Поверка радиационных термометров

Существует довольно старый стандарт на поверку радиационных термометров ГОСТ 8.130 – 74 «Государственная система обеспечения единства измерений. Пирометры визуальные с исчезающей нитью общепромышленные. Методы и средства поверки». Новый стандарт, введенный с 01/01/07, был разработан ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» и касается поверки тепловизионных приборов: ГОСТ Р 8.619 – 2006 «Государственная система обеспечения единства измерений. Приборы тепловизионные измерительные. Методика поверки». Стандарты можно скачать из раздела "Стандарты".

Поверка пирометров и приборов тепловидения может также осуществляться следуя рекомендациям МОЗМ D24 "Total radiation pyrometers", R 141 "Procedure for calibration and verification of the main characteristics of thermographic instruments". Обе рекомендации можно скачать на странице сайта РЕКОМЕНДАЦИИ МОЗМ. Большое количество современных пирометров, разработанных в России и ввозимых из-за рубежа, поверяются по индивидуальным методикам поверки, утверждаемым при проведении ГПИ.

Проблемы поверки радиационных термометров, а также проблемы терминологии в области неконтактной термометрии обсуждаются в рубрике "Полемические заметки" в статьях:

Фомин А.А. "Некоторые проблемы национальной пирометрии"

Фрунзе А.В. "Дискуссия по вопросам терминологии в пирометрии"

Рекомендации по выбору пирометров приведены в разделе "Выбор датчика температуры/радиационные термометры"

Стандарты МЭК на радиационные термометры (пирометры)

Международная электротехническая комиссия не так давно разработала и выпустила два важных стандарта по приборам для неконтактного измерения температуры. Стандарты вышли под номером МЭК/ТС 62492-1 и МЭК/ТС 62492-2:

МЭК/ТС 62492-1 Радиационные термометры. Часть 1. Технические характеристики радиационных термометров. дата издания апрель 2008 г.

Полное название на английском языке: IEC/TS 62492-1 ed1.0 (2008-04) Industrial process control devices - Radiation thermometers - Part 1: Technical data for radiation thermometers

МЭК/ТС 62492-2 «Радиационные термометры. Часть 2. Определение технических характеристик радиационных термометров». дата издания апрель 2013 г.

Полное название на английском языке: IEC/TS 62492-2 ed1.0 (2013-04) Industrial process control devices – Radiation thermometers – Part 2: Determination of the technical data for radiation thermometers.

Целью разработки новых стандартов является унификация в международном масштабе технических требований к пирометрам, выработка единой терминологии для описания характеристик пирометров, а также выработка единого подхода к методам испытаний, позволяющим определить экспериментально эти технические характеристики.

В первой части МЭК/ТС 62492-1 приводятся термины и определения, применяемые в пирометрии и относящиеся к техническим характеристикам радиационных термометров. Каждая характеристика имеет расширенный формат представления: 1) общее описание, 2) требуемые параметры, 3) примеры спецификации на данную характеристику. Всего нормированы определения к 20 техническим характеристикам пирометров.

Во второй части МЭК/ТС 62492-2 приводятся методы определения технических характеристик радиационных термометров. Причем в первой главе дается повторение определений из части 1.

Приводим описание и метод определения основных характеристик пирометров по МЭК/ТС 62492-2. Перевод главы 5 дается близко к тексту стандарта.

МЭК/ТС 62492-2 «Радиационные термометры. Часть 2. Определение технических характеристик радиационных термометров»

Глава 5

Определение технических характеристик - Determination of technical data

5.1 Диапазон измеряемых температур - Measuring temperature range

5.1.1 Общие положения.

Цель данных испытаний состоит в том, чтобы определить диапазон измеряемой температуры, т.е. диапазон температуры, в пределах которого неопределенность измерения остается в границах указанных производителем.

Примечание: Иногда целесообразно определить дополнительно более широкий диапазон температур, в котором радиационный термометр может измерять, но технические характеристики при этом не гарантируются.

5.1.2 Методика испытаний

Определение диапазона измеряемой температуры выполняют в соответствии с п.5.2.2 при наименьшем и наибольшем значениях температуры заданного производителем диапазона.

5.1.2.1 Наводят радиационный термометр на центр излучающей области эталонного источника.

5.1.2.2 Температуру эталонного источника последовательно настраивают и стабилизируют вблизи минимального и максимального предела, заданного производителем. При этом определяют минимальные и максимальные значения температуры, которые еще могут быть зарегистрированы радиационным термометром.

5.1.2.3 Полученные два значения температуры принимают за диапазон измеряемых температуры.

5.2 Неопределенность измерения - Measurement uncertainty

5.2.1 Общие положения

Детальное описание различных методов, позволяющих определить неопределенность измерения и ее доверительный уровень, не приводится в данном стандарте. Оно будет дано для калибровочных лабораторий в третьей (разрабатываемой) части серии стандартов на пирометры.

Описанный в данном стандарте метод является базовым тестом неопределенности измерения в диапазоне измеряемой температуры.

5.2.2 Методика испытаний

5.2.2.1 Радиационный термометр наводят на центр излучающей области эталонного источника.

5.2.2.2 Температура эталонного источника стабилизируется последовательно при, как минимум, трех значениях вблизи нижней, верхней и средней температуры измерительного диапазона. (см. Примечание 1).

5.2.2.3 Регистрируют температуру эталонного источника и температуру радиационного термометра. Вычисляют и записывают разницу между этими двумя значениями.

5.2.2.4 Процедура последовательно выполняется по три раза для каждой из трех точек калибровки. Для каждой точки калибровки вычисляют и записывают среднюю разницу значений температуры.

5.2.2.5 Значение неопределенности измерения радиационным термометром при каждой температуре калибровки, определяется как сумма средней разности температуры, полученной в п.5.2.2.4, и неопределенности температуры эталонного источника, определенной в соответствии с Международной Температурной Шкалой (на текущий момент МТШ-90)

Примечание 1: Количество измеряемых температур не ограничено тремя. Оно зависит от требований к конкретному термометру и условий его работы.

Примечание 2: Для радиационных термометров, имеющих более одного диапазона измеряемой температуры, проводится калибровка всех диапазонов, как для отдельных приборов.

Примечание 3: Данному базовому тесту не следует придавать слишком большое значение из-за малого количества наблюдений (то есть, невозможно приписать результату какую-либо доверительную вероятность).

Примечание 4: Чтобы использовать данный метод для проверки диапазона измеряемой температуры и неопределенности измерений, заявленных изготовителем, неопределенность температуры эталонного источника должна быть значительно меньше, чем неопределенность радиационного термометра.

5.3 Температурный эквивалент шума (NETD) - Noise equivalent temperature difference (NETD)

5.3.1 Общие положения

Цель испытаний состоит в том, чтобы определить NETD. Одновременно с NETD должно указываться значение измеряемой температуры и время срабатывания радиационного термометра. Для некоторых приборов NETD зависит от внутренней температуры прибора или температуры окружающей среды. В этом случае при нормировании NETD должна также приводится температура прибора или температура окружающей среды. Для дешевых приборов NETD может считаться находящимся в пределах разрешающей способности прибора.

Наибольшее значение NETD, как правило, соответствует наименьшему значению диапазона измерения температуры. При использовании электроизмерительного оборудования следует обращать внимание на полосу пропускания и устанавливать ее надлежащим образом. А именно, полоса пропускания радиационного термометра не может быть ограничена полосой пропускания внешнего измерительного оборудования. В отличие от других метрологических характеристик, доверительная вероятность в этом случае равна 68.3 % (стандартная неопределенность, k=1).

5.3.2 Методика испытаний

5.3.2.1 Радиационный термометр наводят на центр излучающей области эталонного источника.

5.3.2.2 Температура эталонного источника стабилизируется при температуре в пределах диапазона измеряемой температуры радиационного термометра. Наибольшая ожидаемая амплитуда шума не должна выходить за пределы диапазона измеряемой температуры.

5.3.2.3 Общее время измерения должно быть минимум в 100 раз больше времени срабатывания радиационного термометра, за это время должно быть сделано не менее 100 измерений.

5.3.2.4 NETD радиационного термометра вычисляют как СКО измеренных значений, и указывают совместно с температурой эталонного источника и заданным временем срабатывания.

Примечание 1: Шум, вызванный температурной нестабильностью эталонного источника, и шум дополнительного измерительного оборудования должен быть значительно ниже шума радиационного термометра.

Примечание 2: В соответствии с п. 5.3.1, предполагается, что NETD меняется в пределах диапазона измеряемой температуры. Поэтому, для полноты информации, NETD должен быть определен как минимум при двух значениях температуры, одно из которых является самой низкой измеряемой температурой.

5.4 Рабочее расстояние - Measuring distance

5.4.1 Общие положения

Рабочее расстояние – это расстояние до измеряемого объекта, для которого выполняются установленные технические характеристики, если не оговорено иначе. Специального метода тестирования не требуется.

Примечание: Калибровка радиационного термометра по эталонному источнику одной и той же площади излучения дает различные результаты на различных расстояниях из-за ЭРИ (эффект размера источника) прибора (см. п 5.7).

5.5 Поле зрения (размер мишени) - Field-of-view (target size)

3.1.5 Определение:

Поле зрения – круг на поверхности объекта измерения, от которого радиационный термометр принимает излучение.

5.5.1 Общие положения

Величина поля зрения определяется оптическими составляющими радиационного термометра. Так как поле зрения не может быть строго ограничено, необходимо установить диаметр поля, на котором излучение снижается до определенной доли от его полного интегрального значения (полусферического излучения или полного излучения в неограниченное пространство). Значение доли должно составлять не менее 90 %; типовые значения 90 %, 95 % и 99 %.

Для некоторых радиационных термометров, в основном для высокотемпературных приборов, неудобно на практике устанавливать отношение поля зрения к полусферическому значению. В этом случае позволяется соотносить данное поле зрения с источником более крупного размера (например, вдвое больше поля зрения).

Поскольку размер поля зрения зависит от рабочего расстояния до объекта измерения, то при нормировании поля зрения данное расстояние необходимо указывать в дополнение к доле излучения.

Передаточная функция между измеряемым излучением (входной параметр) и температурой (выходной параметр) нелинейна. Поле зрения, таким образом, определяется либо заданием доли измеряемого излучения, либо, для приборов которые показывают значения в единицах температуры, задают изменение показаний в °C при определенной температуре для данного поля зрения в сравнении с полным интегральным (полусферическим) значением. Эти изменения показаний следует указывать, как минимум, при наибольшем, среднем и наименьшем значениях температурного диапазона.

Полная информация о поле зрения может быть представлена на графике, показывающем зависимость сигнала или температуры от размера источника.

Пояснение к рисунку 1: Диаметр поля зрения (диаметр мишени) равен 1.8 мм для каждого из двух радиационных термометров A и B. Для радиационного термометра A, это соответствует 95 % от максимального сигнала измерения, в то время как для радиационного термометра B это соответствует 90 % максимального сигнала. Графики показывают изменение сигнала с изменением диаметра источника излучения. Для достижения 98 % от максимального сигнала, для радиационного термометра А требуется увеличить диаметр источника до 4,5 мм. В то же время, для радиационного термометра B требуется увеличить диаметр источника до 13 мм. В этом примере максимальный сигнал определен для источника диаметром (апертурой) 100 мм и принят за 100 % полусферического значения.

5.5.2. Методика определения поля зрения

5.5.2.1 Радиационный термометр наводят на центр эталонного источника, обеспечивая заданное расстояние до источника. Помещают ирисовую диафрагму перед источником концентрично с осью открытой области источника. Открытая область источника должна быть достаточной, чтобы не ограничивать оптический путь (то есть номинальное поле зрения, установленное изготовителем) радиационного термометра, при этом термометр наводится через ирисовую диафрагму и диаметр диафрагмы устанавливается, по крайней мере, вдвое больше номинального поля зрения прибора.

5.5.2.2 Температура эталонного источника стабилизируется на уровне верхнего предела измерительного диапазона радиационного термометра.

5.5.2.3 Ирисовая диафрагма регулируется на меньший диаметр (как правило, на 10 % меньше), чем предполагаемое поле зрения.

5.5.2.4 Позиция радиационного термометра регулируется в вертикальном и горизонтальном направлениях и термометр фокусируется до достижения максимального выходного сигнала, и в то же время он должен оставаться на линии зрения перпендикулярной ирисовой диафрагме.

5.5.2.5 Ирисовая диафрагма открывается до диаметра, при котором температура, регистрируемая радиационным термометром, перестаёт увеличиваться, но ее диаметр все еще меньше излучающей области эталонного источника. В этом случае поле зрения определяется на основе доли 99% полусферического излучения. Если температура, регистрируемая радиационным термометром, не стабилизируется после достижения самого большого диаметра ирисовой диафрагмы, поле зрения определяется по сигналу, соответствующему максимальному диаметру ирисовой диафрагмы, при котором эталонный источник не ограничивает оптический путь лучей в радиационном термометре.

5.5.2.6 Диаметр ирисовой диафрагмы уменьшают до тех пор, пока излучение, измеряемое радиационным термометром, не уменьшится на 1 % от первоначального сигнала или температура, показанная радиационным термометром, не уменьшается на величину, приведенную в Приложении 1.

5.5.2.7 Значение для поля зрения при выбранном рабочем расстоянии принимается равным диаметру открытия ирисовой диафрагмы, для которого излучение, принимаемое радиационным термометром или температура, регистрируемая радиационным термометром, уменьшается в соответствии с п. 5.5.2.6.

Примечание 1: Эталонный источник должен иметь стабильную и однородную яркость излучения в пределах излучающей поверхности (то есть температура и излучательная способность источника не должна изменяться при изменении размера излучающей области, или такие изменения должны быть скорректированы).

Примечание 2: Ирисовая диафрагма должна поддерживаться при достаточно низкой температуре, чтобы ее тепловая эмиссия незначительно влияла на выходной сигнал. В большинстве случаев данная погрешность является несущественной, если температура ирисовой диафрагмы поддерживается вблизи комнатной температуры, а температура эталонного источника равна или выше 200 °C.

5.6 Показатель визирования - Distance ratio

Показатель визирования - отношение расстояния до измеряемого объекта к диаметру поля зрения.

5.7 Эффект размера источника (ЭРИ) - Size-of-source effect (SSE)

5.7.1 Общие положения

Для описания эффекта размера источника ЭРИ необходимо определить, как изменится поток излучения или измеренная температура при изменении размера излучающей области источника. Полная информация может быть представлена в виде графика (см. рисунок 1), показывающего сигнал или измеренную температуру, как функцию размера источника излучения.

Для того, чтобы упростить определение ЭРИ и сделать его результаты более сопоставимыми, должны соблюдаться следующие условия измерений: ЭРИ должен соответствовать определенному рабочему расстоянию, измеряемой температуре и температуре окружающей среды, причем наблюдения должны проводиться с области равной номинальному полю зрения, в два раза превышающей поле зрения или более, чем в два раза превышающей поле зрения. В последнем случае, размер области должен быть оговорен.

ЭРИ определяется либо как относительное изменение потока излучения, либо, для приборов, показывающих температуру, как абсолютное изменение показаний при заданной температуре, при изменении площади излучающей поверхности (мишени). Так как ЭРИ зависит от температуры источника, необходимо установить значение ЭРИ для наибольшего, среднего и наименьшего значений температурного диапазона.

5.7.2. Методика определения ЭРИ

5.7.2.1 Радиационный термометр наводят на центр эталонного источника, обеспечивая заданное расстояние до источника. Помещают ирисовую диафрагму перед источником концентрично с осью открытой области источника. Открытая область источника должна быть достаточной, чтобы не ограничивать оптический путь (то есть номинальное поле зрения, установленное изготовителем) радиационного термометра, при этом термометр наводится через ирисовую диафрагму и диаметр диафрагмы устанавливается, по крайней мере, вдвое больше номинального поля зрения прибора.

5.7.2.2 Температура эталонного источника стабилизируется на уровне верхнего предела измерительного диапазона радиационного термометра.

5.7.2.5 Ирисовую диафрагму открывают до диаметра, соответствующего номинальному полю зрения, установленному изготовителем, и регистрируют излучение или температуру радиационным термометром.

5.7.2.6 Диаметр ирисовой диафрагмы увеличивают в два раза относительно номинального поля зрения радиационного термометра. Регистрируют радиационным термометром сигнал по излучению или температуру.

5.7.2.7 Разница в относительном изменении потока излучения или абсолютном изменении температуры при изменении размера ирисовой диафрагмы фиксируется как ЭРИ радиационного термометра.

5.7.2.8 Для радиационных термометров, показывающих температуру, измерение повторяется при температуре эталонного источника вблизи среднего и наименьшего значений температурного диапазона.

5.8 Поправка на излучательную способность - Emissivity setting

Диапазон и шаг введения поправки на излучательную способность должны задаваться изготовителем. Для получения информации о внутренней процедуре коррекции излучательной способности следует связаться с изготовителем. Метод испытаний для величины поправки находится вне области применения данного стандарта.

5.9 Спектральный диапазон - Spectral range

Метод тестирования спектрального диапазона находится вне области данной технической спецификации.

Спектральный диапазон приводится в мкм или нм. Спектральный диапазон может быть определен как нижняя и верхняя границы диапазона длин волн, в котором спектральная чувствительность достигает 50 % от пиковой чувствительности. Альтернативно, может быть приведена средняя длина волны и ширина полосы пропускания, в которой чувствительность достигает 50 % от пиковой чувствительности (полная ширина на половине максимума (FWHM)).

Для некоторых радиационных термометров, особенно с узкой полосой пропускания или спектральных радиационных термометров, полезнее приводить нижний и верхний пределы длин волн, при которых спектральная чувствительность достигает значительно более низкой величины чем 50 % от пиковой чувствительности (например, 10 %). В этом случае должны устанавливаться критерии, определяющие предельные длины волн.

5.10 Влияние внутренней температуры прибора и/или температуры окружающей среды (температурный параметр) - Influence of the internal instrument and/or ambient temperature (temperature parameter)

5.10.1 Общие положения

Технические характеристики радиационного термометра, такие как неопределенность измерения, должны соблюдаться во всем диапазоне температуры прибора и температуры окружающей среды и во всем диапазоне влажности воздуха, если не указано иначе. Если неопределенность измерения не соответствует заданным требованиям во всём диапазоне температуры, то изготовитель должен привести температурный параметр, задающий значение дополнительной неопределенности, возникающей при отклонении температуры прибора или температуры окружающей среды от нормальной. В таком случае параметр задается как абсолютное либо относительное увеличение неопределенности результата измерения.

5.10.2 Методика испытаний

5.10.2.1 Радиационный термометр испытывают в условиях регулируемой температуры (например, в климатической камере) при нормальной температуре прибора, указанной изготовителем. Для приборов без индикации внутренней температуры в качестве температуры прибора следует использовать значение температуры окружающей среды (т.е. температуры климатической камеры).

5.10.2.2 Радиационный термометр наводят на центр излучающей области эталонного источника.

Примечание: На пути между радиационным термометром и эталонным источником не должны использоваться промежуточные фильтры. Если таковые используются, то их влияние на температуру, измеренную радиационным термометром, должно быть учтено и показания скорректированы.

5.10.2.3 Температура эталонного источника стабилизируется при значении вблизи нижнего предела измерительного диапазона радиационного термометра.

5.10.2.4 Регистрируют температуру эталонного источника и температуру, измеренную радиационным термометром. Рассчитывают разницу между этими двумя значениями и записывают ее.

5.10.2.5 Радиационный термометр стабилизируется при минимальной внутренней температуре прибора, установленной изготовителем.

5.10.2.6 Регистрируют температуру эталонного источника и температуру, измеренную радиационным термометром. Рассчитывают разницу между этими двумя значениями и записывают ее.

5.10.2.7 Радиационный термометр стабилизируется при максимальной внутренней температуре прибора, установленной изготовителем.

5.10.2.8 Регистрируют температуру эталонного источника и температуру, измеренную радиационным термометром. Рассчитывают разницу между этими двумя значениями и записывают ее.

5.10.2.9 За неопределенность измерения радиационного термометра при каждой внутренней температуре прибора принимается сумма разности, определенной в п.п. 5.10.2.4, 5.10.2.6 и 5.10.2.8, и неопределенности температуры эталонного источника, определенной в соответствии с Международной Температурной Шкалой. Из этой неопределенности определяется температурный параметр радиационного термометра, как абсолютное или относительное увеличение неопределенности при отклонении от нормальной температуры окружающей среды.

Примечание 1: Из-за малого количества наблюдений не следует придавать слишком большое значение этому тесту (то есть, здесь нет доверительного уровня).

Примечание 2: Не должно быть конденсации влаги на оптике прибора.

Примечание 3: Для того, чтобы использовать этот метод для проверки результатов на соответствие температурному параметру заявленному изготовителем, неопределенность температуры эталонного источника должна быть значительно меньшей, чем неопределенность тестируемого радиационного термометра.

Примечание 4: После каждого изменения температуры в климатической камере необходимо выдержать радиационный термометр до полной стабилизации показаний. Это время стабилизации может быть более длительным, чем время стабилизации температуры климатической камеры.

5.11 Влияние влажности воздуха (параметр влажности) - Influence of air humidity (humidity parameter)

Технические характеристики радиационного термометра, например, неопределенность измерений, должны выполнятся в заданном диапазоне рабочих расстояний, в диапазоне рабочих температур, в диапазоне влажности воздуха, если не указано иначе. Если в заданном диапазоне рабочих расстояний неопределенность измерений не распространяется на весь диапазона влажности воздуха, изготовитель должен ввести параметр влажности, который задает дополнительную неопределенность измерений температуры при отклонении влажности от номинального значения, при определенной температуре окружающей среды.

Он задается в виде абсолютного или относительного увеличения неопределенности измеренного значения на каждый процент отклонения влажности воздуха от номинальной .

Для определения параметра влажности должны быть реализованы определенные атмосферные условия, связанные с химическим составом и температурой воздуха. Методика испытаний параметра влажности находится вне области действия данной технической спецификации.

5.12 Долговременная стабильность - Long-term stability

5.12.1 Общие положения

Долговременная стабильность должна быть приведена в °C для времени работы свыше 90 дней или более одного года.

Долговременная стабильность зависит от стабильности механических, электрических и оптических компонентов радиационного термометра, измеряемой температуры и доверительной вероятности.

5.12.2 Методика тестирования

5.12.2.1 Радиационный термометр наводят на центр излучающей области эталонного источника.

5.12.2.2 Температура эталонного источника стабилизируется при температуре в пределах диапазона измеряемых температур радиационного термометра.

5.12.2.3 Полное время измерений должно быть, по крайней мере, в 10 раз больше времени срабатывания радиационного термометра (см. пп. 3.1.16 и 5.16), и, по крайней мере, 10 измерений должно быть сделано за это время. По полученным данным вычисляется среднее арифметическое значение результатов измерений.

5.12.2.4 Процедуры по пп. 5.12.2.1 – 5.12.2.3 выполняется, по крайней мере, один раз в месяц при одной и той же температуре эталонного источника в течение 3 месяцев или одного года. В промежутке между испытаниями радиационный термометр должен выключаться.

5.12.2.5 За долговременную стабильность принимается разность между максимальным и минимальным средними значениями отсчетов температуры, полученными за период испытаний.

Примечание 1: Долговременная стабильность эталонного источника должна быть существенно лучше, чем долговременная стабильность радиационного термометра.

Примечание 2: Тест должен быть выполнен при такой температуре, чтобы радиационный термометр показывал значение, отличное от своей внутренней температуры или температуры окружающей среды. чтобы не было влияния температуры окружающей среды или температуры прибора.

Примечание 3: В течении всей процедуры испытаний радиационный термометр должен находиться в условиях окружающей среды соответствующих спецификации изготовителя.

Примечание 4: Из-за малого количества наблюдений не следует придавать слишком большое значение этому тесту (то есть, здесь нет доверительного уровня).

5.13 Кратковременная стабильность - Short-term stability

5.13.1 Общие положения

Кратковременная стабильность должна быть установлена в единицах скорости изменения показаний °С за час (°С/час), или как максимальное изменение показаний в °С за короткий промежуток времени (несколько часов) после прогрева прибора.

Кратковременная стабильность зависит от измеряемой температуры, уровня доверительной вероятности, времени срабатывания и внутренней температуры прибора или окружающей температуры. Эти параметры должны быть заданы изготовителем.

5.13.2 Методика тестирования

5.13.2.1 Радиационный термометр наводят на центр излучающей области эталонного источника.

5.13.2.2 Температура эталонного источника стабилизируется при температуре в пределах диапазона измеряемых температур радиационного термометра.

5.13.2.3 Полное время измерений должно составлять минимум 3 часа, и за это время должны быть сделаны, по крайней мере, с 10 рядов измерений, через примерно равные интервалы времени. Для каждого ряда измерений время измерений должно быть в 10 раз больше времени срабатывания радиационного термометра и за это время должно быть сделано не менее 10 отсчетов температуры. В течение всего времени измерений радиационный термометр не должен выключаться. Чтобы избежать нагрева, объектив радиационного термометра в промежутке между измерениями закрывается.

5.13.2.4 Для каждого ряда измерений рассчитывается среднее арифметическое значение.

5.13.2.5 За кратковременную стабильность принимается разность между максимальным и минимальным средними арифметическими значениями температуры, полученными за все время измерений. Кратковременная стабильность также может быть задана, как разность между максимальным и минимальным средними значениями температуры, деленная на время измерений. Если стабильность задана изготовителем со знаком плюс или минус (+/-), то она должна рассчитываться, как половина разности между максимальным и минимальным средними значениями температуры.

5.14 Повторяемость - Repeatability

5.14.1 Общие требования

Повторяемость тесно связана с NETD радиационного термометра и определяется за промежуток времени в несколько минут. Доверительная вероятность повторяемости измерений в два раза больше, чем доверительная вероятность NETD.

Повторяемость измерений должна указываться вместе с измеряемой температурой и временем срабатывания. Для некоторых приборов сходимость зависит от температуры прибора или окружающей температуры. Для этих приборов должна также указываться температура прибора или окружающая температура. Для дешевых приборов повторяемость показаний может быть ограничена их разрешающей способностью.

При использовании внешнего электронного измерительного оборудования, его полоса пропускания должна приниматься во внимание и быть задана соответственно. При этом полоса пропускания радиационного термометра не может быть ограничена полосой пропускания внешнего измерительного оборудования.

Методика испытаний

5.14.2.1 Радиационный термометр наводят на центр излучающей области эталонного источника.

5.14.2.2 Температура эталонного источника стабилизируется при температуре в пределах диапазона измеряемой температуры радиационного термометра. Наибольшая ожидаемая амплитуда шумов не может превышать границы диапазона измеряемой температуры.

5.14.2.3 Общее время измерений должно быть не менее 3 минут и должно быть минимум в 100 раз больше времени срабатывания радиационного термометра, за это время должно быть проведено не менее 100 измерений температуры радиационным термометром (см. Примечание 1).

5.14.2.4 Вычисляется СКО по измеренным значениям. Повторяемость показаний равна удвоенному значению СКО значений температуры, измеренных радиационным термометром.

Примечание1: Если нагревается от эталонного источника, время измерений должно быть уменьшено.

Примечание 2: Шум, вызванный нестабильностью эталонного источника и дополнительного измерительного оборудования, должен быть значительно ниже, чем шум радиационного термометра.

5.15 Взаимозаменяемость - Interchangeability

5.15.1 Общие положения

Никакие два прибора одного типа не могут различаться более чем на удвоенное значение взаимозаменяемости.

Значение взаимозаменяемости не обязательно должно быть равно значению неопределенности. Этот параметр важен для контроля при производстве, когда прибор заменяют другим такого же типа.

5.15.2 Методика испытаний

Для определения взаимозаменяемости необходимы, как минимум, три прибора одного типа.

5.15.2.1 Радиационный термометр наводят на центр излучающей области эталонного источника.

5.15.2.2 Температура эталонного источника стабилизируется при температуре в пределах диапазона измеряемой температуры радиационного термометра.

5.15.2.3 Общее время измерений быть минимум в 100 раз больше времени срабатывания радиационного термометра, за это время должно быть проведено не менее 100 измерений температуры радиационным термометром

5.15.2.4 Вычисляется среднее арифметическое значение температуры, измеренной радиационным термометром.

5.15.2.5 Измерения по 5.15.2.1 – 5.15.2.4 повторяются для двух других радиационных термометров того же типа, в то время как температура эталонного источника остается такой же, как при испытаниях первого прибора.

5.15.2.6 Взаимозаменяемость равна разности между максимальным и минимальным значениями среднего арифметического измерений, определенного для всех приборов деленной на 2.

Примечание 1: Во время испытаний всех радиационных термометров должны быть обеспечены идентичные и неизменные условия окружающей среды.

Примечание 2: Стабильность температуры эталонного источника в течение всего испытания должна быть значительно лучше, чем взаимозаменяемость радиационных термометров.

Примечание 3: Из-за малого количества приборов не следует придавать слишком большое значение этому тесту (то есть, ему не может быть приписано никакого доверительного уровня).

5.16 Время срабатывания - Response time

5.16.1 Общие положения

Нижнее/верхнее значение температуры, для которой определяется время срабатывания должно находиться внутри, соответственно, нижней/верхней четверти диапазона измеряемой температуры (см. рисунок 2).

Для радиационного термометра время нарастания и время спада сигнала (время срабатывания для верхнего и нижнего пределов изменения температуры) могут различаться. В этом случае необходимо указать это в документации.

Рис. 2 – Демонстрация времени срабатывания для ступени, повышающей температуру.

Время срабатывания зависит от типа обработки сигнала радиационным термометром. Вместе со временем срабатывания приводится размер ступени изменения температуры (наименьшее и наибольшее значения), а также пределы изменения показаний в процентном соотношении к ступени или в единицах температуры.

Следующая методика испытаний описывает, в общих чертах, процедуру определения времени, требуемого для достижения сигнала, соответствующего 90 % от максимально достижимого при ступенчатом изменении входного сигнала от сигнала при температуре окружающей среды до сигнала излучения, близкого к максимальному значению диапазона измеряемой температуры радиационного термометра. Время срабатывания может быть определено для различной процентной части от максимального сигнала, например, 99 % (см. IEC/TS 62492-1 Раздел 4.1.1.16.3). В этом случае методика испытаний должна быть соответственно скорректирована.

5.16.2 Методика тестирования

5.16.2.1Радиационный термометр наводят на центр излучающей области эталонного источника.

5.16.2.2 Температура эталонного источника стабилизируется при температуре, близкой к наибольшему значению диапазона измеряемой температуры радиационного термометра.

5.16.2.3 На пути излучения между эталонным источником и радиационным термометром ставят механический затвор, и дожидаются стабилизации показаний радиационного термометра при температуре затвора (температура окружающей среды).

5.16.2.4 Запускают отслеживающую сигнал систему и открывают затвор таким образом, что показания радиационного термометра в ответ на ступенчатое изменение входного излучения, непрерывно измеряются и записываются во времени (например, используя запоминающий осциллоскоп).

5.16.2.5 Поскольку у цифрового радиационного термометра могут наблюдаться вариации в измеренном значении времени срабатывания, измерение должно быть повторено достаточное число раз (по крайней мере, пять раз), пока максимальное и среднее значение времени срабатывания однозначно не определено. Следует проследить, чтобы при тестировании времени срабатывания термометр находился в режиме измерения температуры, поскольку радиационные термометры могут периодически работать в режиме самокалибровки, например.

5.16.2.6 Время срабатывания (0 % / 90 %) – это наибольшее измеренное время, за которое сигнал термометра достигает 90 % от окончательной (максимальной) величины (см. рисунок 2).

Примечание 1: Время, необходимое для открытия затвора, должно быть намного короче, чем, время срабатывания (не больше чем 10 % от времени срабатывания), и температура заслонки должна быть стабильной и близкой к температуре окружающей среды, (то есть, не должно быть никакого нагрева от эталонного источника).

Примечание 2: Вместо эталонного источника температуры с механизмом затвора может использоваться источник излучения с быстро изменяющейся интенсивностью излучения и соответствующей длиной волны. Это может быть, например светодиод (LED), который управляется генератором импульсов. Источник излучения включают в режим непрерывной работы, и выходной сигнал радиационного термометра отслеживается быстродействующим записывающим устройством, например, запоминающим осциллоскопом. При включении светодиода, его рабочий ток регулируется, пока не будет достигнута температура, требуемая в начале тестирования. Затем продолжительность импульса светодиода уменьшают до тех пор, пока на дисплее термометра не будет регистрироваться сигнал, соответствующий требуемому отношению минимально/максимального сигнала, например, 0 %/90 % от первоначального отсчета. В этом случае продолжительность импульса и является временем срабатывания.

Примечание 3: Если опорная температура для определения времени срабатывания отличается от температуры окружающей среды, то должен быть применен аналогичный метод, на основе более сложного устройства с двумя эталонными источниками температуры (см. рисунок 3)

5.17 Время выдержки - Exposure time

5.17.1 Общие положения

Время выдержки это специальная характеристика для тех радиационных термометров, которые работают с задержкой сигнала в пределах времени срабатывания, а наблюдаемый объект проходит через их поле зрения за время меньшее, чем время срабатывания (см. рисунок 4). Время выдержки – это характеристика, применимая к этому случаю, и она должна указываться изготовителем радиационного термометра.

Время выдержки зависит от условий обработки сигнала внутри радиационного термометра, от размера шага изменения температуры (начальное и установившееся значения), а так же от достижимого процентного уровня от полного выходного сигнала.

Следующая методика испытаний описывает процедуру определения временного интервала, который необходим для того, чтобы ступенчатое изменение входного сигнала, которое начинается и заканчивается при температуре окружающей среды, а в промежутке достигает почти наибольшего значения диапазона измеряемой температуры термометра, привело к изменению выходного сигнала на 90 % от полного изменения, соответствующего непрерывному излучению объекта. Время выдержки может быть определено для разного % уровня от полного изменения выходного сигнала, соответствующего непрерывному излучению, например, 99 % (см. IEC/TS 62492-1 Раздел 4.1.1.17.3). В этом случае методика испытаний должна быть откорректирована соответственно.

5.17.2 Методика испытаний

5.17.2.1 Радиационный термометр наводят на центр излучающей области эталонного источника.

5.17.2.2 Температура эталонного источника стабилизируется при температуре наибольшего значения диапазона измеряемой температуры радиационного термометра.

5.17.2.3 На пути излучения между эталонным источником и радиационным термометром ставят механический затвор, который может очень быстро открываться и закрываться и время открытия может регулироваться с хорошей точностью. Дожидаются стабилизации показаний радиационного термометра при температуре затвора (температура окружающей среды).

5.17.2.4 Затвор открывают, и измеряют полный (максимальный) выходной сигнал радиационного термометра для непрерывного излучения эталонного источника (100%).

5.17.2.5 Затвор открывают и закрывают, при этом сигнал от радиационного термометра непрерывно измеряется и записывается (например, запоминающим осциллоскопом). Начинают с длинного импульса времени освещения (значительно дольше чем ожидаемое время срабатывания), затем длительность импульса (то есть период времени, когда заслонка открыта) шаг за шагом уменьшают, до тех пор, пока максимальный сигнал не составит 90 % сигнала, измеренного при непрерывном освещении в 5.17.2.4.

Поскольку цифровой радиационный термометр может иметь вариации при измерении времени выдержки, измерение должно быть повторено достаточное число раз (по крайней мере, пять раз), пока максимальное и среднее значение времени выдержки однозначно не определено. Следует обратить внимание на то, что измерения времени выдержки выполнялись только тогда, когда радиационный термометр находится в режиме работы измерения температуры, поскольку радиационные термометры могут периодически входить в режим самокалибровки.

5.17.2.6 За время выдержки (0 % / 90 %) принимают самый длинный измеренный промежуток времени, в течение которого затвор должен быть открыт, чтобы сигнал достиг 90 % от максимального измеряемого значения (то есть значения для непрерывного излучения) (см. рисунок 4).

Примечание 1: Время, за которое открывается и/или закрывается затвор, должно быть намного короче, чем время выдержки (не более 10 % от времени выдержки), и температура заслонки должна быть стабильной и близкой к температуре окружающей среды (нет нагрева от эталонного источника).

Примечание 2: : Вместо эталонного источника температуры с механизмом затвора может использоваться источник излучения с быстро изменяющейся интенсивностью излучения и соответствующей длиной волны. Это может быть, например светодиод (LED), который управляется генератором импульсов. Источник излучения включают в режим непрерывной работы, и выходной сигнал радиационного термометра отслеживается быстродействующим записывающим устройством, например, запоминающим осциллоскопом. При включении светодиода, его рабочий ток регулируется, пока не будет достигнута температура, требуемая в начале тестирования. Затем продолжительность импульса светодиода уменьшают до тех пор, пока на дисплее термометра не будет регистрироваться сигнал, соответствующий требуемому отношению минимально/максимального сигнала, например, 0 %/90 % от первоначального отсчета. В этом случае продолжительность импульса и является временем срабатывания.

Примечание 3: Если опорная температура для определения времени выдержки отличается от температуры окружающей среды, то должен быть применен аналогичный метод, на основе более сложного устройства с двумя эталонными источниками температуры (см. рисунок 3)

5.18 Время прогрева - Warm-up time

5.18.1 Общие положения

Данная методика описывает в общих чертах процедуру, позволяющую оценить временной интервал который требуется после включения питания радиационного термометра, для стабилизации его выходного сигнала или показаний температуры в пределах повторяемости, заявленной изготовителем в спецификации на прибор (п. 5.14) (см. рисунок 5).

Рис.5 Время прогрева

5.18.2 Методика испытаний

5.18.2.1 Радиационный термометр выключают и выдерживают до стабилизации при допустимой температуре окружающей среды и влажности воздуха, указанных изготовителем. Промежуток времени должен быть достаточным, чтобы температура прибора достигла равновесия с окружающей средой.

5.18.2.2 Температура эталонного источника стабилизируется при температуре в пределах диапазона измеряемой температуры радиационного термометра.

5.18.2.3 Радиационный термометр наводят на эталонный источник и включают. Выходной сигнал периодически регистрируется, по мере прогревания радиационного термометра до рабочей температуры. Промежуток времени между двумя измерениями должен быть значительно короче, чем ожидаемое время прогрева. Минимальное полное время испытаний - десятикратное время прогрева, определенного изготовителем (рисунок 5), оно должно быть не менее 15 минут.

5.18.2.4 Временем прогрева считается, время, за которое выходной сигнал достигает максимального значения, регистрируемого в конце испытания, минус половина значения повторяемости, заявленной изготовителем.

Примечание 1: Повторяемость сигнала эталонного источника должна быть значительно лучше, чем повторяемость показаний радиационного термометра.

Примечание 2: Для некоторых радиационных термометров время прогрева может зависеть от температуры эталонного источника. Для таких радиационных термометров испытание должно быть выполнено, по крайней мере, при температурах вблизи наибольшего и наименьшего значений диапазона измеряемой температуры радиационного термометра.

5.19 Условия работы прибора: диапазон температуры и диапазон влажности - Operating temperature range and air humidity range

5.19.1 Общие требования

Для приборов без индикации внутренней температуры должна быть нормирована температура окружающей среды

Для установления диапазона влажности воздуха должны быть правильно реализованы условия влажности и температуры Методика определения диапазона влажности вне области этой технической спецификации.

Within the operating temperature range given by the manufacturer the radiation thermometer must stay with all specifications fully functional over the full measuring temperature range. A critical test for the operating temperature range is the following test of the measurement uncertainty over the full measuring and operating temperature range.

Радиационный термометр должен полностью сохранять все технические требования, по всему диапазону измеряемой температуры в пределах диапазона номинальной (рабочей) температуры, заявленной изготовителем. Важное испытание для диапазона номинальной (рабочей) температуры приведено в следующем пункте, где определяется неопределенность измерения по всему диапазону как измерительной, так и рабочей температуры.

5.19.2 Методика испытаний

5.19.2.1 Радиационный термометр испытывают в регулируемых температурных условиях (например, в климатической камере), при рабочей температуре прибора, указанной изготовителем. Для приборов без индикации внутренней температуры следует устанавливать допустимую температуру окружающей среды.

5.19.2.2 Радиационный термометр наводят на центр излучающей области эталонного источника.

Примечание: Не должно использоваться никаких фильтров между радиационным термометром и эталонным источником. Если фильтр используется, должно быть скорректировано его влияние на температуру, регистрируемую радиационным термометром.

5.19.2.3 Температура эталонного источника стабилизируется при температуре вблизи наименьшего значения диапазона радиационного термометра.

5.19.2.4 Внутренняя температура радиационного термометра стабилизируется при минимальной допустимой температуре.

5.19.2.5 Температура эталонного источника и температура, регистрируемая радиационным термометром, фиксируются. Вычисляется разность между этими двумя значениями.

5.19.2.6 Внутренняя температура радиационного термометра стабилизируется при максимальной допустимой температуре.

5.19.2.7 Температура эталонного источника и температура, регистрируемая радиационным термометром, фиксируется. Вычисляется разность между этими двумя значениями.

5.19.2.8 Температура эталонного источника стабилизируется при температуре вблизи наибольшего значения диапазона измеряемой температуры радиационного термометра.

5.19.2.9 Повторяется последовательность действий по пунктам 5.19.2.4 - 5.19.2.7.

5.19.2.10 Значения неопределенности измерений радиационного термометра при каждой внутренней температуре вычисляют, как разности, полученные в пп. 5.19.2.5 и 5.19.2.7, плюс неопределенность радиационной температуры эталонного источника, определенной в соответствии с МТШ-90. Полученные значения неопределенности должны находиться в пределах спецификации изготовителя. При принятии решения, находится ли полученная неопределенность в пределах технических требований изготовителя, необходимо учитывать температурный параметр, определяемый в п. 5.10.

Примечание 1: Из-за малого количества наблюдений не следует не придавать слишком большое значение этому базовому тесту (то есть, не может быть приписано никакого доверительного уровня).

Примечание 2: В течение испытаний следует избегать конденсации влаги на оптике.

Примечание 4: После каждого изменения температуры в климатической камере необходимо выдержать радиационный термометр до полной стабилизации показаний. Это время стабилизации может быть более длительным, чем время стабилизации температуры климатической камеры.

Поверка и калибровка

Основные разделы

Поверка радиационных термометров