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比如一支标准铂电阻温度计,保管得很好,一年就用两三次;另一支标准铂电阻温度计一天8个小时**;校准公司给的校准周期肯定都是2年1次,这样对**支标准铂电阻温度计而言校准周期太短了,对*二支标准铂电阻温度计而言校准周期又太长,六七可能就需要校。仅对于企业实验室,第三方实验室因为要通过资质认定,要求不一样,可能很多设备都需要检定。0、校准周期和期间核查的联系?国家有规定在校准周期内,设备维修、换关键零部件、仪器迁移等要重新校准,在校准周期内还要进行设备的期间核查,来设备的稳定性和准确性。如果设备,这里指的是设备而不是尺子、圆规等,自己定义校准周期则要小于国家规定的周期。
实验室可以根据仪器特点,使用频率等等特性,自定义校准周期,只要设备处于正确使用状态,能达到预期使用即可。通常需要提供期间核查等措施,来证明仪器处于良好状态。但校准周期也不是越长越好,因为时间越长,可靠性越差。
计量校准是提高实验室效率的重要环节,而确定校准周期是计量工作的一项关键环节,对产品质量务质量方面起着十分重要的作用,在确定测量仪器的校准周期时,要对测量仪器的实际使用情况进行科学分析后评估决定。黑体辐射源作为辐射测温仪器的校准装置,近几十年来随着红外测温技术的发展而取得了飞速进步。本文从黑体辐射源的发展历史、研究内容、发展方向和目前存在的问题几方面作了介绍。
引言1990年国际温标(ITS-90)规定,用黑体辐射的光谱辐射亮度来复现温度。黑体辐射源在辐射测温溯源中的作用日益**,黑体辐射源不仅是作为标定红外测温仪的标准器,还将迅速发展成为下一次辐射测温温区CIPM(国际计量**)关键比对用仪器,进而成为温标保存仪器。由于黑体辐射源在辐射测量领域的特殊地位,使其在辐射测温、遥感、遥测、红外加热等诸多领域有重要而广泛的应用。
黑体辐射源的发展历史1860年,基尔霍夫提出理想黑体理论:从密闭等温腔体内的任意面元上发出的辐射是等温腔体温度下的黑体辐射。自然界并不存在理想的黑体,基尔霍夫这一理想黑体物理模型为人们研制人工黑体提供了基本方法,即在密闭等温腔体上开一个小孔,从小孔中发出的辐射近似为黑体辐射,开孔腔体即为空腔式黑体辐射源。
早期的黑体辐射源,结构简单,腔体材料多应用碳硅化物、陶瓷或石墨,采用恒温油槽或非均匀布置的加热丝来取得均匀温场,为取得较好的黑体辐射特性,开口孔径都比较小。比较典型的有1960年由Bed-ford设计的工作于200℃的黑体炉,恒温油均温,光阑朝下,探测器可见内表面温差小于0.01℃,εn= 0.998±0.001;1966年,由Clark和Moore设计的工作于1100-1325℃的黑体炉,加热丝非均匀布置,空腔内表面覆盖镍氧化层(Ni2O3)。
上世纪70年代以后,黑体辐射源的设计趋于成熟,同时伴随着热管技术的进步,黑体源的设计开始和热管相结合,温度均匀性进一步提高,并且出现了大口径面辐射源。1970年,Bliss设计的热管黑体应用于420-760℃,其中热管工质为钠,腔形为双锥;Busse在1975至1980年期间设计了一系列利用水或钠作为工质的控压热管,温度上限为800℃,其表面温度均匀性达到毫开水平。近年来,我国在热管黑体研制方面也取得了一系列的成果:上世纪80年代中期我国东北大学的高魁明、谢植等人研制了重力式热管黑体辐射源,其温度范围为40-150℃,采用水铜型热管,其大温差为0.4-0.6℃,靶面有效发射率大于0.9995以上;西安电子科技大学的张锡华等人研制了直径φ80mm、钾工质热管式大口径面辐射源。该辐射源采用新的热管结构,毛细力一重力联合型结构,其工作温度为450-720℃,水冷式,消耗功率小,升温快,体积小,取得了很好的效果;国家计量院闫小克等人研制的高精度钠热管固**炉,垂直温场均匀性可达到11mK。
在各国科技人员的积极探索下,几十年来,黑体辐射源的研究取得了很大的进步,模拟黑体和理想黑体的差异越来越小,性能指标逐步提高,在温度量值传递、辐射测温溯源、温度传感器校准方面发挥着越来越重要的作用。
黑体辐射源的具体研究内容黑体辐射源的研究可以分为三个方面:黑体空腔及结构设计;空腔有效发射率的计算和温度均匀性的实现;黑体辐射源的评估。
决定黑体辐射源性能的两个方面是黑体辐射源空腔的形状和密闭性以及黑体辐射源温度分布的均匀性。前者描述了辐射源整体偏离理想黑体辐射源的程度,后者决定了辐射源偏离理想黑体辐射谱的程度。黑体辐射源的具体设计主要也是基于这两个方面的考虑。描述黑体辐射源辐射性能的主要技术指标空腔发射率,也主要受这两个方面的影响。空腔发射率的计算既可以指导空腔形状的设计,又可以验证空腔设计的合理性以及部分反映辐射源的性能。黑体辐射源的整体性能是否优异需要加以评价,目前还没有一个统一的评价理论。
1、黑体空腔及结构设计①空腔形状的选择
腔体形状的选择基于腔口发射率和实际加工以及经济方面的考虑。黑体辐射源空腔结构通常有以下几种:球形、圆锥一圆柱形、柱形、双棱锥形、内锥形。空腔底部为了提高发射率操用正锥、倒锥或沟槽结构,在空腔选材上多采用材料发射率较大的材料。
对腔体各种形状的发射率计算可采用Gouffe理论的经验公式:
Gouffe理论的经验公式式中A为腔体开孔面积;S1为空腔整个内表面积(包括开孔面积);A/S0=(R/L)2,R为腔体开孔半径,L为腔体深度为腔的深度。
在材料发射率、腔体长度和开口半径相同的前提下,由上述经验公式计算出来的发射率大小次序为:球形、圆锥一圆柱形、柱形、双棱锥形、内锥形。在设计腔体形状时,以上可以作为参考,和实际工作要求结合起来选择。
②空腔长径比的选择作为参考。长径比(腔体长度/开口半径)的选择也可以通过Gouffe理论公式计算。通过比较,在材料发射率大于0.78的情况下,长径比只要大于6即可满足发射率ε≥0.995。虽然提高长径比可以提高腔口发射率,但实际中的黑体辐射源的长径比一般比较小,在3-6之间,因此要提高腔口发射率,应尽量使用发射率高的材料,同时对腔体内部做表面加工处理,如在内壁刻凹槽,内表面加工为锯齿状或螺纹状,以及表面加黑处理等。
2、空腔有效发射率的计算和温度均匀性的实现
①空腔有效发射率的计算有效发射率的计算模型从简单到复杂,从理想化到接近实际,大体可以分为:漫射模型、镜反射模型、均匀镜漫反射模型、非漫射模型等。在计算方法上总体可以归纳分为积分方程理论、多重反射理论、蒙特卡罗方法等。
积分方程理论的基本原理为:漫反射的黑体空腔内壁各点的有效半球辐射等于该点处面元本身的半球辐射加上空腔内其它壁面投射到该面元上的发射辐射。该理论以由Buckley-Sparrow理论发展起来的Bedford-Ma方法为典型代表。Buckly给出了一端封闭的等温漫反射圆筒空腔的沿壁面和底面上各点发射率的分布。Sparrow对Buckly理论进行了完善,求得积分方程的数值解。Bedford和C.K.Ma发展了积分方程理论,用梯形区域近似法求解了积分方程。我国东北大学的谢植、高魁明等提出了基于Buckley-Sparrow。理论的发射率计算新方法—矩形区域近似法,同Bedford梯形区域法相比,避开了奇点数值处理问题,可以求得任何轴对称黑体空腔的有效发射率分布。
多重反射理论的基本思想是:从空腔内某一微元面出发,沿开口方向发射到腔口外的总的定向辐射强度等于该微元面本身的定向辐射与腔内其它面元直接投射到该微元面和经过一次反射、二次反射及多次反射后投射到该微元面上再沿开口方向反射的定向辐射强度之和。该理论以DeVos方法和Gouffe方法为典型代表。DeVos法利用互惠原理,给出了任意腔型的有效发射率的二级近似计算公式。Gouffe法提出了二次反射理论,该理论运算简单,但误差较大,经常被引证用来验证模拟黑体空腔的设计。