Heat-flux meters are used for measuring the heat transfer rate in aerospace and fire research as well as for studying the thermal properties of high-temperature processes. In particular, radiative heat flux sensors are recommended as transfer detectors in the standard calibration method of fire testing systems. The objective of the study is the realization of source based irradiance for the calibration of heat-flux meter.
The consistency of source based and detector based irradiance was measured by the temperature measurement of a blackbody with a filter radiometer and with the local realization of the ITS-90 from 1700℃ to 2900℃. The resulting temperature differences are within a range from 1℃ to 2℃, which is less than the measurement uncertainty as well as measurement capability of irradiance that is 0.5% (k=2) at 2900℃.
A high temperature blackbody-based calibration facility for heat flux sensors was developed with an improved accuracy. The improvement is achieved by considering the temperature non-uniformity of the blackbody. The non-uniformity is determined by measuring the responsivity of the heat-flux meter as a function of the distance from the blackbody, from which the effective emissivity of the blackbody could also be calculated. For the estimation of uncertainty, the temporal stability and the spatial uniformity of the radiance on the blackbody aperture were measured by the thermometer. Considering the uncertainty components coming from the temperature measurement, non-uniformity of the blackbody, area of the blackbody aperture and calibration distance, reproducibility, and difference of the field of view between the thermometer and the sensor under test, the calibration uncertainty of the facility was evaluated to be 2.3% (k=2). In order to verify the accuracy improvement, the results are compared with those of a detector-based calibration, which demonstrated an agreement within the uncertainty.
For contributing future radiation temperature scale, a nickel carbon eutectic fixed point is realized by radiation thermometer and fabricated by an optimized filling process. The process is based on monitoring the variation of the melting-freezing temperature difference as a function of the filling ratio of the cell. The LED based linearity measurement system was developed for decreasing the radiance temperature uncertainty of radiation thermometer.
The results of the study applied to calibrate the heat-flux meters with low uncertainty. Eutectic fixed point and LED based linearity measurement system helps to decrease the uncertainty of radiance temperature measurement.
화재 시험용 표준 계측기로 사용되는 복사 열선속계를 교정하기 위하여 고온 흑체를 기준으로 복사조도(W/㎡) 눈금을 실현하였다. 복사 조도를 실현하는 광원기준, 검출기기준의 두 가지 방법이 얼마나 일치하는지 확인하기 위하여 고온 흑체의 온도를 1700℃에서 2900℃ 까지 변화시키면서 측정해보았는데, 복사조도의 차이로 약 0.5% 이내였다. 실현된 복사조도를 화재시험용 표준 검출기인 열선속계를 교정하는데 사용하였다. 거리에 따라 측정한 열선속계의 감응도 측정결과로부터 사용 흑체의 특성을 평가하여 이상적인 흑체 조건에서 열선속계가 교정되는 것을 확인하였다. 열선속계는 최대 10kW/㎡ 세기까지 확장 상대 불확도(k=2)는 2.3%로 교정 가능하였다.
미래 복사온도 고정 점으로 사용될 가능성이 있는 니켈 탄소 공융점을 고온 흑체로를 이용하여 제작하고 녹는점의 온도를 복사온도계를 이용하여 측정하였다. 공융점 제작용 고온 흑연관 흑체로는 원통형 흑연관을 직접 가열하는 형태로 제작되었는데 장치의 온도분포의 균일도는 중심에서 1%이내였고 안정도는 0.03℃ 이내였다. 공융점 흑체는 온도분포가 균일한 흑연관 가운데에 설치하여 공융점을 제작하였다. 흑연 흑체에 니켈과 탄소량이 증가하여 공융점이 완성되면 녹는점과 어는점의 온도차이가 일정한 값으로 수렴한다. 650 nm와 850 nm의 필터를 사용하여 기울기가 최소인 지점에서 측정한 공융점의 녹는점 측정결과는 1328.71℃이고 측정 결과의 확장 불확도(k=2)는 0.22℃였다. 복사온도계의 선형성을 625 nm와 880 nm의 고휘도 LED를 이용하여 측정하였다. LED의 정션 온도 증가에 의한 세기변화에 의한 차이를 제거하여 구한 선형성 측정결과의 불확도는 광 전류가 $10^4$ 증가하는데 $10^{-4}$ 이내였다. 이장치는 복사온도계의 선형성 불확도 성분을 정밀 측정하는데, 사용될 예정이다.
