JJG 212-2003（代替JJG 212-1990） 色温表检定规程.pdf

中华人民共和国国家计量检定规程 J J G 2 1 2 -2 0 0 3色温表C o l o u r T e mp e r a t u r e Me t e r s2 0 0 3 一0 5 一 1 2 发布2 0 0 3 一1 1 一1 2实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发布J J G 2 1 2 -2 0 0 3色温表检定规程尹 。. O . O. 0 . 口.。， 口 . 口. O . O. O . O . 。， 。 . 、; J J G 2 1 2 - 2 0 0 3 V e r i fi c a t i o n R e g u l a t i o n o fC o l o u r T e mp e r a t u r e Me t e r s;代 替J J G 2 1 2 - 1 9 9 0、 . o.0.o. 0.0. o.口. 0.0. o.o. o . o. o.夕 本规程经国家质量监督检验检疫总局于2 0 0 3 年0 5 月 1 2日 批准， 并自2 0 0 3 年 1 1 月 1 2日起施行。归 口单位:全国光学计量技术委员会起草单位:中国测试技术研究院本规程委托全 国光学计量技术委员会负责解释J J G 2 1 2 - 2 0 0 3本规程主要起草人 : 张艳华 谢兴尧( 中国测试技术研究院)( 中国测试技术研究院)J J G 2 1 2 - 2 0 0 3目录1 适用范围 (1 )2 引用文献 ， ， 】 。 ， ， ， ， ， ， ， 。 ( 1 )3 概述 (1 )4 计量性能要求4 ， ， ， ， 一( 1 )4 . 1 示值重复性 ， ( 1 )4 . 2 线性偏差 ， ， 4 ( 1 )4 . 3 方向 性偏差 ， 。 ( 1 )4 . 4 示值偏差 ( 1 )4 . 5 年稳定性 ， 。 ， ， ( 2 )5 通用技术要求 ， ( 2 )6 计量器具控制 ， ， ， 4 ， ， ， 1 ， ， ( 2 )6 . 1 检定条件 ， ( 2 )6 . 2 检定项目 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 一( 3 )6 . 3 检定方法 ， 。 ， ( 3 )6 . 4 检定结果的 处理 ， ， 一( 4 )6 . 5 检定周期 ， 。 。 ， ， 。 ( 5 )附录A 升温滤光片与标准灯组合，透射光分布温度的计算 ( 6 )附录B 检定证书格式 ( 背面) ， ， ， ， ， ， ， ， ， 。 。 二 ( 8 )附录C 不确 定 度 分 析 ， ( 9 )附录D 相关说明 ， ， ， ( 1 1 )刀 G 2 1 2 - 2 0 0 3色温表 检 定规 程适用范围 本规程适用于色温表 ( 计)的首次检定、后续检定和使用中的检验。定型鉴定、样机试验中对计量性能的要求可参照本规程执行。2 引用文献G B 5 7 0 2 -1 9 8 5 光源显色性评价方法J J G 2 1 3 -2 0 0 3 分布 ( 颜色) 温度标准灯检定规程引用时，应注意使用上述文献的现行有效版本。3 概述 色 温表是用双色比法测量光源在可见波长范围内的 ( 光谱)分布温度的便携式仪表。 使用的双色比 通常为蓝红比 ( b / r )和绿红比 ( g / r ) 。仪表主要由探头部分 ( 包括红、绿、蓝滤光器、光探测器)和电气显示 ( 仪表)部分所组成。按显示方式可分为数字式和指针式两种。它主要用于测量摄影、摄像用照明光源及其他现代光源的分布温度 。 色温度和分布温度在概念上有严格的区别， “ 色温表”也是一种习惯叫法。不过，对于光谱功率分布与黑体相近的光源，如白炽钨灯，它的色温值和可见波长范围的分布温度值在数值上相差很小，在通常的测量误差范围内，可视为相同;然而对于光谱功率分布与黑体相差较大的光源，如荧光灯或其他类放电灯等，则它们的数值可能相差很大。 因色温表的测量原理是基于最简化的双色比法 ， 所以它只适用于测量光谱功率分布与黑体相近的光源。4 计t性能要求 色温表在 C I E一 A标准光源 ( 即 2 8 5 6 K )照射下，用 ( b / r )挡测量，各有关性能应分别满足下列要求。4 . 1 示值重复性 在 5 0 0 I x 照度下重复测量三次，示值的极差不超过2 0 K o4 . 2 线性偏差 在 2 5 0 I x 和 1 0 0 0 I x 光照度下分别测量，其示值变化不超过2 0 K a4 . 3 方向性偏差 在 5 0 0 I x 照度下考查，当人射光偏离垂直照射方向土1 5 0 时，示值变化不超过2 0 K o4 . 4 示值偏差 色温表在 ( 20 0 ( ) 一 9 0 0 0 ) K范围内，其示值偏差 ，换算为温度倒数之差 ， 对 ( b / r ) 1J J G 2 1 2 - 2 0 0 3挡不超过4 M i r e d s ( 1 M i r e d ， 二 1 x 1 0 - 6 K - ) ， 对 ( g / r ) 挡不超过6 M i r e d s o4 . 5 年稳定性 示值的年变化量在 2 8 5 6 K点不超过6 0 K a5 通用技术要求 色温表的机械、电气部分应工作正常;转动机构必须运转灵活，位置重复性好 ;显示部分清晰，外观完整无损;对测量头具有滤光片互换机构的色温表，还要求其定位准确可靠。每只表应标明其型号、出厂编号、生产厂家、生产 日 期等。6 计量器具控制6 . 1 检定条件6 . 1 . 1 检定设备6 . 1 . 1 . 1 光度测量装置 主要包括 2 一 3 m长的导轨、灯架、灯座、安装色温表的云台、升色温滤光片夹具及与标准灯配套的孔径光阑和支撑座。所有部件表面呈黑色;灯架要能进行升降、左右平移 、转动及俯仰调节 ;光阑的孔径大小要适宜，不能遮挡灯丝任何部位的发光。6 . 1 . 1 . 2 检定用标准光源 量值 ( 2 0 0 0 一 3 0 0 0 ) K:二级分布温度充气钨丝标准灯，不少于二只; 量值 ( 3 0 0 0 一 3 4 0 0 ) K : 二级分布温度石英澳钨标准灯， 不少于二只; 量值 3 4 0 0 K :用上述标准灯与不同厚度升色温滤光片组合后的透射光。6 . 1 . 1 . 3 升色温滤光片 升色温滤光片，建议采用 S S B一 2 0 0型等蓝色玻璃滤光片。 当检定值范围为 ( 3 5 0 0 - 5 5 0 0 ) K时，采用厚度较薄 ( 如 2 . 2 m m )的升色温滤光片; 当检定值范围为 ( 5 5 0 0 一9 0 0 0 ) K时，采用厚度较厚 ( 如 3 . 7 m m)的升色温滤光片; 升色温滤光片的大小 ， 应以其透射光束能全部均匀照射色温表的整个探头为宜。 升色温滤光片的光谱透射 比z ( d ) ，用调整 良好、具有双单色器色散及双光路系统的光谱光度计测量，其测量不确定度U ( 动应不超过 0 . 0 0 4 ( k = 2 ) a滤光片与标准灯组合后透射光的分布温度值，应以实际测量与计算的结果为准，计算方法见附录 A a6 . 1 . 1 . 4 标准光源的供电 及电 测设备 可用电子交流稳压器或直流稳定电源，其不稳定度每 1 0 m i n 输出电流 ( 或电压)的变化应小于 0 . 2 %;直流 ( 或交直流两用)电流表、电压表各一只，准确度应不低于0 . 2 级。点燃标准灯时应以控测灯电流为主。电压测量线应单独从灯头两端引出，测量电流时应先断开电压表。使用直流电源的电测线路 ，参见 J J G 2 1 3 -2 0 0 3 分布 ( 颜色)温度标准灯检定规程的相关图示 ;使用交流电源的电测线路参见图 t o6 . 1 . 2 检定环 境条件 实验室应为暗室，房间温度应为 ( 2 3 1 2 ) 0 C ，相对湿度8 5 % R H . 27 J G 2 1 2 - 2 0 0 3电压表 图 1 交流供电的电测线路T , ，T , 一交流调压变压器;T , -2 2 0 V / 6 V固定隔离变压器 光路周围应用黑绒布作围帐，避免背景杂光射人到色温表探头上，特别应注意避免带色背景的反射杂光。6 . 2 检定项 目:见表检 定项 目首次检定后续 检定使用 中的检验外 观检查+示值重复性+十十线性偏 差十+方向性偏差+示值偏差+ ( 仅2 8 5 6 K点)年稳定性+注:“ +”表示需要检定的项目，“ 一”表示不需要检定的项目。6 . 3 检定方法6 . 3 . 1 外观检查:用 目测和手动方法对色温表进行外观检查，应符合第5 章要求。6 . 3 . 2 安装与调试 首先将灯架、光阑、升色温滤光片夹具、色温表及云台等 ( 按图 2 所示)安装在水平导轨上;带白色洁净手套，将标准灯安装在灯架上，灯头在下，小心固紧。 将色温表按使用说明书要求调整好后安装在云台上，将升色温滤光片擦干净，小心安装在夹具上 ( - 3 4 0 0K时，用上述标准灯与不同厚度升色温滤光片组合后的透射光。检定时应按色温表使用说明书规定的操作方法进行。每个检定点重复三次， 取平均值为结果， 并按式 ( 1 )计算其示值偏差的M i r e d s ( ft r d )值， 应符合4 . 4 的 要求。4 M二x1 护( 1 )1一八 -11乙式中:T , 色温表的示值，K ; T S 标准值，K o6 . 4 检定结果的处理 4J J G 2 1 2 -2 0 0 3 首次检定不计算色温表的年稳定性。待经周期检定后 ，再计算出 2 8 5 6 K点下示值的年变化量，应符合 4 . 5 要求。 色温表的性能符合第 4 章、第 5 章要求者 ，给出检定证书;否则给出检定不合格通知书。6 . 5 检定周期 色温表的检定周期一般不超过 1 年 ，每次送检应带上次检定证书。J J G 2 1 2 - 2 0 0 3附 录 A升温滤光片与标准灯组合，透射光分布温度的计算 按国际照明委员会 ( C I E )关于光源分布温度的定义，若某光源在波长范围 A入 2 内的光谱辐射照度 ( 或相对光谱功 率分布)测得为E ,几 ) ， 并与某一温度下黑体的光谱功率分布近似，则该光源在该波长范围内的分布温度值的计算步骤如下:A ( a ， T ) = 丁 ，- E , ( l )- . la P, ( .1， T) Jd 几 M i n( A l )式中:A ( a , T ) 被测光源与黑体源相对光谱分布偏差的平方和 ( 积分值) ; 八( J , 约 黑体的 光谱功率分布，由P l a n c k 公式给出:P , ( A ， T ) = 一 “ 一 f 二 p ( c ZL P f 1 1 T ) 一 1 一 ( A 2 ) T -黑体的温度; a 调整常数; c 2 =1 . 4 3 8 8 x 1 0 一 Z m K o适当选取 a和T的值， 当使得上式积分值A ( a , T ) 为最小值 ( M i n )时的 T的数值，就是所求的分布温度值。将式 ( A 1 )对 a求偏导数，并根据极值条件，则解得 :S ( T )M( T )( A 3 )式 中 :M( T )=a, : * ( 、 ) ) P a ( * ， T ) d A( A 4 )产1S ( T)二孟 2 E ; ( T ) I P ;, ( 、 ， T ) d A( A 5 )八!J此时A ( a , T )对参数 a取得极小值，用B ( T )表示即为:B ( T ) = .r M( T ) E , ( l )1 1 1 一 :S ( T ) P , ( A I T ) d A( A 6 ) 选取不同的 T ， 当B ( T ) 再取极小值时， 此时的 T 就是所求的分布温度值T 。 了。 对白炽钨丝灯和 可见区， 一般取 a ， 二 4 0 0 n m , A 2 = 7 0 0 n m ; 计算的波长间隔一般取5 n m或 1 0 n m 。被测光源与黑体光谱功率分布的最小均方根偏差武%) 为:。 = 仁 知， 一 ; )愁 典 华 臼一纷 共 2 !M ( T , ) E , ( A ) 12 1 z 、 10 0 L n a - a , 3 k I d 1 1 z k A ， I d ) 1( A 7 )式中:n 求和计算的项数。 式 ( A 1 )一 ( A 6 )即为 C I E 所定义的分布温度值的计算公式。 对升色温滤光片与分布温度标准灯组合后透射光的情况，E a ( 劝为标准灯光谱功率分布与升温片光谱透射比r ( d ) 的乘积，即: E x ( A ) = r ( A ) 。 ( T s ) 。 ， A 一 e x p ( -T S 标准 灯的分布温度;a T 5 )( A 8 )式 中 :J J G 2 1 2 - 2 0 0 3 E ( T g ) 比例因子， 与波长无关。 式 ( A 8 )中，标准灯在可见区的光谱功率分布使用了简化的 W i e n 公式。 由蓝 ( 4 1 0 - 5 0 0 ) n m、 红 ( 5 9 5 一 6 7 0 ) n m两波长范围 所确定的分布温度值则由 下式计算 : B ( T ) = (sao410 一: ， 一 M (S ( T 鲁AT ) Id A 670593 “ T ) = 成 nm E z * ， P a ( * ， T )d A 皿 “ ( : ) 二 蹼 m E x ( A ) P A-, ( A ， T )d A 攫 M( T ) E , ( a )， 。二 L l 一 S ( T ) P ,石一 ， 万 J d l ( A 9 )E , ( A ) P a ( z ， T ) d A( A l 0 )E z ( 义 ) 尸 二 2 ( 几 ， T ) d A( A l l )由绿 ( 5 0 5 一 5 9 0 ) n m、红 ( 5 9 5 一 6 7 0 ) n m两波长范围所确定的分布温度的计算公式与上类同。计算时的波长间隔均取 5 n moJ J G 2 1 2 - 2 0 0 3附录 B检定证书格式 ( 背面)按规 定条件检定 ，该色温表性能如下 : 25 . 方向性偏差:示值偏 差 :线性偏差:年稳定 性 :46观性 复外重注:色温表只适用于测量光谱功率分布与黑体相近的光源，不宜用于光谱分布与黑体相差较大 的光源 。J J G 2 1 2 - 2 0 0 3附录 C不确 定度分 析 被检色温表不确定度的主要来源有 :标准光源本身和检定中引人的不确定度。C . l 标准光源本身的不确定度 量值3 4 0 0 K的范围由二级分布温度标准灯确定，由分布温度标准灯检定规程给出;量值 3 4 0 0 K的范围由二级标准灯与升温滤光片灯组合后的透射光确定，由高色温 标准建标报告给出。其对应的标准不确定度为 u , ，列于表 C . 1 中。 估计到u , ) / U , -0 . 2，自由度 ， , 二1 2 0C . 2 检定中引人的不确定度C . 2 . 1 灯电流测控:其扩展不确定度为0 . 2 %，按均匀概率密度分布估计，由此引起分布 温度的标准不确定度为 u 2 ， 其值也列于表C . 1 中。 估计武ti e ) / u 2 . 1 ，自由 度 ， 2 -5 0 0C . 2 . 2 示值的 A类标准不确定度:根据多次检定实践得到，约为 0 . 3 M i r e d s ，由此换算为 分布温度的差值对蓝红比 挡为 “ 3 。估计。 ( U 3 ) / U 3 = 0 . 2 ，自 由度， 3 1 2 oC . 2 . 3 背景杂光:引起蓝红比的变化估计 0 . 2 %，由此换算为分布温度的差值为 “ 4 0估计。 ( u .4 ) / u .y 二 0 . 2 5 ，自 由 度 ， 4 - 8 0 表 C . 1 被检色温表的不确定度来源C . 3 被检色温表的合成标准不确定度 u , 综合上述分析 ，认为各分量大致相互独立，即可算得 ( b / r )挡合成标准不确定度“及 有 效自 由 度， 。 。C . 4 被检色温表的扩展不确定度 U 在得到了 合成标准不确定度 。 。 及其有效自由 度 ， e “ 以后， 取p = 0 . 9 9 ， 查表得出 对 9J J G 2 1 2 - 2 0 0 3应t o . 99 ( 1, e rc ) 的值， 按公式 ( I = t o . 99 ( v , a ) x ti 。 计算出它 ( b / r )挡的扩展不确定度， 分别列于 表 C . 1 。用同样的方法，可评估出被检色温表 ( g / r )挡的扩展不确定度， 也列于表C . 1 中 ( 最后一行) ，其值比 ( b / r )挡的扩展不确定度大一些。 被检色温表的不确定度主要取决于检定用的标准光源。J .T G 2 1 2 - 2 0 0 3附录 D相关说明对于大于 3 4 0 0 K的范围，用标准光源加升温滤光片的透射光复现，对理想的升温滤光片，其光谱透射比r ( 劝在可见波长范围内应满足如下的随波长变化关系: ex p ( ACT,.) 一 1r l 几 ) = “ “ 丁 丁 而 , 2 万 几 C x p l 瓦) 一 ( Dl )式中:k 比例常数; 又 波 长。 加此片子后，分布温度由T ; 升为 T z 。 但实际 上我们经过试制能得到的升温片， 其r ( 几 ) 很难完全满足这个条件， 而有一定的偏离。因此标准灯加此片子后 ， 透射光的光谱功率分布对黑体分布有一定的偏离。这就引起了透射光相关色温度值 T , ， 分布温度T d ( b / r ) 和 T d ( g / r ) 在数值上也有较大的差异， 特别是后两 者的差异更大。 在色温表检定中， 如果对( b / r ) 挡与( g / r ) 挡均用色温 T 值作标准， 这不仅引人了隐藏的系统误差， 而且在换升温滤光片时， 还会出现示值不能平滑衔接的问题。这次修订规程从色温表测量的是“ 分布温度” 而不是色温的 实际情况出发， 分 别改用( b / r ) 和( g / r ) 所确定的分布温度值， d ( b / r ) 和 T d ( g / r ) o