氙弧灯人工气候老化试验装置辐射照度参数校准规范

1氙弧灯人工气候老化试验装置辐射照度参数校准规范本规范适用于氙弧灯人工气候老化试验装置在340nm、420nm、300nm~400nm、400nm～800nm、300nm～800nm等波长范围内的(光谱)辐射照度校准。JJG879紫外辐射照度计GB/T1865/ISO11341色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露滤过的氙弧GB/T16422.1/ISO4892-1塑料实验室光源暴露试验方法第1部分：总则ISO9370塑料—老化试验中辐射曝光量的仪器测定—通用准则和基本实验方法(Plastics—InstrumentaldeterminationofradiantexposureguidanceandbasictesogyRelatingtoNaturalandWeatheringTestsofNonmetallicMaterials)ASTMG138采用标准辐照度源校准光谱辐射计的标准试验方法(StandardTestMethodforCalibrationofaSpectroradiometerUsingaStandardSourceoASTMG151使用实验室光源的加速试验装置中非金属材料暴露的标准惯例(StandardPracticeforExposingNonmetallicMaterialsinAcceleratedTestDevUseLaboratoryLightSouASTMG155非金属材料曝光用氙弧灯装置操作的标准惯例(StandardPracticeforOperatingXenonArcLightApparatusforExposureofNonmetallicMaterials)凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。是实验室用来模拟自然环境下的太阳辐射照度、温度、湿度的装置，用来对材料进3.2人工气候老化artificialacceler采用实验室老化装置对材料进行周期性的暴晒。通过对实验室辐照源、温度、湿度24概述光学滤光器组合，得到多种光谱功率分布的光辐射。常用的有模拟户外夏日正午阳光或根据氙弧灯的冷却方式的不同可划分为：水冷氙弧灯人工气候老化试验装置和空冷氙弧灯人工气候老化试验装置。水冷氙弧灯一般采用旋转鼓型试验装置结构，见图1(a),使用一个垂直安装在工作空间中央的氙弧灯管作为光源，试验样品面向光源安装在围绕中心灯管旋转的样品架上。氙弧灯管主要由石英，燃烧管，内、外滤光装置和不锈钢装配组件组成，不锈钢部件使各部分装配成一个系统。将去离子水或蒸馏水泵入这系统冷却灯管和吸收长波红外能量。空冷氙弧灯装图1(b),在工作空间的顶部安装一个或多个氙弧灯灯管，试验样品被静态安置在灯管氙弧灯人工气候老化试验装置的主要技术参数是温度、湿度和辐射照度。其中辐射照度是材料老化试验中的关键控制量之一。人工气候老化试验装置常采用辐射照度探测器或辐射照度水平，常用的辐射度波长范围是340nm、420nm、300nm～400nm、400nm~800nm、300nm～800nm。辐射照度计主要由探测器、放大电路和显示器件组成。探测器一般由漫射器、滤光器(带通玻璃或干涉滤光器)和光电探测器件(通常采用硅光电二极管)组成。图2是探测器的组成结构示意图。3常用的辐射照度探测器的光谱响应范围包括以下七种：340nm(窄带),峰值波长λp=340nm±3nm,带宽≤15nm。340nm(宽带),峰值波长λ,=340nm±5nm,带宽≤40nm。420nm(窄带),峰值波长λ,=420nm±3nm,带宽≤15nm。420nm(宽带),峰值波长λ,=420nm±5nm,带宽≤40nm。300nm～400nm,波长范围300nm～40400nm～800nm,波长范围400nm～800nm。300nm～800nm,波长范围300nm～800nm。辐射照度计波段的选择和技术指标要求参照ISO9370、GB/T1865/ISO11341和5计量特性氙弧灯人工气候老化装置的光辐射度计量特性包括：辐射照度的零值误差、相对示值误差(或修正因子。对于无辐射照度显示的被校装置，测量辐射照度)和箱体的辐照不均匀性。(光谱)辐射照度的零值误差一般不超过±1%(FS)。相对示值误差一般不超过±5.0%。箱体的辐照不均匀性一般不超过±17.6%。6校准条件6.1环境条件校准时实验装置内的相对湿度≤70%。6.2校准方法、测量标准及其他设备校准方法：辐射照度计法、光谱辐射计法和水冷氙弧灯法。6.2.1辐射照度计法测量标准器具：每个波段的校准用辐射照度计至少一台，具有法定计量机构出具的校准用辐射照度计的性能要求：零值误差应不超过±1%(FS),相邻量程间的换挡误差不超过±1%,相对示值误差不超过±5%,长波响应误差≤20%,余弦误差≤6%,非线性≤1%,疲劳误差的绝对值≤2%。校准用辐射照度计的性能指标参照6.2.2光谱辐射计法测量标准器具：满足性能要求的光谱辐射计一台，具有法定计量机构出具的校准证书。4为确保光谱辐射计的稳定性，建议校准实验室配光谱辐射照度标准灯一支，定期对光谱辐射计进行校准。光谱辐射照度标准灯的性能指标要求与操作使用方法参照余弦误差：优于±10%;杂光辐射水平：<10-4;光谱辐射照度的测量重复性：优于1.0%;光谱辐射照度测量的长期不稳定性：优于±5.0%/年；光谱辐射照度的测量不确定度：≤8.0%(k=2);校准用水冷氙弧灯2支，具有法定计量机构出具的(光谱)辐射照度校准证书。经校准的电功率计(带钳形表电流测量功能)1台，电功率测量不确定度≤0.5%水冷氙弧的(光谱)辐射照度的短期稳定性优于±2.0%;水冷氙弧的(光谱)辐射照度的长期稳定性优于±4.0%/年；水冷氙弧的(光谱)辐射照度不确定度≤9.0%(k=2)。校准用水冷氙弧灯的校准周期为2年，当累计使用时间超过50h时，应当重新7.1校准项目辐射照度的相对示值误差(或修正因子)。如果被校装置无测量辐射照度的功能7.2.1校准前检查氙弧灯气候老化试验装置的铭牌应标出商标、型号、出厂编号和出厂日期，对其使5用的电源和操作中的安全防护应给出准确、醒目的说明性标记。氙弧灯气候老化试验装置应附带使用说明书。氙弧灯气候老化试验装置应工作正常，氙弧灯管、光学滤光器以及测控辐射照度的部件应保持清洁，无影响性能的机械损伤。显示部分和按键等不应有影响正常工作的对于旋转鼓型氙弧灯气候老化试验装置，在校准时停止样品架的旋转、关闭加湿或喷淋功能。7.2.2辐射照度的零值误差关闭氙弧灯光源时，记录老化装置监测仪器的辐射照度显示值E₀,设此时的满量程值为E,则计算零值误差△E为：△E——零值误差，%;E。——老化装置监测仪器的(光谱)辐射7.2.3辐射照度的相对示值误差(修正因子)或辐射照度测量对于有辐射照度显示的被校装置，按照下面方法测量辐射照度的相对示值误差或修7.2.3.1水冷氙弧灯辐射照度的测量方法a)辐射照度计或光谱辐射计法将标准辐射照度计或光谱辐射计的探测器放置在样品架位置。调整探测器的接收面与氙弧灯灯管中心的距离，使探测器的接收面平行于氙弧灯灯管主轴，接收面的中心等同于水冷氙弧灯的中心。b)水冷氙弧灯法按照操作说明，将校准用水冷氙弧灯安装在被校老化试验装置中。7.2.3.2空冷氙弧灯辐射照度的测量方法：将标准辐射照度计或光谱辐射计的探测器放置在样品架中心位置，调整探测器的接收面与氙弧灯灯管中心的距离，使探测器的接收面平行于氙弧灯灯管主轴。7.2.3.3开启老化试验装置氙弧灯光源，预热5min。a)辐射照度计法重复测量三次，分别记录辐射照度计扣除暗电流后的辐射照度值E₁、E₂、E₃,计算平均值作为标准辐射照度E。。E₃——标准(光谱)辐射照度，W·m-²或W·m-2·nm-1;E₁、E₂、E₃测量的(光谱)辐射照度，W·m-2或W·m-2·nm-1。b)光谱辐射计法：根据需要校准的波长范围，选择光谱辐射计扫描的起止波长，6测量氙弧灯的光谱辐射照度，计算该波长范围内的积分辐射照度。重复测量三次，得到三个积分辐射照度值E₁、E₂、E₃,根据式(2),计算平均值作为标准辐射照度值E₃。记录装置显示的辐射照度值Em计算氙弧灯气候老化试验装置的相对示值误差△E或修正因子K。相对示值误差△E的计算公式：△E——相对示值误差，%;Em记录装置显示的(光谱)辐射照度，W·m-2或W·m-2·nm-1;E。标准(光谱)辐射照度，W·m-²或W·m-2·nm-¹。修正因子K的计算公式：K——修正因子，无单位；E,——标准(光谱)辐射照度，W·m-²或W·m-2·nm-¹;Em记录装置显示的(光谱)辐射照度，W·m-2或W·m-2·nm-¹。c)水冷氙弧灯法(装置具有校准功能)1)电功率校准点亮一只稳定的校准用水冷氙弧灯，将已校准的电功率计与仪器正确连接。根据电功率计的读数，在仪器的校准菜单中调节功率校准系数，对装置的功率测量示值校准。2)(光谱)辐射照度校准使用1只校准用水冷氙灯，点燃到与校准证书相同的电功率，预热5min。在仪器的辐射照度校准菜单中，调节辐射照度修正系数，使仪器显示的(光谱)辐射照度值与该灯校准证书的(光谱)辐射照度值相同。3)(光谱)辐射照度核验更换另1只校准用水冷氙弧灯，点燃到校准功率下，检查此时仪器显示的(光谱)辐射照度值，若与证书上的(光谱)辐射照度偏差超过±3%,则需要从1)开始从头校准。d)水冷氙弧灯法(装置不具有校准功能)使用1只校准用水冷氙灯，点燃到与校准证书相同的电功率，预热5min。记录装置上监测探测器的(光谱)辐射照度值，重复测量三次，得到三个E₁、E₂、E₃,取其平均值作为老化试验装置的辐射照度显示值Em。E₁、E₂、E₃——测量的(光谱)辐射照度，W·m-²或W·m-2·nm-¹。7依据校准用水冷氙弧灯的校准证书，得到标准光(谱)辐射照度值E。。根据式(3)和式(4)计算相对示值误差△E和修正因子K。7.2.3.4通过改变氙弧灯的设定功率，得到不同的辐射照度数值。在被校老化装置的辐射照度测量范围内均匀地选校三个点。通过上述方法得到每个测量点的相对示值误差在使用光谱辐射计进行测量时，应确保选校的三个点均在光谱辐射计的线性范围如果氙弧灯的功率不可调，则按照老化装置正常使用时设置的电功率参数进行对于无辐射照度显示的被校装置，则测量装置样品架位置的辐射照度。测量方法为：按照7.2.3.1或7.2.3.2描述的方法放置标准器，按照7.2.3.3描述的方法计算标准辐射照度值E₃。7.2.4箱体的辐照不均匀性7.2.4.1测量位置a)旋转鼓型试验装置的辐照不均匀性测试旋转鼓型老化试验装置的辐照不均匀性测试方法采用三点法。将筒状样品架分为上、中、下三层，在每一层选取一个测量点，用数字1、2、3表示，布放位置如图3门中层门门2|样品架1氙弧灯灯管3/图3旋转鼓型试验装置测量点分布图(三点法)b)平板型试验装置的辐照不均匀性测试平板型老化试验装置的辐照不均匀性测试方法采用三点法。测量位置1、2、3的位置示意图见图4。测量位置应位于样品放置有效区域内，且均匀分布。图4平板型试验装置测量点分布图(三点法)87.2.4.2测量方法按7.2.3.1放置探测器，设定老化装置内的辐射照度值，开启试验装置正常工作。稳定5min后开始测试，记录每个测量位置点的辐射照度值，求出最大辐射照度Emax和最小辐射照度值Emin。根据式(6)计算人工气候老化装置的辐照不均匀性：△E——辐射照度的不均匀性，%;Emx——最大(光谱)辐射照度值，W·m-2或W·m-2·nm-1Emi最小(光谱)辐射照度值，W·m-²或W·m-2·nm-¹。箱体辐照不均匀性的测试方法参照了GB/T16422.1/ISO4892-1和ASTMG151。8校准结果表达校准结果以校准证书(或校准报告)的形式给出。校准证书至少应包括下列信息：实验室名称和地址；进行校准的地点(如果与实验室的地址不同)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识；客户的名称和地址；被校对象的描述和明确标识如果与校准结果的有效性和应用有关时，应对抽样程序进行说明对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；校准环境的描述(包括校准时试验装置内的温度和湿度);标准探测器或光谱辐射计接收器的安放位置描述，距离氙弧灯灯管中心的距离等；校准的波长范围；校准结果及测量不确定度的说明；对校准规范的偏离的说明；校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识，以及签发日期；校准结果仅对被校对象有效的声明；未经实验室书面批准，不得部分复印证书或报告的声明。9复校时间间隔氙弧灯人工气候老化装置的光辐射度的建议复校时间间隔为1年。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器自身质量等诸因素所决定的，因此，送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。9校准证书内页推荐格式A.1零值误差A.2相对示值误差(修正因子或辐射照度)波长范围或W·m-2显示值W·m-2·nm~1或W·m-2或修正因子辐射照度校准结果(适用于无辐射照度显示的被校装置):波长范围WA.3箱体的辐照不均匀性123辐射照度/(W·m~2·nm-¹或W·m~²)最大辐射照度/(W·m-2·nm~¹或W·m-²)最小辐射照度/(W·m-2·nm-¹或W·m-²)1)校准用标准计量器具；2)标准探测器或光谱辐射计接收器的安放位置描述，距离氙弧灯灯管中心的距3)校准的波长范围；4)校准时试验装置内的温度和湿度；5)校准结果的不确定度；附录B校准原始记录校准原始记录(一)□JJF1525—2015氙弧灯人工气候老化试验装置校准规范与辐射照度计(光谱辐射计)比较法：用辐射照度计(或光谱辐射计)分别测量试验装品架位置的(光谱)辐射照度，计算其平均值作为标准辐射照度。计算老化试验装置的显示值与水冷氙弧灯法：将校准用水冷氙弧灯安装在被校准老化试校准员核验员零值误差的校准结果或W·m-2标准值平均或W·m-2显示值或W·m-i显示值平均或W·m-2或修正因子123辐射照度/(W·m-2·nm-1或W·m-2)最大辐射照度/(W·m-2·nm-|或W·m-2)最小辐射照度/(W·m-2·nm-¹或W·m-2)3.修正因子=标准值/显示值□340nm(窄带)峰值波长λ。:340nm±3nm,带□340nm(宽带)峰值波长λ。:340nm士5nm,带□420nm(窄带)峰值波长λ,:420nm±3□420nm(宽带)峰值波长λ:420□300nm～400nm波长范围：300nm～400nm□400nm～800nm波长范围：400nm～800nm□300nm～800nm波长范围：300nm～800nm6.老化装置的光源类型：□水冷氙弧灯□空冷氙弧灯7.其他氙弧灯人工气候老化装置的光辐射度的建议复校时间间隔为1年。附录C校准用辐射照度计的量值溯源本规范描述了采用校准用辐射照度计对氙弧灯老化试验装置的光辐射度进行校准的方法。校准用辐射照度计的量值应溯源至法定计量机构。法定计量机构采用的校准光源应为氙弧灯，其光谱分布应与被校装置中氙弧灯的光谱分布一致，在校准证书中应给出在进行老化装置的校准时，校准用辐射照度计的波长范围应与被校老化装置的监测辐射照度仪器(或客户校准需求)的波长范围相符合。校准用辐射照度计的性能要求：零值误差应不超过±1%(FS),相邻量程间的换挡误差不超过士1%,相对示值误差不超过±5%,长波响应误差≤20%,余弦误差≤6%,非线性≤1%,疲劳误差的绝对值小于2%。校准用辐射照度计的性能指标与校准方法参照JJG879和ISO9370(E)。氙弧灯加不同滤光器的相对光谱功率分布要求GB/T1865和ASTMG155中描述了氙弧灯加日光滤光器、窗玻璃滤光器、扩展紫外滤光器的相对光谱功率分布的指标要求。氙弧灯加日光滤光器的相对光谱功率分布见表D.1。Benchmark太阳辐氙弧灯加窗玻璃滤光器的相对光谱功率分布见表D.2。氙弧灯加扩展紫外滤光器的相对光谱功率分布见表D.3。Benchmark太阳辐校准辐射照度计用水冷氙弧灯的相对光谱分布表表E.1校准辐射照度计用水冷氙弧灯的相对光谱分布表(300nm～1100nm)表E.1(续)2.11×10-¹表E.1(续)1.82×10-1表E.1(续)表E.1波长波长波长波长波长图E.1水冷氙弧灯的相对光谱分布图注：表E.1和图E.1中的水冷氙灯的相对光谱分布数据为实测得到。测量仪器：OL750D双光栅光谱辐射计。波长采样间隔1nm,300nm～600nm测量带宽1nm;600nm～1100nm测量带宽2nm。溯源标准：测量前采用汞灯和光谱辐射照度标准灯对OL750D光谱辐射计的波长和光谱辐射照度响应度进行校准。光谱辐射照度标准灯的量值溯源至光谱辐射照度国家附录F测量不确定度评定实例采用与校准用辐射照度计或光谱辐射计比较法进行校准，得到被测装置的辐射照度水冷氙弧灯辐射照度的测量方法：将标准器的探测器放置在样品架位置，调整探测器的接收面与氙弧灯灯管中心的距离，使探测器的接收面垂直于光轴，接收面的中心与空冷氙弧灯辐射照度的测量方法：将标准器的探测器放置在样品架中心位置，调整F.2不确定度评定的测量模型(光谱)辐射照度的修正因子的测量模型为(光谱)辐射照度的相对示值误差的测量模型为Em老化试验装置的(光谱)辐射照度，W·m-²或W·m-2·nm-lE,标准(光谱)辐射照度，W·m-²或W·m-2·nm-1。不确定度来源包括：标准器的量值溯源不确定度，标准器的测量重复性，标准器的安装与装调误差，老化装置的光辐射度测量重复性，辐照不均匀性，余弦误差，非线性、杂散辐射的影响等。假设各不确定度来源之间互不相关，则不确定度计算公式可表示为F.3输入量的相对标准不确定F.3.1标准器的量值溯源不确定度u₁以340nm波段的校准为例，量值溯源不确定度为：u₁=3.00%(