一种日晒色牢度试验仪黑标温度计现场校准方法

庞永敏，姚志鹏，费媛媛

（上海市质量监督检验技术研究院，上海 201112）

0 引言

纺织品的日晒色牢度试验是指将纺织品试样与一组蓝色羊毛标样一起在人造光源下按照规定条件曝晒。织物日晒色牢度测试方法既可采用日光照晒也可采用日光机照晒，即把试样与一组蓝色羊毛标准（按其在光的照射下的褪色程度分级），同时放在相当于日光的人造光源下按规定条件进行曝晒，然后比较试样与蓝色羊毛标准的变色情况，从而评定出试样的日晒牢度等级。日晒色牢度评定试验既可以用来评价所有类型的纺织品，同时也适用于纺织品的着色体，整理和加工化学品等。日晒色牢度是纺织品质量检测的一项重要指标[1,2]。

随着国内纺织品检测技术的不断发展，日晒色牢度试验仪正被广泛应用于各种有色纺织品、皮革、塑料等有色材料的耐光、耐气候色牢度及光老化实验，但是在校准日晒色牢度试验仪方面还有很多需要探讨的问题。由于很多日晒色牢度试验仪的黑标温度传感器不易拆卸，企业往往不便于定期送检校准。因此，越来越多的纺织品检验机构向计量校准机构提出了现场校准日晒色牢度试验仪的服务需求。传统现场校准日晒色牢度试验仪的标准器有标准黑板温度计和标准表面温度计。本文提出一种利用高精度红外测温仪作为标准器进行校准的方法，并比较其与传统校准方法的优缺点。

表1 两种日晒色牢度试验仪黑标温度计校准方法的比较Table 1 Comparison of the calibration methods of the black standard thermometer of two kinds of light fastness testers

1 现场黑标温度计的校准方法

在纺织品日晒色牢度试验中，通常通过测量标准金属板的温度来得到试样表面温度。常用于ISO、GB/T标准和AATCC标准的两种标准金属板分别是黑板温度计（BPT）和黑标温度计（BST）。由于黑板温度计（BPT）和试样架均为金属片材所制，导热快，不便反应导热性差的深色试样的温升情况，所以国际上继而发明了一种带有绝热性底座的黑板温度计，命名为黑标温度计（BST）[3]。

黑标温度计（BST）是近10年来欧美逐渐兴起的用以代替黑板温度计的一种新型温度计。这种黑标温度计是由一块大小为70mm×40mm、厚度为1mm的不锈钢金属板组成，金属板固定在一块塑料隔热板上，金属板面向光源的一面涂上一种耐老化的黑色平光漆成为“黑板”，这种黑板能吸收波长在2500nm以内总入射光通量的95%。其温度是由铂电阻传感器来测量，该铂电阻传感器安装在背光源的一面，并与板面中心有良好的传热接触。这一个背光面还采用5mm厚并有凹槽的聚偏氟乙烯（PVDF）底座使之固定。凹槽的空间大小应正好与传感器相对应，但传感器不与PVDF凹槽面紧贴，留有约1mm的间距。整个PVDF底座的长度和宽度必须足够大，以确保在试样架上安装黑标温度计时金属板与试样架之间不存在金属接触传热，试样架上金属框或支架与温度计金属板边缘至少有4mm的间距。黑标温度计可提供在自然光或人造光下曝晒的最大温度估计值。正是因为黑标温度计更适于显示导热性差的深色试样暴露面的温度，所以当前大部分日晒色牢度试验仪中采用黑标温度计来监控试验样品的允许温度上限[4,5]。

考虑到黑标温度计带有绝热性底座，散热较慢等特点，故在现场采用高精度红外测温仪的测温方式是可行的。红外测温仪测量响应速度快，精度高，可以迅速测量黑标温度计的表面温度。本次选用美国FLUKE公司的F574精密红外测温仪作为测量标准装置，其在测温范围（0～100）℃时的测量精度为±0.75℃，最小测量直径为6mm（近焦距模式），发射率在（0.90～1.00）之间可调节，测量响应时间为250ms，并具有测量最大值、最小值、差值、平均值的记录功能，非常适合现场校准日晒色牢度试验仪的黑标温度计。

在测量前，应根据被测日晒色牢度试验仪的黑标温度计黑体表面状况对F574精密红外测温仪进行发射率调整。按照使用说明书等相关资料，黑标温度计的发射率一般为0.95，所以将F574精密红外测温仪的发射率也相应调整为0.95。同时，打开红外测温仪的最大值模式、最小值模式、差值模式，以便快速记录测量数据。当日晒色牢度试验仪运行温度大于50℃时，校准时应佩戴隔热手套，防止烫伤。

校准时，启动运行日晒色牢度试验仪，等待黑标温度示值稳定1h后，记录黑标温度Ta。暂停设备运行，迅速打开舱门，立即用F574精密红外测温仪垂直瞄准仓内黑标温度计的黑板中部，测量距离可参照JJG 856-2015《工作用辐射温度计检定规程》附录A中的方法确定，测量其表面温度Tb，此时应保证红外测温仪的测量目标直径小于黑标黑体直径的1/2。以最短间隔连续测量3次，共采集3组数据，其中最大值为Tbmax，最小值为Tbmin。若极差(Tbmax-Tbmin)＜0.5℃，则Tbmax可以作为测量标准值。若极差(Tbmax-Tbmin)＞0.5℃，可能是红外测温仪未能对准被测物，或是操作延迟使黑标温度下降过多。出现这类情况，应该重新测量。此时，黑标温度计示值误差计算公式为：

其中，ΔT——黑标温度计示值误差。

Ta——被检黑标温度计显示值。

Tbmax——精密红外测温仪连续测量3次的最大值。

以日晒色牢度试验仪试验温度45℃和60℃为例，当日晒色牢度试验仪运行稳定1h后，同时使用F574精密红外测温仪和标准黑板温度计校准试验箱内黑标温度计，所得数据见表1。

2 与传统校准方法的比较

由于黑标温度计通常是固定安装在日晒色牢度试验仪的样品架上，在传统现场校准时，往往采用标准黑板温度计或者标准表面温度计进行比较法测量。

标准黑板温度计的测温精度只有1.5级，精度较低，响应时间较慢，容易造成测量滞后，同时标准黑板温度计由于和金属样品架存在快速导热现象，往往造成实测温度偏低等问题[6]。同时在现场校准过程中，由于受日晒色牢度试验仪内部结构的影响，标准黑板温度计经常不便于安装。

表2 3种校准方法的特点Table 2 Characteristics of the three calibration methods

标准表面温度计一般是由数字温度计和K型热电偶探头组成。K型热电偶探头又分为两种：一种是簧片式结构，适合测量非导电材料；另一种是双针式结构，适合测量铜、铝等导电材料。表面温度计的结构简单，使用寿命长，常用于测量铝棒、模具等材料的表面温度。使用时，将测温探头与数字温度计相连，打开电源开关，握住探头手柄。由于探头前端有弹性限力机构，所以可以适当加力，以使探头前端的测温簧片或双针能够紧紧地压在被测物体表面。待数字温度计的读数稳定后，即可得到被测物体的表面温度值。标准表面温度计在测量过程中需要持续手动按压，贴紧被测物体表面，但是当表面贴合不完整时，就会带来较大的表面接触误差[7]，同时其测量响应时间较慢，往往需要（30~60）s才能稳定读数。所以使用标准表面温度计来测量日晒色牢度试验仪的黑标温度计，也存在测量精度不高，响应时间太长的缺点。

3 结语

综上所述，美国FLUKE公司的F574精密红外测温仪，其具有测温精度高，响应速度快，自动记录测试数据的最大值、最小值、差值等特点。通过实验数据表明，F574精密红外测温仪非常适合在试验现场快速、准确地校准日晒色牢度试验仪的黑标温度。相较于传统接触式测温方式，F574精密红外测温仪测量响应时间快，无需安装，自动记录数据，有效提升了计量校准机构和纺织检验机构现场测试的能力和工作效率。