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《工作用辐射温度计检定规程》
编制说明
对规程内容的说明，以中括号内的标号表示所说明的内容在规程中的标号，例如[7.3.1]表示规程文本条款号为7.3.1。
1 任务来源
国家质量监督检验检疫总局、全国温度计量技术委员会于2009年下达了《工作用辐射温度计检定规程》的制定任务，由中国计量科学研究院负责起草,上海自动化仪表研究所、湖北省计量测试技术研究院、北京市计量检测科学研究院、北京航天计量测试技术研究所参加起草，共同完成。
2 目的和意义
辐射温度计应用广泛，开展辐射温度计检定与校准的计量技术机构迅速增加。随着技术发展，检定所需标准器可选范围更广，辐射源种类增多、性能提升；辐射温度计种类较多，性能差异较大，而产品宣称的最大允许误差水平较高，但检定的测量条件往往不明确；而不同条件下的检定结果可能有很大差异；已有规程JJG856-94、JJG415-2001和JJG67-2003对计量标准的技术要求对较长波长的辐射温度计的实际检定不确定度不理想，而且三个规程也在一定程度上给检定依据的选择带来技术要求与方法的不一致问题。
本次制定将制定统一的检定规程，规定更符合现阶段技术水平的计量标准与配套设备及它们的技术要求；明确一些重要概念和检定条件、操作方法、修正方法；为辐射温度计的检定提供新的技术法规依据。
3 规范内容说明
1）适用范围 [1]本规程适用于以变温（黑体）辐射源对单波段辐射温度计和比色温度计的检定，不适用于对（红外）耳温计和额温计的检定。
温度范围为-50℃~3000℃，涵盖原有三规程的温度范围，也覆盖目前绝大多数辐射温度计的测温范围。
目前的版本未包括对0.95发射率的单波段辐射温度计的检定，将考虑另行制定相应校准规范。
2）规范起草的技术依据 [2]本规程在形式与内容的一般性要求方面遵循JJF 1002-2010《国家计量检定规程编写规则》要求进行的编写。
由于目前尚无辐射温度计国家标准，主要技术依据为国家计量技术规范、国家行业标准和国际标准。
3）术语
（1）关于辐射温度
将JJF 1007-2008《温度计量名词术语及定义》中的“辐射温度”改称“全辐射温度”[3.1.2]，本规程将“辐射温度”[3.1.1]定义为以黑体亮度表示的理想带通辐射温度计的示值。
亮度温度、比色温度等仍沿用JJF 1007的定义，在本规程中不再重复定义。
（2） 辐射源与温度计
由于对辐射源发射率的要求，既有提高的部分，又有对辐射温度溯源的辐射源发射率的放宽要求和适用范围的限定，为了明确界定，本规程将空腔黑体辐射源定义为黑体辐射源[3.1.3]，将较低发射率的平面辐射源定义为面辐射源[3.1.4]。
黑体辐射源的定义参考JJF1032中人工黑体的定义，构成中去掉了辐射度学照度测量所需的与“光阑”有关的内容。
由于规程将“计量标准”[7.1.1]定义为两种形式：参考温度计与辐射源的组合，参考辐射源。因此将“参考辐射源”[3.1.5]和“参考温度计”[3.1.6]作为术语进行定义，以明确概念。作为计量标准（的一部分），参考温度计即可选择检定系统表中的标准级温度计也可选择不确定度符合要求的精密温度计，因此，此术语在温度计之前的限定词没有使用“标准”，而是“参考”。
辐射温度计、比色温度计等仍沿用JJF 1007的定义，在本规程中不再重复定义。
（3）辐射温度计技术参数
定义了“光谱范围”[3.1.7]。
在方法上，本规程重点明确了在设计测量距离和设计辐射源直径条件下进行检定和辐射温度计目标与辐射源直径的关系。因此，将视场（目标）[3.1.8]与测量距离[3.1.9]作为专门术语定义和说明。
4）概述
辐射温度计的最大允许误差应说明满足其要求的测量条件——测量距离与辐射源直径。因此，在[4.3]增加文字“最大允许误差或仪表不确定度（以下简称最大允许误差）技术指标需同时注明与之相对应的测量距离与辐射源直径，或检定（或校准）的测量距离与辐射源直径”。
5）技术要求
本规程的“计量特性要求”[5]包括“固有误差”[5.1]和“重复性”[5.2]，“通用技术要求”[6]包括“外观”[6.1]、“光学系统”[6.2]和“绝缘电阻”[6.3]。与现有规程基本相同。
重复性不超过最大允许误差绝对值的三分之一。JJG67、JJG415和JBT9240均采用相同要求,JJG856无重复性要求。重复性的含义在不同标准和规程中有很大差异，本规程在测试方法上表现出的重复性含义，与IEC62492-1十分接近，并易于操作。
关于[5.1]的术语，标准与检定规程有系统性偏差。标准JB/T 9240-1999、JB/T 9241-1999、IEC/TS 62492-1-2008、ASTM 1256-2007和OIML D24（1996）中相应的技术要求是对“（最大）允许误差”、“准确度”等误差限之类的术语的。而现有规程使用类似“固有误差”的术语。其主要差异为，在标准中大多是通过实验得到各温度点误差，并根据误差的最大绝对值确定“最大允许误差”的数值。而规程是根据产品已确定的技术规格——“最大允许误差”判断温度计实际误差是否符合生成的水平。
6）计量标准[7.1.1]（1）现状
从技术合理性考虑，应要求检定结果的不确定度不超过被检温度计最大允许误差的1/3。但实际情况难以达到；即使应要求标准装置量值（辐射温度、亮度温度或比色温度）的不确定度不超过被检温度计最大允许误差的1/3，在部分实际情况中也存在困难；但仅要求标准温度计的不确定度不超过被检温度计最大允许误差的1/3（JJG856为1/5，JJG415为1/3，JJG67略低于1/3），虽属无奈，但对有效控制辐射源引入的不确定度和引导计量部门建立辐射要求的计量标准装置不利，存在不确定度漏洞和误导作用。
现行规程对黑体辐射源有效发射率的最高要求为1±0.005，而且检定结果不需修正发射率偏离1的影响。此水平的辐射源在现阶段也属较高技术指标，但对于对8~14μm的辐射温度计检定结果的影响在1000℃约为3.7℃，对于1%最大允许误差的温度计已超过最大允许误差绝对值的1/3。而且，黑体辐射源产品往往只是笼统给出发射率0.995或发射率>0.995，而没有指出发射率估计值及其不确定度，一般未明确指出发射率指标是等温腔模型的设计指标还是实际指标，也未说明是全辐射发射率还是光谱发射率。
形成两难的处境是，目前的黑体辐射源发射率指标不够高，对宽波段温度计的检定不修正发射率偏离1的影响存在显著系统偏差或不确定度；采用修正的方法的话，目前发射率测量水平难以给出满意结果，而辐射源产品的技术指标缺乏足够信息和可信度。
从管理层面，国家质检总局计量司要求规程的修订不能引起大面积的现有检定装置的不适用问题和新的大量经费需求。
鉴于上述情况，本规程对有效发射率提出较理想且有可能实现的技术要求，也提出需要对发射率偏离1的影响进行修正的兼顾现实情况的技术要求。对短波段温度计检定，发射率偏离1的不确定度贡献相对较小，因此对于中高温黑体辐射源的发射率要求较低。
对标准级宽带辐射温度计和参考辐射源的校准水平现在尚不能达到满意程度。目前，国家计量院尝试进行了黑体辐射源的多光谱范围辐射温度校准。已开展“黑体辐射源溯源系统建立”研究，课题将于2012年完成-30~960度标准黑体辐射源建立，相应温区辐射源与辐射温度计的精密校准能力将显著提升，能满足溯源需求。
目前，已制定-10~200度辐射测温用黑体辐射源校准规范，于今年审定。
（2）计量标准的类别 [7.1.1.1]
现有规程只将标准温度计作为计量标准，而将辐射源作为配套设备。本规程的重要改变之一是将具有检定所需温度量值的辐射源视为计量标准。规定“计量标准为具有已知的辐射温度、亮度温度或比色温度的标准装置。具有两类形式：1）参考温度计与辐射源的组合构成的计量标准装置；2）参考辐射源。”
（3）参考温度计与辐射源的组合[7.1.1.2] 参考温度计[7.1.1.2a）]可采用检定系统标中的标准温度计，也允许采用校准后校准不确定度和稳定性符合要求的精密温度计。允许采用辐射温度计，既包括现规程中的标准高温计，也包括（红外）宽带辐射温度计。采用辐射温度计，一方面可减小或消除温度计测点与被检温度计测点之间的温差，另一方面可减小或消除辐射源（有效）发射率偏离1及其不确定性的影响。
参考温度计的测量不确定度U (k = 2)：
1）接触式标准温度计——不大于被检辐射温度计最大允许误差绝对值的五分之一；
2）非接触式标准温度计——不大于被检辐射温度计最大允许误差绝对值的三分之一；
本规程在不确定度要求上比JJG67和JJG415有所提高。但相对而言，上述3条要求中，采用接触式参考温度计时，不确定度要求较容易达到，但检定所需辐射温度、亮度温度或比色温度的不确定度还应包含温度计测点与辐射源辐射面之间的温差和有效发射率偏离1引入的不确定度，所以实际控制力度较弱。 而规程提出的技术要求必须考虑现有在用设备的技术能力，因此，此规定是一种折中方案。由此引起的实际控制力度较弱的问题，将由比对等措施予以弥补。
辐射源[7.1.1.2b）]
包括空腔式黑体辐射源与（平）面辐射源。“辐射源的均匀辐射区域应满足辐射温度计的视场角或距离系数的适当倍数的要求”；稳定度和均匀性要求均为“小于0.1与0.1%t大者”；而对黑体辐射源有效发射率给出三种数值要求: 1±0.002、1±0.005、或1±0.01，前者是推荐指标，中间为兼顾现状的指标，后者为有明确应用范围限制的要求；为满足大视场辐射温度计鉴定的需要，允许采用辐射温度溯源的面辐射源。
一些对辐射源的有效发射率的必要要求，由于受可操作性的限制，没有明确提出附加要求，如：有效发射率应为法向特性，应为与辐射温度计光谱范围相应的波长范围的有效发射率，应为实际特性而非设计指标等。
由于辐射源有效发射率偏离1的影响与（单波段）辐射温度计的波长成正比，而8-14微米辐射温度计不用于测量高温，因而，对高温炉的有效发射率的要求较低，对中低温辐射源按辐射温度计的波长（波段）提出不同要求。
（4）参考辐射源[7.1.1.3] 指辐射温度或亮度温度溯源的辐射源。
很多大面积辐射源和不具有可拆卸溯源的温度计的辐射源对于检定大视场（角）辐射温度计是重要的补充，也具有很强的实用性。
即使对于具有可拆卸温度计的空腔式黑体辐射源，辐射温度或亮度温度溯源方式，一方面也能够大幅减小标准温度计测点与被检辐射温度计目标区域之间的温差及相应不确定度，另一方面，可减小或基本消除有效发射率的不确定性（光谱选择性与不确定度）的影响。
面辐射源发射率的光谱选择性有可能远大于空腔黑体辐射源。因此，对参考面辐射源的应用附加了限制——仅用于对与辐射温度同波段的单波段辐射温度计的检定。
参考辐射源在满足对辐射源[7.1.1.2 b）]的要求的同时，校准不确定度及长期稳定性引起的不确定度的综合影响（k=2）应不大于被检辐射温度计最大允许误差绝对值的三分之一。
7）检定项目
包括首次检定和后续检定中的检定项目，但取消了现有规程中的使用中检验内容。主要原因为，一般使用者的可用资源十分有限，难以采用统一方法进行首次检定和后续检定中的主要检查项目——固有误差和重复性的有效检验。
8）检定方法
（1）检定温度点的选取
综合考虑减小风险和成本，首次检定选取5个温度点，后续检定选取不少于3个温度点。宽量程温度计可增加温度点。
将多量程（含不同光谱范围的相同量程）辐射温度计的不同量程视为不同辐射温度计进行温度点选取。
（2）计量性能检定前的准备[7.3.3]规定：将被检辐射温度计放置于检定环境，通常不少于4小时。初始温度与检定环境有较大差异的，应适当延长放置时间。
（3） 检定的测量距离和光阑直径
由于辐射源尺寸效应（SSE），SSE不理想的辐射温度计在不同的测量距离和辐射源直径条件下的测量结果可能有显著差异，可能达到最大允许误差绝对值的数倍。检定本规程明确提出检定实验的平面辐射源测量模型，给出确定检定的测量距离和辐射源前置光阑直径的方法及有限顺序。
在附录A做出详细介绍。
在检定结果中要求给出检定采用的测量距离和辐射源（前置光阑）直径。
（4）瞄准方法
瞄准方法是本规程与现有规程的另一重要不同点。
现有规程多没有明确的瞄准模型。而这一不足对于辐射源尺寸效应（SSE）较差的辐射温度计（通常为较长波长、大视场角、较低成本温度计）可能是很严重的问题——不统一、不适宜的瞄准方法和不统一、不适宜的测量条件，有可能使检定结果产生数倍于最大允许误差的差异。也使测温应用没有明确的首选测量条件和对差异进行修正的明确参考条件。
本规程规定的方法，原则上，辐射温度计应瞄准前置光阑，以使检定具有明确的等效平面源模型测量条件。
考虑到高温辐射源的均匀性影响和瞄准难度，以及适用于高温测量的短波段辐射温度计一般具有较好的SSE特性，对短波长辐射温度计允许瞄炉口或空腔底部，以获得较好的瞄准重复性。
（5）辐射源的适用性确认
为了强化需根据具体被检温度计特性判断辐射源适用性的意识和实施效果，实现均匀亮度等效平面辐射源模型，规程在瞄准操作后，增加了辐射源适用性的判断要求。
（6）设射率设置
规定将发射率可调的单波段辐射温度计的发射率设定为1。只能十分接近但不能设为1的作为特例处理。
（7）固有误差 [7.3.5]分别按被检辐射温度计为直接温度(值)输出和（铂电阻的）电阻或（热电偶的）热电势输出进行描述。
（8） 重复性 [7.3.6]
在相同条件下，为一次瞄准后，不少于3min时间内连续测量稳定的辐射源温度，均匀读取不少于10次温度读数，计算实验标准差。
（9） 数据处理
固有误差[7.4.1]分为四个步骤。
1）参考温度计
2）被检辐射温度计
3）固有误差计算（含各项误差修正）
在附录中给出发射率偏离1修正和窗口影响修正的详细介绍。
4）检定点示值计算
4 附录
附录A 辐射温度计瞄准的平面辐射源模型与瞄准方法
附录B 辐射温度计辐射源尺寸效应的确定与测温时的修正
附录C 带窗口的高温黑体辐射源的窗口修正值的确定
附录D黑体辐射源有效发射率偏离1的影响修正
附录E 检定记录参考格式
附录F 检定数据处理举例（待补充）
附录G 检定证书/检定结果通知书参考格式
附录H 检定结果的不确定度评定举例（待补充）
辐射温度计检定规程起草组
原遵东
2011年9月5日
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闽公网安备 35020602000072号
