PDF《利用干井炉校准获得最佳性能时的常见问题》

利用干井炉校准获得最佳性能时的常见问题 Mike Hirst Fluke, Hart Scientific Division

799 E.

Utah Valley Drive American Fork, Utah 84003-9775 Phone: 801.763.1600 E-mail: mike.hirst@hartscientific.com 摘要:干井式温度校准器的典型技术指标并不能提供用户需要了解的全部不确定度信息.本文说明 了使用干井式或 干块 校准器对温度计进行准确校准的其他重要指标,包括稳定度、径向均匀性、 轴向均匀性、迟滞、插入深度、负载影响、使用外部参考,等等.文中还提供了例子,以及如何进 行测量和使用的信息. 概述 干井是一种广泛用于多种行业的温度计校准工具,覆盖了从医药到电子、能源、食品加工的各个行 业.其功能是根据可溯源温度标准对温度传感器进行校准,以提高生产力,并满足现场和实验室应 用的规范要求.干井通常带有实用特性和附件,可以提高其在现场或实验室应用时的生产力.本文 着重阐述干井式校准器的热特性. 以下讨论覆盖了干井式校准器的几项热特性,这些特性都会影响到干井向被测单元(UUT)传递校 准的的准确度.其中许多特性都取决于如何使用校准器.文中提供了测试这些特性的方法.最后, 这些测试数据和所涉及仪器的测试数据一起被考虑到了误差计算之中.由此便可评估干井的不同特 性(以及使用模式)的影响. 干井式校准器的使用模式 干井式校准器通常可以实现两个功能.它既可作为等温源又可作为可溯源温度参考.当作为等温源 时,其目标是提供一个均匀的恒温环境,用于将温度数据从可溯源温度参考标准传递给UUT;

作为 温度标准,校准器本身已经过校准. 本文涉及了干井式校准器的这两种使用模式.直接模式将干井式校准器作为温度参考标准(请参见 图1).该模式减少了所需仪器的数量,有助于降低成本,并且明显方便了现场应用. 间接 模式将干井式校准器作为等温源,依赖于外部温度计(及读出装置)作为参考标准(请参见图 2).需要说明的是,一些干井式校准器内置独立于校准器控制电路和传感器的读出装置.这种参考 采用了独立的探头,将其插入到干井的插孔中,就和UUT一样.该传感器及其相关的测量电子器件 可被校准,并提供与完整的外部系统相同的功能. 图1. 干井式校准器可经过校准,直接提供可溯源校准比对,而不必使用外部温度计(直接模式) 图2. 干井式校准器仅作为等温源使用.为达到溯源性,可将UUT读出装置与外部参考温度计的温度 进行比对(间接模式) 外部参考测温仪 被测温度计和测 温仪 干式炉测温仪/控制器 比较 干式炉测温仪/控制器 插块 加热块 被测温度计 和测温仪 比较 干井式校准器的特性及测量 干井式包括一个温度控制物块,通常是一个金属块,它为比对测量提供了一个等温环境.由于通过 固体块的热传输被减小,因此固体块比搅拌的液槽更容易受到温度梯度的影响.因此,如果通过插 块的热损失模式发生变化,这些梯度就更容易受到这种转换的影响.在插块上提供有插孔或井,用 于插入温度计.(为了满足不同尺寸的温度计,通常提供具有不同尺寸插孔的插块.)为方便插入 和拔出,在温度计和井之间(以及护管和插块之间)要留出一定的空隙.这一空隙会产生热阻抗, 阻止其间的热传输.带着这些问题,我们将讨论一些影响使用干井时的准确度的特性.这些特性包 括温度稳定度、温度均匀性、热负载、温度迟滞和插入深度. 本文中的测量例子采用了一个或两个输入温度计读出装置.它们可以快速地以数字方式记录数据, 以提供良好的分析.采集的数据已经被导入到Excel?电子表格中,并进行了数学操作和绘图. 温度稳定度 温度稳定度是影响干井式校准器性能的最基本和常见的测量限制之一.使用温度计和具有足够灵敏 度和分辨率的读出装置测量温度区的控制波动,从而测得温度稳定度.响应时间与典型UUT非常相 像的温度计是非常有用的.在任意指定温度下,干井稳定度测量的典型时间周期为30分钟.根据使 用校准器的方式不同,可能适用其它的时间周期.温度稳定度在不同的温度下可能会有所不同.应 该在其范围内对仪器进行特征定义,通常进行3组稳定度测量就足够了.对于仅进行加热的校准器 (即不使用制冷系统获得低于环境的温度),在其范围的最大、最小温度和中间点进行测量.对于 低温干井式校准器的稳定性,除了在其最大和最小温度测量外,还要对接近室温的温度点进行测量. 同时可对用户感兴趣的特定温度点进行测量. 稳定度用来衡量温度控制达到稳定后在测量周期内的温度偏移.可以通过两种方式查看稳定度数据 (请参见图3).所谓的 峰值 稳定度通常定义为正/负(±)数据组最大值和最小值差值的一半: 峰值稳定度= ±(Tmax C Tmin)/