性的有效檢驗。
8）檢定方法
（1）檢定溫度點的選取
綜合考慮減小風險和成本，首次檢定選取5個溫度點，后續檢定選取不少于3個溫度點。寬量程溫度計可增加溫度點。
將多量程（含不同光譜范圍的相同量程）輻射溫度計的不同量程視為不同輻射溫度計進行溫度點選取。
（2）計量性能檢定前的準備[7.3.3]規定：將被檢輻射溫度計放置于檢定環境，通常不少于4小時。初始溫度與檢定環境有較大差異的，應適當延長放置時間。
（3） 檢定的測量距離和光闌直徑
由于輻射源尺寸效應（SSE），SSE不理想的輻射溫度計在不同的測量距離和輻射源直徑條件下的測量結果可能有顯著差異，可能達到最大允許誤差絕對值的數倍。檢定本規程明確提出檢定實驗的平面輻射源測量模型，給出確定檢定的測量距離和輻射源前置光闌直徑的方法及有限順序。
在附錄A做出詳細介紹。
在檢定結果中要求給出檢定采用的測量距離和輻射源（前置光闌）直徑。
（4）瞄準方法
瞄準方法是本規程與現有規程的另一重要不同點。
現有規程多沒有明確的瞄準模型。而這一不足對于輻射源尺寸效應（SSE）較差的輻射溫度計（通常為較長波長、大視場角、較低成本溫度計）可能是很嚴重的問題——不統一、不適宜的瞄準方法和不統一、不適宜的測量條件，有可能使檢定結果產生數倍于最大允許誤差的差異。也使測溫應用沒有明確的首選測量條件和對差異進行修正的明確參考條件。
本規程規定的方法，原則上，輻射溫度計應瞄準前置光闌，以使檢定具有明確的等效平面源模型測量條件。
考慮到高溫輻射源的均勻性影響和瞄準難度，以及適用于高溫測量的短波段輻射溫度計一般具有較好的SSE特性，對短波長輻射溫度計允許瞄爐口或空腔底部，以獲得較好的瞄準重復性。
（5）輻射源的適用性確認
為了強化需根據具體被檢溫度計特性判斷輻射源適用性的意識和實施效果，實現均勻亮度等效平面輻射源模型，規程在瞄準操作后，增加了輻射源適用性的判斷要求。
（6）設射率設置
規定將發射率可調的單波段輻射溫度計的發射率設定為1。只能十分接近但不能設為1的作為特例處理。
（7）固有誤差 [7.3.5]分別按被檢輻射溫度計為直接溫度(值)輸出和（鉑電阻的）電阻或（熱電偶的）熱電勢輸出進行描述。
（8） 重復性 [7.3.6]
在相同條件下，為一次瞄準后，不少于3min時間內連續測量穩定的輻射源溫度，均勻讀取不少于10次溫度讀數，計算實驗標準差。
（9） 數據處理
固有誤差[7.4.1]分為四個步驟。
1）參考溫度計
2）被檢輻射溫度計
3）固有誤差計算（含各項誤差修正）
在附錄中給出發射率偏離1修正和窗口影響修正的詳細介紹。
4）檢定點示值計算
4 附錄
附錄A 輻射溫度計瞄準的平面輻射源模型與瞄準方法
附錄B 輻射溫度計輻射源尺寸效應的確定與測溫時的修正
附錄C 帶窗口的高溫黑體輻射源的窗口修正值的確定
附錄D黑體輻射源有效發射率偏離1的影響修正
附錄E 檢定記錄參考格式
附錄F 檢定數據處理舉例（待補充）
附錄G 檢定證書/檢定結果通知書參考格式
附錄H 檢定結果的不確定度評定舉例（待補充）
輻射溫度計檢定規程起草組
原遵東
2011年9月5日
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閩公網安備 35020602000072號
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