仪器校准

浅析表面温度源温场校验方法

作者:calibration    来源:未知    发布时间:2019-11-10 10:50    浏览量:
表面温度源使用电加热的方式加热金属热板,配套的温控单元能够将热板温度稳定控制在设定温度点,一般使用铂电阻传感器以及配套使用的电测仪表作为参考标准,可以准确测量出温控状态下的实际温度并提供一个稳定的温度源。表面温度源主要用来校验表面温度计,还可以用于科学研究、生产试验、产品的验收、有效性试验等,因此,如何科学合理地开展表面温度源温场校验并获得温场参数对于校验表面温度及保证各类试验结果的可靠性和准确性具有重要意义。本文对表面温度源温场的仪器校验方法进行探讨。
 
1 装置结构
表面温度源装置一般由一定尺寸和面积的表面热平板、控温装置、参考标准铂电阻传感器以及配套使用的电测仪表组成。表面热板的几何中心具有传感器插孔,用来插入铂电阻传感器,作为参考标准器,插孔内径与铂电阻传感器的直径之差不大于 0. 5 mm,铂电阻传感器插入到插孔后,露出插孔部分不要超过 2 cm,插孔出口处用保温材料堵塞,防止漏热。
 
2 校验项目
作为参考标准的铂电阻传感器可以通过二等铂电阻温度计在恒温槽内进行溯源,这里不再赘述。表面温度源作为一种恒温温度场,其工作区域的均匀性和稳定性是两个主要校验项目。
 
3 校验用标准器的选择
校验表面温度源的标准器采用自重式表面温度计。自重式表面温度计的最大允许误差不大于1. 5 ℃或者 ± 0. 4% t ( 二者取较大值) 。
 
4 校验过程
校验前应检查热板表面是否平滑,热板表面应无油垢,不存在影响表面传感器与热板良好接触的情况。控温装置可以调节设定温度,并能够稳定地控制住设定温度值。
4. 1 工作区域均匀性的校验
按照图 1 所示,对表面温度源工作区域分布测量点,0 点为工作区域中心点,1、2、3、4 分别为工作区域内的径向测量点。校验温度点一般选取表面温度源的下限附近和上限附近,也可以根据用户要求选择校验温度点,仪器仪表校验时实际温度偏离设定温度不得高于 2 ℃。
 仪器仪表校验
当控温仪表稳定在设定温度点后,将自重式表面温度计首先放置在 0 点,稳定至少 10 min 后开始铂电阻温度计和自重式表面温度计交替读数,共读数 10 次,取平均值作为 0 点的测量结果。读数的顺序为: 铂电阻温度计→自重式表面温度计读数 1→铂电阻温度计→自重式表面温度计读数2→铂电阻温度计……→自重式表面温度计读数10。然后将自重式表面温度计沿着径向位置移动到 1 号测量点,重复刚才的测量步骤,并根据移动前后参考标准的读数平均值,将测量过程中表面温度源发生的温度变化量加以修正,修正后的 1测量点的测量结果为:
t1 = t1 + ( t设 - t1标) ( 1)
式中: t1 为 1 测量点相对于中心点的温度值,℃;t1 为自重式表面温度计在 1 测量点的测量平均值,℃; t设 为表面温度源的设定温度℃; t1标 为自重式表面温度计移动到 1 测量点时的参考标准铂电阻温度计读数平均值,℃。以此类推,依次记录移动到 0、1、2、3、4 测量点时参考温度计的读数和自重式温度计的读数各 5 组数据,分别计算出对应于温度设定点的实际温度值,在 5 个测量点温度实测值中选取最大值和最小值,两者差值作为该表面温度源在当前温度点的温度均匀性。温度均匀性按式 ( 2) 计算:
Δtu = Tmax - Tmin ( 2)
式中: Δtu 为被校仪器设备的温度均匀性,℃; Tmax为被校仪器测量值的最大值,℃; Tmin 为被校仪器测量值的最小值,℃。
 
4. 2 工作区域稳定性的校验
选取表面温度源有效工作区域中心点为测量位置,每分钟读数一次,10 min 内测量 10 组数据,计算出 10 组测量数据的最大值和最小值。按照下列公式计算得出该表面温度源在当前温度点10 min 的温度稳定性。稳定性按式 ( 3) 计算:Δtf = tmax - tmin ( 3)式中: Δtf 为被校仪器设备的温度稳定性,℃; tmax为标准器 10 次测量值的最大值,℃; tmin为标准器10 次测量值的最小值,℃。
 
5 应用实例
100 ℃时,对某一表面温度源温场均匀性进行测量,数据如表 1 所示。由此可得,100 ℃时,该表面温度源的温场均匀性为 Tmax - Tmin = 0. 38 ℃符合 JJF 1409—2013 《表面温度计校验规范》工作区域均匀性的要求,如表 2 所示。如不满足使用要求则减少测量半径直至确定符合要求的有效均匀性工作区域。
 仪器仪表校验
6 注意事项
校验时应现行检查表面温度源性能是否良好,注意观察表面热板是否干净平滑,是否影响自重式表面传感器的紧密贴合,同时注意不要将测量点布于有效工作区域以外,以免影响测量的准确性。
 
7 结束语
表面温度源的校验方法通过大量实践工作得到了验证,方法是可行的,此方法也可以应用于各种调温电热板等其他表面加热热板的校验,对计量机构开展仪器仪表校验工作具有一定指导意义。

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