[发明专利]辐射温度传感器用的硅探测器筛选方法

说明书

本发明是一种辐射温度测定技术。辐射温度传感器的输出信号和被测温度之间的关系，即仪表的分度特性，是仪表的最基本的特性，硅探测器是辐射温度传感器中使用最广的探测器之一。传统的用半导体作探测器的辐射温度传感器的分度方法，是将传感器通过黑体炉和标准温度计逐点温度进行比较求得其分度特性的，因此，都没有统一的分度表。非平衡式部分辐射温度传感器分度特性不一致的主要原因是硅光电池探测器在同样光照下的输出信号不一致之故。

英国兰德红外温度计公司（Land    Infrared    PyrOmeters    Limited）的Q系列辐射温度传感器具有该公司统一的分度表，其探测器是硅光电池，从1985年引进该项技术的有关资料中了解到，该公司实现辐射温度传感器分度特性一致的方法是在许多年以前购置一块硅晶体，每次制作硅探测器时都从这块硅晶体上取作原料，并固定硅光电池的制作工艺，随着辐射温度传感器产品的不断生产，经大量测量数据的积累，逐步求得辐射温度传感器分度特性曲线和允许误差。因此，虽然兰德公司的方法实现了辐射温度传感器分度特性的一致，但该公司的方法有不足之处，第一，确定分度表的时间长，必须经过很长的时间和大量的测试数据积累才能得到在一定允许误差范围的统一分度表。第二，辐射温度传感器输出特性的一致性误差难以根据需要确定。

机械工业部上海工业自动化仪表研究所于1978年和1979年完成了用硅光电池探测器的辐射温度传感器输出特性的研究。在1978年研究成果中，求得了用硅探测器的辐射温度传感器的理论分度曲线，其传感器的结构方框图一所示，其中〔1〕为物镜、〔2〕为滤光片、〔3〕为硅探测器、〔4〕为等效负载电阻、〔5〕为光阑。辐射温度传感器理论分度曲线的方程为

V_T2= V_T1·exp ［ (C₂)/(λ_e(T)) （ 1/(T₁) - 1/(T₂) )］（1）

式中V_T1和V_T2分别为被测黑体温为T₁和T₂时辐射温度传感器的输出信号;λe（T）为辐射温度传感器在测温量程以内的综合有效波长;C₂和e均为常数，C₂＝0.014388米·K。

由方程（1）可知，当辐射温度传感器的输出信号在测温量程的上限确定以后，由于硅探测器的性能不一致，所引起的输出信号偏离理论曲线的最大值在测温量程的下限。对于这个输出信号的偏离，该研究成果所采取的措施是在测温下限对输出信号进行补偿。在该所1979年的研究成果中，肯定了用硅探测器的辐射温度传感器有可能进行互换的结论。这个结论表明，传感器在接收黑体的辐射以后所产生的输出信号可以在一定程度上和一定的传感器分组组合中进行互换。但该二项成果都未表明辐射温度传感器的输出信号可以在什么基准上和误差范围内进行互换，即没有得出辐射温度传感器的统一分度表及其一致性误差，没有提出硅探测器筛选要求。

本发明的目的是提出对硅探测器进行有效的筛选的方法，从而使辐射温度传感器具有统一分度表。

1.首先以国际通用的辐射温度传感器的误差表达形式作为本传感器的一致性误差的表达式：

△T＝±n%T    （2）

式中△T为辐射温度传感器的一致性的允许误差;T为被测黑体的温度值，是用开尔文温标来计测的;n%为允许误差的百分数。

2.根据分度方程求得被测黑体为T时辐射温度传感器的一致性误差的表达式为：

(△V)/(V) = ± (C₂)/(λ_e(T)·T) · (△T)/(T) （3）

式中V表示被测黑体温度为T时的辐射温度传感器的输出电压值;△V表示被测黑体温度变化△T时的辐射温度传感器的输出电压变化C₂和λe（T）的含意同（1）式。

3.在确定测温量程上限的辐射温度传感器输出电压值以后，按方程（1）求得在测温量程下限的辐射温度传感器输出值。但上限的输出值不得超过50mV，一般选用20mV或10mV。

4.利用公式（3），根据辐射温度传感器分度特性一致性的允许误差±n%，求得在测温量程下限辐射温度传感器输出值的允许误差数值，即允许的信号变动范围。