辐射温度计检定及数据处理实例

第四章辐射温度计检定

第一节目前国内外辐射温度计检定现状

一国内检定现状

10年前，红外温度计的使用较少，辐射温度计（主要是对红外温度计，下同）的检定工作在省级计量机构和工业企业中，实际上没有开展。由于红外温度计使用数量的增加，红外温度计的检定工作才开始重视。尤其是近5年来，省级计量机构都已经建立了辐射温度计传递标准，极少数暂时没有建立的也在准备之中。省级计量机构建立的标准温度范围为：-30～1600℃，基本上满足了目前辐射温度计检定和校准的需求。在经济发展较好的省份，地级和县级计量机构甚至先于一些省级计量建立起辐射温度计传递标准。所以准确地说，红外温度计的检定工作，经过近5年的发展，在国内已经逐步展开。

辐射温度计在钢铁企业使用较多，不少钢铁企业早期都已经建立了光学高温计的传递标准。尤其是近几年，钢铁企业质量意识的提高，在轧钢生产线上普遍采用红外温度计在线测量和控制，因此近5年来，钢铁企业都开始重新建立辐射温度计传递标准或改造和更换老的检定设备。目前大型钢铁企业都已经建立了新的辐射温度计传递标准，暂时没有建立的也在准备之中。对于辐射温度计检定工作的开展，钢铁企业在国内大型企业中走在前面。

20世纪90年代，铁路系统已开始利用红外测温仪检测轴温，现在列车提速，检测轴温更显重要。

对于列车提速，安全运行是铁路系统首要工作，为了监察列车运行中轴温情况，铁路部门普遍采用红外温度计进行现场快速测量检查，并且已经配备一定数量的红外温度计。因此，红外温度计的检定工作，早在15年前在铁路系统就已经开展。目前铁路路局级计量部门，已经有60%以上建立了红外温度计检定装置。

根据近几年每年的检定数量和在使用中红外温度计的数量对比，仍然有相当多的辐射温度计在使用而没有检定或校准。随着地市级计量机构和大中型企业开始建立辐射温度计传递标准，红外温度计的检定工作已开始重视。

二国外检定现状

国外主要在欧洲和北美，因为辐射温度计的使用比国内早，因此检定工作也开展的早。首先是生产辐射温度计的厂家，由于自身生产的需要，必须建立对辐射温度计的标定装置，对所生产的产品进行标定。随着使用量的增加，检测机构也同时建立辐射温度计的标准，开展对辐射温度计的校准工作。

三目前国内红外温度计检定情况

在开展了红外温度计的检定工作后，根据作者的调查，目前使用的红外温度计不合格率较高，尤其是廉价的手持式红外温度计，严格地说不合格率高达60%以上。正因为开展了检

定工作，才起到了对产品质量监督的作用。

开展检定工作后，迫使国内红外温度计生产厂家开始重视产品质量，尤其是开始重视生产检验中使用的辐射温度标准。近2年来，根据作者的再次调查，产品的质量确有所提高，不合格率开始下降，但是还不够，我希望通过我们不懈的努力，促使红外温度计生产厂家，生产出100%的合格产品。

四目前检定设备状况

红外温度计的检定设备主要为黑体和主标准器（标准辐射温度计、标准热电偶温度计或标准热电阻温度计等）。黑体是红外温度计检定中的重要设备，黑体的质量如何，直接影响辐射温度计的检定结果。

据调查，目前国内检定辐射温度计的主标准器大部分使用接触式标准。因为标准光电高温计的工作波长在0.665μm,工作温度的下限为900℃，对常用的温度范围下限偏高。国外的一些温度计生产厂家，针对国内市场的需求，研制出精度为0.3%、重复性为0.1%的高精度红外温度计，工作温度范围为250～3000℃，性能价格比满足目前国内的需求，在没有更高精度的辐射温度计时，暂时代替标准辐射温度计作为量值传递。有些单位开始采用这类的辐射温度计当标准，但目前数量较少。

国外使用检定设备，大体上和国内相似，主标准器既有接触式，也有非接触式。相对来说使用高精度辐射温度计当标准的数量要多一些。

但作为辐射源的黑体，国外基本上是改进的黑体炉较多，按照本文中介绍发射率设计的黑体较少。虽然发现使用黑体炉存在的问题，但是从理论上和实验上有没有对此进行深入的研究，没有见到报道。只是生产辐射温度计的厂家，由于自身生产的需要，在原黑体炉的基础上进行产品的改进（注：目前国外黑体在国内销售的产品，基本上是这些10年改进的产品）。根据作者调查，既然是使用黑体炉的改进产品，那又如何生产出合格的产品？实际上对于这些生产厂家很简单，他们对于现有的产品，专门做出一个特性一样但稳定性和重复性较好的产品，每年通过计量部门的校准，以此当标准来检验和标定同类产品，这就类似前面分析的用标准光学高温计在黑体炉上检定光学高温计一样。作为计量机构和企业质量部门，这就做不到，因为这是对使用中各种不同型号、不同工作波长和不同工作范围的温度计进行检定，同时检定或校准要达到国家的有关规程或规范，这就要求作为辐射源的黑体，提出更高的要求。

第二节关于辐射温度计检定中应该注意的问题

前面我们已经叙述，国内辐射温度计的检定工作是近几年才普遍开展，需要一个熟悉和完善的过程。根据作者长期从事辐射温度计检定和科研工作的经验，以及近几年来广泛与国内从事辐射温度计检定同行们交流，归纳起来应该注意如下几个问题。

一 黑体问题

在国内刚开始开展红外辐射温度计检定工作时，由于大家对所使用的黑体不太了解，有不少使用黑体炉或黑体炉刚改进产品作为检定红外温度计的辐射源，造成不同工作波长的红外温度显示的温度不一样，距离的远近、聚焦、位置微小的变化，都使红外温度计的温度示值不同，并且没有重复性。产生该问题的原因在于黑体炉，在第三章第一节已经从理论上进行了说明，这里不在重复。

二 聚焦问题

（一）聚焦位置

根据有关辐射温度计的检定规

程，要求检定或校准时辐射温度计光

路应该聚焦到黑体的靶底。对于老式

的黑体炉，其结构是在加热管中放置

一个圆形的靶子。所以原先的检定规

程是在当时没有太多的黑体产品，只

有黑体炉的情况下编写的。同时，由

于当时红外温度计的检定工作刚刚

开展，对于辐射温度计的种类也没有

太多的时间进行研究，对于聚焦位置

没有过多的解释，因此成为了检定操作者的难题。

对于目前使用较多的黑体，按照检定规程的本意，应该聚焦到黑体腔的腔底，正确的聚焦光路如图4-1所示。

在图4-1中，a 、c 两种情况为不调焦的辐射温度计，光路为调焦到腔底；b 为可调焦，聚焦到腔底。

根据作者的检定经验，对于南奇星黑体，只要将辐射温度计聚焦到腔口，检定的结果和聚焦到腔底是一样的。

因此对于聚焦位置的确定应该为：来自黑体的辐射，能充满辐射温度计的视场，该位置就可以作为聚焦位置，也就是辐射温度计的检定位置。对于南奇星黑体，在形成密闭空腔时，腔底的尺寸大于腔口的尺寸，在保证辐射温度计聚焦到腔口时，来自腔底的辐射都能充满视场。即使不是腔底的辐射充满视场，对于南奇星黑体，腔口的辐射是黑体的辐射，其结果也是一样的。

作者对一台用于电力检测小目标远距离的辐射温度计进行校准试验，使用HZ-3南奇星黑

图4-1辐射温度计检定和校准正确的聚焦光路