资料介绍
中华人民共和国国家计量检定规程
JJG 384—2002
光谱辐射照度标准灯
2002-11-04发布 2003-05-04实施
国家 质量 监督 检验 检疫 总局 发布
光谱辐射照度标准灯检定规程
以以以以以以以以以以以以以弋
代替 JJG 384—1985
弋以以以以以以以以以以以以以
本规 程经 国家 质量 监督 检验 检疫 总局 2002年 11月 04 日批 准 , 并自2003年 05月 04 日起施行。
归口 单位 : 全国光学计量技术委员会
起草 单位 : 中国计量科学研究院
本规程委托全国光学计量技术委员会负责解释
本规程主要起草人 :
代彩红 (中国计量科学研究院)
于家琳 (中国计量科学研究院)
1 范围
本规程适用于 250~2 500 nm 波段范围的光谱辐射照度标准灯 (简称标准灯) 的首次检定、后续检定和使用中检验。光谱辐射照度标准灯的定型鉴定、样机试验中对计量性能的要求可参照本规程执行。
2 概述
光谱辐射照度标准灯是用于保持和传递辐射照度的光谱密集度量值的标准计量器具。还可用于 250~2 500 nm 光谱范围内各种辐射源的光谱辐射照度分布和光谱辐射计的校准等。辐射照度的光谱密集度的单位为 μW · cm-2 · nm-1。
光谱辐射照度标准灯是一种特制的卤钨灯 , 主要由石英玻璃泡壳、灯丝、支撑架等几部分构成。 1 000W 柱形标准灯的发光体为布置成平面的单螺旋钨丝 ; 500 W 管形标准灯的发光体为布置成与灯管轴线一致的双螺旋钨丝。两种标准灯的电参数见表 1, 结构图分别见图 1 和图 2。
表 1 标准灯的电参数
图 1 1 000 W 柱形标准灯结构图1—支架 ; 2—灯丝 ; 3—石英玻壳
图 2 500W 管形标准灯结构图1—支架 ; 2—灯丝 ; 3—石英玻壳
3 计量性能要求
3.1 稳定性
预热后 , 标准灯在点燃 2 h 内光谱辐射照度值的变化 ≤1%。
3.2 重复性
标准灯的光谱辐射照度值的实验标准差 ≤1%。
3.3 年变化率
标准灯光谱辐射照度值的年变化率 ≤1%。
3.4 标准灯光谱辐射照度量值的不确定度
标准灯光谱辐射照度量值的不确定度见表 2。
表 2 标准灯量值的不确定度
4 通用技术要求
4.1 标准灯应标示出厂编号和型号。
4.2 标准灯的石英玻壳应透明度高 , 正对灯丝的部位没有可察觉的气泡、结石、斑点、条纹和明显的擦伤以及薄厚不均等缺陷。
4.3 1 000W 柱形标准灯的灯丝应在一平面内整齐排列 , 灯丝偏离所在平面不得超过±1 mm , 灯丝与挂钩及电极的连接要牢固 , 不应脱落。
4.4 500W 管形标准灯灯丝必须与灯管轴线一致。
5 计量器具控制
计量器具控制包括 : 首次检定、后续检定和使用中检验。
5.1 检定条件
5.1.1 检定用设备
5.1.1.1 光谱辐射照度工作基准灯组
光谱辐射照度工作基准灯组由三只工作基准灯组成。其不确定度见表 3。
表 3 光谱辐射照度工作基准灯量值的不确定度
5.1.1.2 检定装置
检定装置包括入射光路和光谱辐射计两部分 , 见图 3。
图 3 光谱辐射照度检定装置示意图
入射光路 : 由光轨、可移动 光学 平台、光具 座、挡屏、光阑、快门、 三维 可调 灯架、水冷参考灯灯室、漫射器 (漫射板或积分球) 等组成。光轨应具有 1 m 以上的长度并带有毫米刻度 , 并且要平直稳定 , 高低可调 ; 挡屏外表面要发黑 ; 漫射器由高纯度硫酸钡或海伦等具有无光谱选择性的材料制成 ; 整个入射光路应用漫反射比低的材料围起 , 以屏蔽杂散光。
光谱辐射计 : 包括单色议和探测部分。单色仪的工作波长范围不小于 250~2 500 nm,波长示值误差小于 0.1 nm , 杂光水平小于 10-5 ; 探测部分由性能稳定、高灵敏度的光电接收器 , 放大器及数字电压表组成。读数的有效数字必须在三位以上。探测部分的非线性误差应小于 0.1%。
5.1.1.3 电测和供电设备
标准灯用直流稳压源供电。 电测和供电电路见图 4。标准电阻为 0.01级 , 0.01 Ω,额定电流为 10A。数字电压表为 6位半显示。直流稳压电源的规格为 110V×10A, 要求电压连续可调。 电源的调节细度 ≤0.001A。 电压随时间的漂移 ≤5×10-5h-1。
图 4 标准灯直流供电及电测控制线路图
5.1.1.4 其他装置
工程水准仪两台。应满足 JJG 425—1994《水准仪检定规程》 中 DSZ3等的要求。
5.1.2 环境条件
5.1.2.1 温度 : (20±5) ℃。
5.1.2.2 湿度 : ≤80%RH。
5.1.2.3 实验在暗室里进行。不允许有影响测量的杂散光进入测量光路。
5.2 检定项目
检定项目见表 4。
表 4 检定项目表
5.3 检定方法
5.3.1 外观
用目视方法进行外观检查 , 要求符合 4规定 , 凡不符合要求的标准灯不予检定。
5.3.2 计量性能
5.3.2.1 标准灯的安装和调整
标准灯在每次使用前用酒精棉球或航空汽油轻轻擦拭石英玻壳 , 避免用手触摸。操作时应戴白细纱手套。轻拿轻放 , 保持灯泡玻壳清洁。
标准灯点燃时 , 应缓慢地将灯电流升至工作电流。 测量结束后 , 将电流逐渐降至
零 , 然后断开电路。 升降 灯电 流的 时间 不应 小于 5 min。 标准 灯的 预热 时间 应不 小于20 min。
测量完毕 , 关闭电源后 , 待灯泡玻壳冷却后方可将灯取下。
在测量光路中 , 在灯与漫射器之间应设置几个孔径适当的限制光阑。对于不同的光谱范围 , 相应选择光谱漫反射比低的屏蔽材料。
将长轨调整到水平且平行于单色仪的光轴 ; 将漫射器中心高度调整到与狭缝中心等高 , 且漫射器中心在单色仪的光轴与系统光路光轴的交点上并成一定的角度。 为避免出现镜反射 , 角度 不要 采用 45°。 规定 距离 不应 小于 500 mm。 距离 调整 误差 不应 超过 ±1 mm。
1 000W 标准灯工作位置调节 : 以两台光轴垂直相交的工程水准仪的光轴为准 , 分别调节测量光路与灯丝平面。移动三维灯架 , 使灯丝前表面与被照射面的距离为规定距离 (见图 5)。
图 5 1 000 W 标准灯工作位置调节示意图
500W 标准灯工作位置调节 : 以两台光轴垂直相交的工程水准仪的光轴为准 , 分别调节测量光路与灯架前沿平面。移动三维灯架 , 使灯架前沿平面与被照射面的距离为规定距离 (见图 6) , 并应给出灯丝中心到灯架前沿平面的距离。
图 6 500W 标准灯工作位置调节示意图5.3.2.2 检定安排
标准灯的量值由光谱辐射照度工作基准标定。用三只工作基准灯组两次重复标定同一只参考灯 , 其照度值的相对标准偏差不得超过 1% ; 再用参考灯标定另一只工作基准灯 , 标定值与原值符合在 ±1%以内。达到上述要求 , 即可用参考灯标定标准灯。
5.3.2.3 光谱辐射照度量值的确定
光谱辐射照度的标定采用参考灯替代法 , 在光谱辐射计上进行测量。参考灯的设置见图 3。实验方法如下 :
(1) 工作基准灯标定参考灯 : 移动实验平台 , 使工作基准灯灯丝中心在光阑中心和漫反射板中心所确定的光轴上。在每一测量波长 λ, 分别测量工作基准灯的响应 Vλ基准和参考灯的响应 Vλ参考1 ;
(2) 参考灯标定标准灯 : 移动实验平台 , 使标准灯灯丝中心在光阑中心和漫反射板中心所确定的光轴上。在每一测量波长 λ 处 , 分别测量参考灯的响应 Vλ参考2和标准灯的响应 Vλ标准 ;
(3) 设工作基准灯在规定距离处的光谱辐射照度值为 Eλ基准。计算标准灯在波长 λ
的光谱辐射照度值 Eλ标准 :
Eλ标准 =2 ×1 ×Eλ基准 (1)
实验中检定的波长点见表 5。
表 5 光谱辐射照度标定的波长点
5.3.2.4 稳定性
将标准灯点燃在额定电流 , 预热 20 min后 , 在 2 h 内用自动光谱辐射计监测标准
度。处, ,应ax。, 最小 值为 Emin。
5.3.2.5 重复性
点燃标准灯 , 预热 20 min后 , 在任一测量波长 λ 处 , 进行 n (n≥5) 次光谱辐射照度的测量。分别得到 n 个测量值 (E1 ~En)。设平均值为 E:
计算实验的相对标准差 s, 应符合 3.2 的规定。
5.3.2.6 年变化率
设上一年某波长的照度值为 E'λ , 今年同一波长的照度值为 Eλ , 则年变化率应符合
3.3 的规定。
年变化率 (5)
5.3.2.7 测量不确定度的计算
按照附录 B 的方法计算不确定度 , 应符合表 2 的规定。
5.4 检定结果的处理
按本规程检定合格的灯发给检定证书。检定不合格的灯发给检定结果通知书 , 并注
明不合格项目。
5.5 检定周期
检定周期一般不超过 2 年。但是当标准灯的累计使用时间达到 50 h 时 , 应当重新检定。送检时应附带上一次的检定证书。
附录 A
标准灯的选择
将老化 8 h后的标准灯 , 再做 2 h 的稳定性实验。 为了忽略接收器灵敏度变化的影响 , 用一只稳定的灯作为比较灯 , 与标准灯进行比较测量 , 其比值的变化表示灯的稳定性 (实验时 , 两只灯电流的控制精度应 ≤1×10-4 )。
实验步骤如下。
A.1 点燃两种灯后 , 预热 20 min后开始测量。用 n1 , n2 分别表示标准灯、 比较灯的响应值。
A.2 每隔 10 min测量一次 , 共测量 4次。求出比值 :
pi (i= 1, 2, 3, 4)
A.3 半小时求一次平均比值 , 共求 4个。
pj = (p1 +p2 +p3 +p4)/4 (i= 1, 2, 3, 4)
A.4 若 pj 中最大与最小值的相对偏差 (式中 pmax表示最大的比值 ;
pmin表示最小的比值) , 该灯即可作标准灯使用。
附录 B
250~2500 nm 光谱辐射照度标准灯的不确定度评定
B.1 测量不确定度的 A类评定
B.1.1 光谱辐射照度测量的实验相对标准差 , 即相对标准不确定度 s。 B.2 测量不确定度的 B类评定
B.2.1 光谱辐射照度工作基准灯的相对标准不确定度 u1
B.2.2 探测器的非线性导致的光谱辐射照度的相对标准不确定度 u2
B.2.3 电测系统导致的光谱辐射照度的相对标准不确定度 u3
B.2.4 波长的不确定度产生的光谱辐射照度的相对标准不确定度 u4 B.2.5 距离测量产生的光谱辐射照度的相对标准不确定度 u5
B.3 计算合成相对标准不确定度
上述各不确定度之间互不相关 , 按照下面公式计算合成相对标准不确定度 uc。
附录 C
光谱辐射照度标准灯检定原始记录格式
检定日期年 月日 第页
检定结论 : 有效期至
检定员 : 核验员 :
附录 D
光谱辐射照度标准灯检定证书内页格式
检定条件 :
1. 灯丝中心平面与测量平面之间的距离 :
2. 标准灯工作电流 : 8.5000 A检定结果 :
波长 λ单位 : nm;
光谱辐射照度 Eλ 单位 : μW · cm-2 · nm-1
检定结果的相对标准不确定度 uc 的单位 : %
环境条件 : 室温 : ℃ ; 相对湿度 : %RH
声明 :
1. 检定结果仅对送检仪器有效。
2. 未经本实验室书面批准 , 不得部分复制本证书。
3. 本证书未加盖公章无效。
