ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

НПО «ВНИИМ им. Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА»

МЕТОДИКА
ГРАДУИРОВКИ ОБРАЗЦОВЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ
НА ЯРКОСТНЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В ИНТЕРВАЛЕ
ДЛИН ВОЛН ОТ 0,3 ДО 4,5 МКМ

МИ 167-78

Москва
ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ
1979

РАЗРАБОТАНА НПО «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева»

Директор Ю.В. Тарбеев

Руководители темы: Г.С. Амброк, Э.А. Лапина

Исполнитель Е.А. Королева

ПОДГОТОВЛЕНА К УТВЕРЖДЕНИЮ Лабораторией законодательной метрологии

Руководитель лаборатории М.Н. Селиванов

Исполнитель С.Б. Рабинов

УТВЕРЖДЕНА Научно-техническим советом 28 ноября 1977 г. (протокол № 15)

СОДЕРЖАНИЕ

МЕТОДИКА
ГРАДУИРОВКИ ОБРАЗЦОВЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ НА ЯРКОСТНЫЕ
ТЕМПЕРАТУРЫ В ИНТЕРВАЛЕ ДЛИН ВОЛН от 0,3 до 4,5 мкм

МИ 167-78

Настоящая методика распространяется на образцовые температурные лампы и образцовые ламповые модели черного тела, воспроизводящие яркостную температуру в спектральном диапазоне 0,3 - 4,5 мкм, и устанавливает методы и средства их градуировки при метрологической аттестации и периодической поверке.

1. ОПЕРАЦИИ И СРЕДСТВА ГРАДУИРОВКИ

1.1. При проведении градуировки должны выполняться операции и применяться средства, указанные в табл. 1.

Таблица 1

1.2. Средства измерений, необходимые для проверки условий градуировки.

1.2.1. Термометр с ценой деления не более 0,1 °С.

1.2.2. Психрометр.

1.3. Средства измерений должны иметь соответствующие документы о поверке или метрологической аттестации.

1.4. Средства измерений следует использовать в соответствии с эксплуатационной документацией.

1.5. Типы средств измерений, применяемых при градуировке, приведены в приложении 1.

2. УСЛОВИЯ ГРАДУИРОВКИ И ПОДГОТОВКА К НЕЙ

2.1. При проведении градуировки должны соблюдаться следующие условия: температура окружающего воздуха 20 ± 5 °С; относительная влажность 50 - 80 %; должны отсутствовать удары, вибрации, а также внешние электрические и магнитные поля (кроме земного); спектропирометры должны быть защищены от влияния посторонних излучений; смотровые окна и баллоны излучателей должны быть чистыми.

2.2. Асимметрия внешней оптической системы спектропирометра должна быть измерена не более чем за 6 месяцев до проведения градуировки. Полученное значение не должно превышать норм, указанных в инструкции по эксплуатации данного спектропирометра.

3. ГРАДУИРОВКА ПРИ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ АТТЕСТАЦИИ

3.1. Внешний осмотр.

3.1.1 При проведении внешнего осмотра температурных ламп должно быть установлено их соответствие следующим требованиям: смотровое окно не должно содержать царапин, свилей и помутнений; баллон лампы должен быть без трещин и потемнений; крепление должно быть надежным; индекс удален от плоскости ленты не более чем на 1 мм, а его конец должен отстоять от края ленты не более чем на 2 мм;

на задней поверхности баллона белой эмалевой краской необходимо нанести перекрестие, причем таким образом, чтобы в точке пересечения вертикальной и горизонтальной линий краска отсутствовала. Конец индекса и точка пересечения линий перекрестия должны находиться на одной прямой, перпендикулярной к рабочему участку ленты;

вертикальное изображение ленты, образованное смотровым окном, не должно совпадать с лентой при наблюдении по линии, проходящей через конец индекса и центр перекрестия на баллоне, и при визуальном наблюдении должно находиться на расстоянии не менее 0,5 - 1 мм от ленты.

Вертикальное изображение ленты проверяют следующим образом. Через лампу пропускают ток и нагревают ленту выше 1000 °С; наблюдатель располагается перед лампой со стороны, противоположной смотровому окну; глаза наблюдателя должны находиться на уровне линии, проходящей через центр перекрестия на задней стенке баллона и конец индекса; наблюдатель одновременно рассматривает нагретую ленту и ее зеркальное изображение.

Лампы, не удовлетворяющие требованиям, перечисленным выше, бракуют.

3.1.2 При проведении внешнего осмотра ламповых моделей черного тела должно быть установлено их соответствие следующим требованиям:

смотровое окно не должно содержать царапин, свилей и помутнений;

баллон модели должен быть без сколов, трещин и деформаций; вольфрамовый трубчатый нагреватель - без прогиба (оценка визуальная) ;

на задней стенке баллона необходимо нанести перекрестие. Его наносят так же, как и на температурные лампы, при этом трубчатый нагреватель ламповой модели устанавливают по оптической оси спектропирометра с помощью лазера.

3.2 Проверка надежности электрических контактов.

В излучателях устанавливают ток, составляющий примерно 80 % тока, соответствующего верхнему температурному пределу использования данного излучателя, и после 30 мин выдержки не менее трех раз измеряют силу тока. Размах полученных значений не должен превышать 0,003 А.

3.3 Стабилизирующий отжиг.

Отжиг излучателей осуществляют постоянным током той же полярности, что и при последующей градуировке. Излучатели отжигают в течение 36 ч при силе тока, соответствующей яркостной температуре 2200 °С при длине волны 0,65 мкм. Допускается отжигать излучатели с перерывами.

3.4 Исследование температурного поля излучателей.

Температурное поле ламп исследуют:

в видимой области спектра при яркостных температурах 1200 и 1600 °С, длине волны 0,65 мкм;

в ультрафиолетовой области спектра при яркостных температурах 1600 и 2000 °С, длине волны 0,35 мкм;

в инфракрасной области спектра при яркостных температурах 500 и 800 °С, длине волны 2,2 мкм.

Оптическая система спектропирометров должна обеспечивать визирование площадки такого размера, чтобы отношение ее ширины к ширине ленты не превышало 1:5, а отношение высоты площадки к ширине площадки не превышало 1:2.

3.4.1 Исследование температурного поля ламп.

3.4.1.1 Градуируемую и образцовую лампы выставляют на спектропирометре. В образцовой лампе устанавливают соответствующую температуру и регулируют силу тока в градуируемой лампе до тех пор, пока яркостные температуры ламп не будут равными. В таком режиме лампы выдерживают в течение 30 мин.

3.4.1.2 Снова уравнивают яркостные температуры образцовой и градуируемой ламп, при этом ток образцовой лампы поддерживают равным паспортному значению. Уравнивание проводят три раза, а затем записывают среднее значение I_обр и I_гр.

3.4.1.3 Градуируемую лампу смещают по высоте таким образом, чтобы индекс переместился ниже исходного положения на 0,2 мм (в исходном положении индекс находится на оптической оси спектропирометра), затем на 0,4 мм, далее перемещают индекс на 0,2 и 0,4 мм выше исходного положения. В каждом случае уравнивают яркости регулировкой тока образцовой лампы. При этом ток градуируемой лампы не должен отклоняться от I_гр более чем на 0,001 А. Полученные значения тока записывают в протокол.

3.4.1.4. Градуируемую лампу смещают по ширине ленты лампы на 0,4 мм вправо и влево от исходного положения и уравнивают токи согласно п. 3.4.1.3. Результаты записывают в протокол. Пример заполнения протокола приведен в приложении 2.

3.4.1.5. Вычисляют изменения силы тока образцовой лампы, установленные при перемещениях градуируемой лампы, по формуле

где I_обр - среднее значение тока образцовой лампы после смещения градуируемой лампы.

Изменение температуры градуируемой лампы при соответствующих смещениях составляет

Значение ΔI/Δt (в амперах на градус Цельсия) приведено в свидетельстве на образцовую лампу. Максимальные значения Δt_i при смещениях на ±0,2 мм по высоте и ширине не должны превышать ±0,5 °С; при смещениях на ±0,4 мм не должны превышать ±1 °С. Аналогичные измерения проводятся при второй выбранной температуре.

3.4.2 Исследование температурного поля ламповой модели черного тела.

Исследование проводят по методике, аналогичной приведенной выше. При этом ламповую модель устанавливают перпендикулярно к оптической оси спектропирометра и визируют на среднюю (визуально) образующую цилиндрической поверхности трубчатого излучателя. Ламповая модель перемещается перпендикулярно к оптической оси спектропирометра с помощью микрометрического винта держателя. Температуру измеряют через каждые 5 мм. Измерения начинают и заканчивают на расстоянии 5 см от обоих торцов цилиндрической полости. Максимальный - перепад температуры вдоль тела накала не должен превышать 30 °С.

3.5 Определение градуировочной характеристики излучателей.

3.5.1 Излучатели можно градуировать при любых длинах волн соответствующих интервалов. При этом в области от 0,3 до 2,0 мкм шаг между выбранными длинами волн должен быть кратным 0,05 мкм. В области от 2,0 до 4,5 мкм излучатели градуируют при тех длинах волн, при которых аттестован эталонный спектропирометр.

3.5.2 При определении градуировочной характеристики ламп зависимость яркостной температуры градуируемой лампы от силы тока устанавливают методом непосредственного сличения с эталонной лампой на спектропирометре.

3.5.2.1 Градуируемую и эталонную лампы юстируют на оптической скамье спектропирометра. По шкале длин волн монохроматора устанавливают деление, соответствующее любой из длин волн, при которых лампа должна быть отградуирована.

3.5.2.2 В эталонной лампе устанавливают силу тока, соответствующую наименьшей температуре, при которой проводят градуировку. В градуируемой лампе регулируют силу тока до тех пор, пока яркостные температуры градуируемой и эталонной ламп не будут равными. Лампы выдерживают 30 мин, а затем дополнительной регулировкой устанавливают в рабочем эталоне силу тока, соответствующую указанной в свидетельстве с погрешностью не более 0,001 А. Изменяя силу тока в градуируемой лампе, уравнивают ее яркостную температуру с температурой эталонной лампы и измеряют силу тока в градуируемой лампе. После выдержки ламп яркостные температуры уравнивают три раза с расстройкой тока градуируемой лампы; затем контролируют ток эталонной лампы.

Если ток эталонной лампы отличается от значения, приведенного в свидетельстве, более чем на 0,001 А, ток подгоняют и повторяют три измерения с расстройкой. Полученные значения силы тока ламп записывают в протокол градуировки.

3.5.2.3 Операцию по п. 3.5.2.2 проводят при тех длинах волн, в которых требуется отградуировать лампу (см. п. 3.5.1).

3.5.2.4 Операцию по пп. 3.5.2.2 и 3.5.2.3 проводят через каждые 100 °С в диапазоне градуировки лампы. При подъеме температуры на 100 °С лампы выдерживают в течение 15 мин.

3.5.2.5 Лампы меняют местами на спектропирометре и осуществляют операции по пп. 3.5.2.1 - 3.5.2.4.

3.5.2.6 Вычисляют среднее значение силы тока градуируемой лампы , для двух положений лампы при каждой температуре.

3.5.2.7 Повторяют операции по пп. 3.5.2.1 - 3.5.2.6 еще один раз. Вычисляют .

3.5.2.8 Вычисляют Δt (в градусах Цельсия), характеризующее сходимость результатов градуировки:

где ; ΔI/Δt (в амперах на градус Цельсия) берут из свидетельства на эталонную лампу. Значение Δt не должно превышать 2 °С при температурах до 1600 °С и 3 °С при температурах от 1700 до 2000 °С. При температурах выше 2000 °С допускается Δt = 4 °С.

3.5.2.9 Если значение Δt превышает предельное допускаемое, операции по пп. 3.5.2.1 - 3.5.2.6 повторяют третий раз. Вычисляют значения

и

а далее соответственно Δt₁ и Δt₂. Если значения Δt₁ и Δt₂ не превышают допускаемые, при дальнейшей обработке результатов учитывают все три серии измерений.

Тогда

Если только одно из значений (Δt₁ или Δt₂) удовлетворяет требуемому, то выбирают соответственно две из трех серий измерений. Ток I, например, вычисляют по формуле

3.5.2.10 Токам I градуируемой лампы приписывают соответствующие яркостные температуры, указанные в свидетельстве на эталонную лампу.

3.5.2.11 Обработка результатов измерений.

По результатам градуировки определяют значения ΔI/Δt (в амперах на градус Цельсия) в рабочем диапазоне длин волн и температур:

Расчет начинают с максимальной температуры, при которой выполнена градуировка. Далее строят график зависимости ΔI/Δt от температуры. При этом полученные по формуле (1) значения ΔI/Δt относятся к температурам (t_i + 50) °C. Рекомендуемый масштаб по оси температур - 100 °С в 20 мм, а по оси ΔI/Δt - 0,001 А/°С в 10 мм.

По графику определяют значения ΔI/Δt, относящиеся к целым сотням градусов (до 0,0001 А/°С).

3.5.3. Градуировочные характеристики ламповых моделей черного тела определяют так же, как и температурных ламп.

4 ГРАДУИРОВКА ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПОВЕРКЕ

4.1 На градуировку при периодической поверке излучатель представляют со свидетельством о метрологической аттестации и всеми предыдущими свидетельствами о поверке.

4.2 При внешнем осмотре излучателей необходимо убедиться в отсутствии повреждений смотрового окна и других конструктивных элементов излучателей (баллона, цоколя, вводов и т.д.), а также в наличии и сохранности перекрестия.

4.3 При проведении операций по пп. 3.2, 3.5.1 - 3.5.2.6 и 3.5.2.8 в качестве  берут соответствующее значение тока из данных предыдущей градуировки. Если значение превысит предельное допускаемое, то операции по п. 3.5 проводят полностью.

4.4 Градуировка образцовых излучателей при периодической поверке должна производиться в сроки, установленные ГОСТ 8.002-71. Исключение составляют излучатели, которые эксплуатируются при температурах 2000 °С и выше. Такие излучатели должны проходить периодическую градуировку через 50 ч после начала их эксплуатации в указанном режиме.

5 ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ГРАДУИРОВКИ

5.1 При первичной градуировке излучателей, которые могут быть аттестованы в качестве образцовых 1-го разряда (в интервале 0,5 - 0,8 мкм) или образцовых без указания разряда (в интервалах 0,3 - 0,5 и 0,8 - 4,5 мкм), данные о градуировке по форме, приведенной в приложении 3 (для температурных ламп) и приложении 4 (для ламповых моделей черного тела), заносятся в свидетельство о метрологической аттестации. По просьбе владельца лампы данные о градуировке могут быть представлены в виде уравнения.

5.2 Если в процессе периодической поверки будет обнаружено, что Δt не превышает значений, указанных в п. 3.5.2.8, срок действия прежнего свидетельства продлевают. Если Δt превысит указанные в п. 3.5.2.8 значения, выписывают новое свидетельство (о поверке), куда заносят новые данные по форме приложений 3 или 4. Если же Δt превысит эти значения во второй раз, то такой излучатель бракуют.

5.3 Излучатели, не удовлетворяющие требованиям методики, бракуют.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ТИПЫ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ГРАДУИРОВКЕ

1. Спектропирометры:

СП-4К (λ = 0,5 - 1,0 мкм);

СПУФ-1 (λ = 0,3 - 0,5 мкм);

СПИФ-1 (λ = 0,8 - 4,5 мкм);

ПСК-1 (λ = 0,3 - 2,5 мкм);

СПК-3 (λ = 0,5 - 1,0 мкм).

2 Лазер типа ЛГ-56.

3 Источники постоянного тока:

МТКС-35. Сила тока 2 - 35 А, выходное напряжение 15 В, точность установки тока ±0,002 А, выходная мощность 525 Вт;

СИП-30. Сила тока 1 - 30 А; выходное напряжение 10 - 12 В, точность установки тока ±0,001 А, выходная мощность 300 Вт;

для получения тока до 60 А два источника включают параллельно;

аккумуляторные кислотные батареи, емкость не менее 500 А/ч.

4 Лампы типов СИ-10-300, СИ-10-300У, ТОВ, ТОИ, применяемые в качестве рабочих эталонов и образцовых средств измерений.

5 Стеклянный термометр типа ТР.

6 Бытовой психрометр Августа ПБ-16 толуоловый в пластмассовой оправе.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Пример заполнения формы
протокола градуировки излучателя на яркостную температуру

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Пример заполнения свидетельства

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Пример заполнения свидетельства