一种面源黑体温度准确度的校准方法及其校准系统

摘要

本发明适用于温度校正领域，提供了一种面源黑体温度准确度的校准方法，包括：步骤A：在面源黑体设定温度范围内选取M个不同的校准温度点；步骤B：利用计量标准铂电阻温度计在各个校准温度点通过校准孔对面源黑体辐射源进行温度测量，得到真实温度值Ti，并记录对应的面源黑体自身的辐射温度ti；步骤C：将各个校准温度点的面源黑体自身的辐射温度与计量标准铂电阻温度计测量的真实温度值进行线性拟合，计算出校正因子；步骤D：利用校正因子，对面源黑体温度进行校正。所述校准方法的目的是进一步校正铂电阻温度测量系统的非线性误差，在全温度范围内提高整个系统的测量精度，提高面源黑体辐射温度准确度的校准精度，满足高精度测试需求。

说明书

技术领域

本发明属于温度校正技术领域，尤其涉及一种面源黑体温度准确度的校准方 法及其校准系统。

背景技术

高精度面源黑体红外辐射源作为红外测试和校准的基本仪器，出射的辐射可 以充满视场，方便校准和测量，而且可以提高测量和校准的精度，需求量非常大， 具有广阔的应用前景。面源黑体利用铂电阻温度传感器对辐射面进行温度控制和 测量，将不平衡电桥测量的铂电阻随温度变化的电压进行放大后输入A/D进行变 换，利用电阻与温度之间的函数关系通过阻值的测量来测量温度，最后在单片机 中进行运算和处理。铂电阻温度传感器具有性能稳定、重复性好、准确度高、测 温范围大等特点，因此目前国内外商品化面源黑体在温度准确度的指标上一般是 只标注铂电阻温度传感器的精度，其中铂电阻温度准确度是根据采用的铂电阻的 等级确定的。但由于铂电阻的阻值和温度之间存在非线性关系，尤其是在高温段， 而且电阻测量的系统误差和引线、环境温度等影响，也会对面源黑体系统整体的 温度测量精度带来影响，因此有必要对面源黑体整机温度准确度进行校准。

由于铂电阻测温系统可近似地设计成线性系统，因此目前的温度准确度校准 方法是基于黑体辐射温度两端点的二点校正法算法。通过采用计量标准铂电阻温 度计在面源黑体控温温度的两个端点进行测量，得到两个测温点的真实温度值 T₁和T₂，同时记录相应的面源黑体自身辐射温度t₁和t₂，根据线性拟合公式：

$\left(\begin{array}{c}{t}_1={\mathrm{kT}}_1+b\\ t_2={\mathrm{kT}}_2+b\end{array}\right)\Rightarrow \left(\begin{array}{c}k=\frac{t_1-t_2}{T_1-T_2}\\ b=\frac{t_1{T}_2-t_2{T}_1}{T_2-T_1}\end{array}\right)$

计算校正因子k和b，从而对全温度范围内的温度准确度进行校正。

现有的技术的二点校正法算法虽然简单、运算量小、定标方便，但是非线性 误差太大，温度准确度校准精度太差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种面源黑体温度准确度的校准方法 及其校准系统，旨在现有技术中面源黑体温度采用基于黑体辐射温度两端点的二 点校正算法进行校准在实际应用中精度太差的问题。

本发明是这样实现的，一种面源黑体温度准确度的校准方法，其中，包括以 下步骤：

步骤A：在面源黑体设定温度范围内选取M个不同的校准温度点；

步骤B：利用高精度的计量标准铂电阻温度计在所述各个校准温度点通过校 准孔对面源黑体辐射源进行温度测量，得到各个校准温度点的真实温度值T_i，同 时记录所述各校准温度点对应的面源黑体自身的辐射温度t_i；

步骤C：将所述各个校准温度点的面源黑体自身的辐射温度与计量标准铂电 阻温度计测量的真实温度值进行线性拟合，并计算出校正因子k_i，b_i；

步骤D：利用所述校正因子，对面源黑体温度进行校正。

所述的面源黑体温度准确度的校准方法，其中，所述步骤A中所述校准温度 点的选取为在设定的温度范围内选取。

所述的面源黑体温度准确度的校准方法，其中，所述步骤A中所述M个不 同的校准温度点每两个点之间构成一分段，把所述面源黑体的设定温度分成若干 分段进行校准。

所述的面源黑体温度准确度的校准方法，其中，所述步骤C中计算校正因子 k_i，b_i的公式为：

$\left(\begin{array}{c}{t}_i\left(R_i\right)=k_i{T}_i+b_i\\ t_{i+1}\left(R_{i+1}\right)=k_i{T}_{i+1}+b_i\end{array}\right)\Rightarrow \left(\begin{array}{c}{k}_i=\frac{t_{i+1}\left(R_{i+1}\right)-t_i\left(R_i\right)}{T_{i+1}-T_i}\\ b_i=\frac{t_i\left(R_i\right)T_{i+1}-t_{i+1}\left(R_{i+1}\right)T_i}{T_{i+1}-T_i}\end{array}\right),$其中，T_i为第i个校准温度 点的真实温度值，t_i为第i个校准温度点对应的面源黑体自身的辐射温度，1≤i≤ M-1。

所述的面源黑体温度准确度的校准方法，其中，所述步骤D中包括：通过两 点多段线性校正算法，对每一分段内的面源黑体温度进行校正。

本发明还提供一种面源黑体温度准确度的校准系统，其中，包括：

校准温度点选定模块，将在面源黑体设定温度范围内选取M个不同的校准 温度点；

温度测量模块，与所述校准温度点选定模块相连，利用高精度的计量标准铂 电阻温度计在所述各个校准温度点通过校准孔对面源黑体辐射源进行温度测量， 得到各个校准温度点的真实温度值T_i，并同时记录所述各校准温度点对应的面源 黑体自身的辐射温度t_i；

计算模块，与所述温度测量模块相连，将所述温度测量模块测量出的各个校 准温度点的面源黑体自身的辐射温度与计量标准铂电阻温度计测量的真实温度 值进行线性拟合，并计算出校正因子k_i，b_i；

校正模块，与所述计算模块相连，利用所述计算模块计算出的校正因子，对 面源黑体温度进行校正。

所述的面源黑体温度准确度的校准系统，其中，所述校准温度点选定模块还 包括线段构造模块，所述线段构造模块用于将所述M个不同的校准温度点每两 个点之间构成一分段，把所述面源黑体的设定温度构造成若干分段进行校准。

所述的面源黑体温度准确度的校准系统，其中，所述计算模块包括自动计算 模块，所述自动计算模块通过校正因子k_i，b_i的公式

$\left(\begin{array}{c}{t}_i\left(R_i\right)=k_i{T}_i+b_i\\ t_{i+1}\left(R_{i+1}\right)=k_i{T}_{i+1}+b_i\end{array}\right)\Rightarrow \left(\begin{array}{c}{k}_i=\frac{t_{i+1}\left(R_{i+1}\right)-t_i\left(R_i\right)}{T_{i+1}-T_i}\\ b_i=\frac{t_i\left(R_i\right)T_{i+1}-t_{i+1}\left(R_{i+1}\right)T_i}{T_{i+1}-T_i}\end{array}\right),$其中，T_i为第i个校准温度 点的真实温度值，t_i为第i个校准温度点对应的面源黑体自身的辐射温度，1≤i≤ M-1进行自动求取校正因子k_i，b_i。

所述的面源黑体温度准确度的校准系统，其中，所述校正模块包括校正算法 模块，所述校正算法模块通过两点多段线性校正算法，对每一分段内的面源黑体 温度进行校正。

本发明提出的一种面源黑体温度准确度的校准方法一种基于两点多段线性 校正算法的面源黑体温度准确度的校准方法，在全温度范围内校准面源黑体辐射 温度，提高整机的温度准确度，而且溯源容易、精度高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的面源黑体温度准确度的校准方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用 以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提出一种面源黑体温度准确度的校准方法，目的是进一步校正铂电阻 温度测量系统的非线性误差，在全温度范围内提高整个系统的测量精度，提高面 源黑体辐射温度准确度的校准精度，满足高精度测试需求。

本发明采用两点多段线性校正算法，将面源黑体的铂电阻温度设置范围分成 若干段进行校准，在每一段内利用线性分段函数来逼近非线性特征曲线，即采用 多段折线链来代替真实非线性曲线。通过在分段校准点内线性校正的方法对面源 黑体整体系统进行温度准确度校准，进一步减小铂电阻非平衡测温电桥、铂电阻 自身及引线电阻等带来的非线性误差，提高面源黑体温度准确度测量精度。

如图1所示，一种面源黑体温度准确度的校准方法，包括以下步骤：

步骤A：在面源黑体设定温度范围内选取M个不同的校准温度点；

步骤B：利用高精度的计量标准铂电阻温度计在所述各个校准温度点通过校 准孔对面源黑体辐射源进行温度测量，得到各个校准温度点的真实温度值T_i，同 时记录所述各校准温度点对应的面源黑体自身的辐射温度t_i；

步骤C：将所述各个校准温度点的面源黑体自身的辐射温度与计量标准铂电 阻温度计测量的真实温度值进行线性拟合，并计算出校正因子k_i，b_i；所述校正 因子k_i和b_i的计算公式为：

$\left(\begin{array}{c}{t}_i\left(R_i\right)=k_i{T}_i+b_i\\ t_{i+1}\left(R_{i+1}\right)=k_i{T}_{i+1}+b_i\end{array}\right)\Rightarrow \left(\begin{array}{c}{k}_i=\frac{t_{i+1}\left(R_{i+1}\right)-t_i\left(R_i\right)}{T_{i+1}-T_i}\\ b_i=\frac{t_i\left(R_i\right)T_{i+1}-t_{i+1}\left(R_{i+1}\right)T_i}{T_{i+1}-T_i}\end{array}\right),$其中，T_i为第i个校准温度 点的真实温度值，t_i为第i个校准温度点对应的面源黑体自身的辐射温度，1≤i≤ M-1；

步骤D：利用校正因子，通过两点多段线性校正算法对每一分段内的面源黑 体温度进行校正，从而实现全温度范围内面源黑体温度准确度的高精度校准。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。