材料光谱发射率测量技术研究进展

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1、METROLOGYTESTTECHNOLOGY&VERIFICATlON壁材料光谱发射率测量技术研究进展张术坤，蔡静，杨永军(1．北京长城计量测试技术研究所，北京100095；2．北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191)[摘要】综述了国内外计量机构材料光谱发射率测量技术的研究进展。通过对不同测量系统的测试仪器、样品温度测量方法、测量范围及其测量不确定度的详细比较，概括和总结了影响发射率测量准确度的主要因素及值得借鉴的改善方法和建议，展望了材料光谱发射率测量技术的发展趋势。[关键词]计量学；发射率

2、测量；综述；不确定度评定[中图分类号]TB94[文献标识码]A[文章编号]1002—1183(2013)06—0005—05工业应用和科学研究中，非接触测温的方法得到了愈发广泛的应用，为了准确地测量材料表面的温度，必须要知道被测表面的发射率。因此材料发射率的测量对于材料温度的准确测量具有重要意义。目前国内外关于材料光谱发射率测量的标准有：GJB5023．2—2o03及ASTME307—72，其基本的测试原理相同，即将材料的光谱辐射与同温度下的黑体光谱辐射进行比较。随着工业的发展，对于光谱发射率测量的材料范围、温度

3、范围、发射率测量范围及准确度等的要求不断提高，现有的测量能力不能完全满足要求，因此国内外关于材料光谱发射率测量的研究一直很多。目前已有很多发射率的测量方法，如量热1．样品加热装置；2．参考黑体；3．温度控制器；法、反射法、能量法等等。本文着重介绍了国内外国4．镀金球面反射镜；5．镀金平面反射镜；6．斩波器；家计量机构在光谱发射率测量方面的研究进展及超高7．截止滤光片轮；8．光栅单色仪；9．光电探测器；1O．锁相放大器；11．电动平移台；12．电动转台；13．计算机温材料光谱发射率的测量装置研究现状，并简单介绍图1

4、NIM研制材料光谱发射率测量装置原理图了中航工业计量所在这方面研究的工作进展情况一。用于微弱信号测量技术难度较大，并且测量速度较1国内外计量机构研究现状低。但是该测量方法数学模型明确，测量光谱带宽1．1中国计量科学研究院窄，对于建立高精度光谱发射率测量装置和不确定度中国计量科学研究院(NIM)与天津大学合评定具有理论简明的优点。作_4J，研制了基于光栅单色仪的光谱发射率测量装1．2美国国家标准技术研究院置，如图1所示。利用该装置可以实现在473～2004年，美国国家标准技术研究院(NIST)利1000K，2一l5

5、m范围内定向光谱发射率的测量。用一系列的黑体辐射源建立了一种新的材料光谱发射该装置应用锁相放大技术和统计测量方法提高样率测量系统，测量温度范围为600～1400K，波长范品与黑体的辐射亮度比较测量的信噪比。利用双黑体围为1～20m，主要对不透明材料进行测量。。。今后法评价光谱辐射测量系统的线性度，减小了系统短期将实现可以对透明材料及具有镜面反射和漫反射特性漂移对测量结果的影响j。测量了氧化不锈钢样品和的各种材料的测量，测量温度范围下限达到290K，高发射率涂料的光谱发射率，并进行了不确定度评可测量波长进一步提高，

6、测量角度范围0。一75。。定，合成标准不确定度小于4％。测量装置的缺点是NIST将发射率测量系统的发展分为三个阶段：第一[收稿日期]2012—08—29、[作者简介]张术坤(1984一)，男，内蒙古赤峰人，工程师，硕士，毕业于中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，从事材料光谱发射率测量方法的研究。工业计量2013年第23卷第6期·5·METROLOGYTESTTECHNOLOGY&VERIFICATION阶段，可测量不透明样品光谱发射率，测量温度范围较样品和参考黑体的光谱辐射，样品的光谱发射率也为600

7、—1400K；第二阶段，可以实现290—600K不就可以计算出来了。透明样品的测量；第三阶段，实现对透明样品的为评价发射率测量系统的性能，NIST测量了两测量。种标准样品备选材料——sic和Pt一10Rh在2～发射率测量系统示意图如图2所示，系统由以下20tzm，300—900℃的法向光谱发射率，并对不确定几部分组成：(1)一系列安装在移动平台上的参考黑度进行了较为详细的评价l。评价结果表明，SiC和体辐射源，包括两个定点黑体和四个变温黑体。每个Pt一10Rh在600℃时测量标准不确定度分别为0．47％黑体都包含

8、了标准铂电阻温度计(PRT)或标准热电和1．46％。偶温度传感器，用于控制和监视黑体的温度变化。两1．3日本国家计量研究所个可更换坩埚(分别是In，Sn，zn和Al，Ag，Cu)2000年，日本国家计量研究所(NRLI)研制出的定点黑体炉用于绝对温度的确定。利用滤光片式辐基于傅里叶变换红外光谱仪的发射率测量装置，如射计进行定点黑体到变温黑体的量值传递，黑体的光图3所示。该