弧形接觸式表面溫度計校準(zhǔn)模塊的應(yīng)用

徐含青 林書培 周萬里 / 蘇州市計量測試研究所

弧形接觸式表面溫度計校準(zhǔn)模塊的應(yīng)用

徐含青 林書培 周萬里 / 蘇州市計量測試研究所

研究了弧形接觸式表面溫度計的校準(zhǔn)方法，構(gòu)建了弧形接觸式表面溫度計校準(zhǔn)裝置，設(shè)計了三類校準(zhǔn)模塊。一系列實驗驗證了校準(zhǔn)裝置的可行性和有效性。該項研究為實際工作中遇到的各類特殊形狀溫度計校準(zhǔn)進(jìn)行了有益探索。

弧形；接觸式；表面溫度計；校準(zhǔn)

0 引言

接觸式表面溫度計（以下簡稱表面溫度計）在工業(yè)測溫中有著大量應(yīng)用。表面溫度計由測溫傳感器與測溫儀表組成。測溫傳感器按種類可分為熱電偶式、熱電阻式、熱敏電阻式等不同類型，考慮到材料成本及測溫響應(yīng)時間，目前應(yīng)用最廣泛的是熱電偶K分度與E分度型。表面溫度計所使用的彈性元件一般采用堅硬、通用的不銹鋼制成，而為避免對某些被測物品的污染，材料界還研發(fā)出了鐵氟龍及聚酰亞胺等多種特殊材料表面彈性元件。根據(jù)測溫對象形狀的不同，制造廠家生產(chǎn)出了不同形狀的表面測溫傳感器，而隨著弧形等特殊形狀傳感器種類的增多，普通表面溫度計校準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)結(jié)果產(chǎn)生了較大偏離，而在恒溫槽中校準(zhǔn)又與表面溫度計實際使用情況不一致。針對以上問題，本文對特殊類型的弧形表面溫度計進(jìn)行了大量校準(zhǔn)實驗，構(gòu)建了一套適合大部分弧形接觸式表面溫度計的校準(zhǔn)裝置。

1 兩種不同校準(zhǔn)方法產(chǎn)生的誤差

選用ANRITSU公司顯示儀表型號為HA-200K、傳感器型號為SH-42K-TC1-ANP的表面溫度計進(jìn)行校準(zhǔn)實驗。首先按照J(rèn)JF 1409-2013《表面溫度計校準(zhǔn)規(guī)范》在水平表面溫度校準(zhǔn)裝置上對弧形表面溫度計進(jìn)行校準(zhǔn)，其次按JJF（蘇）95-2010《數(shù)字溫度計校準(zhǔn)規(guī)范》在恒溫槽中進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)結(jié)果如表1所示。

從表1數(shù)據(jù)可知，弧形表面溫度計在水平表面源上校準(zhǔn)的結(jié)果不令人滿意，影響了校準(zhǔn)結(jié)果的可信程度，因此需要對校準(zhǔn)模塊的表面形狀進(jìn)行重新設(shè)計。

表1 不同測量方法的校準(zhǔn)結(jié)果比較

2 裝置構(gòu)建

裝置由溫度控制部分、溫度顯示部分、弧形表面校準(zhǔn)模塊、精密鉑電阻溫度計組成，其中溫度控制部分采用PID控溫以保證溫度穩(wěn)定性，標(biāo)準(zhǔn)溫度顯示部分使用0～400 Ω、準(zhǔn)確度等級為0.02級以上的電測儀表，精密鉑電阻溫度計使用φ3.2 mm 、AA級鉑電阻溫度計以保證測溫準(zhǔn)確度。弧形表面校準(zhǔn)模塊需要進(jìn)行弧形設(shè)計及導(dǎo)熱性能實驗。通過大量實驗，裝置設(shè)計了φ300 mm、φ100 mm、φ30 mm三個弧形表面校準(zhǔn)模塊，并采用導(dǎo)熱性能良好的紫銅合金材料，使表面溫度值與精密鉑電阻溫度計測量結(jié)果的差值達(dá)到最小。該裝置可基本滿足所有類型弧形表面溫度計的校準(zhǔn)工作。弧形表面溫度計校準(zhǔn)裝置構(gòu)建及三種不同直徑的弧形表面校準(zhǔn)模塊分別如圖1、圖2所示。

圖1 弧形表面溫度計校準(zhǔn)裝置構(gòu)建

圖2 三種不同直徑的弧形表面校準(zhǔn)模塊

3 結(jié)果驗證

選用ANRITSU公司顯示儀表型號為HA-200K、傳感器型號為SH-42K-TC1-ANP的弧形表面溫度計進(jìn)行實驗。首先在水平表面溫度校準(zhǔn)裝置上進(jìn)行校準(zhǔn)，其次在恒溫槽中進(jìn)行校準(zhǔn)，最后在弧形表面溫度計校準(zhǔn)裝置上進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)結(jié)果如表2所示。

表2 不同測量方法的校準(zhǔn)結(jié)果比較

通過表2的實驗數(shù)據(jù)可以看出，弧形表面溫度計校準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)結(jié)果與使用恒溫槽校準(zhǔn)的結(jié)果較為接近，在兼顧被校儀器使用狀態(tài)的同時，大大提高了校準(zhǔn)方法的合理性。為進(jìn)一步驗證弧形表面溫度計校準(zhǔn)裝置的測量準(zhǔn)確度和適用性，進(jìn)行下列實驗。

選用ANRITSU公司顯示儀表型號為HA-200K、傳感器型號為S-780K-GW1-ANP的自重式表面溫度計進(jìn)行實驗。該表面溫度計雖然為水平表面溫度計，但也可用于弧形表面的溫度測量。首先在水平表面溫度計校準(zhǔn)裝置上進(jìn)行校準(zhǔn)，其次在弧形表面溫度計校準(zhǔn)裝置上進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)結(jié)果如表3所示。

表3 不同測量方法的校準(zhǔn)結(jié)果比較

通過表3的實驗數(shù)據(jù)可以看到，對于水平表面溫度計中測量準(zhǔn)確度最高的非弧形自重式表面溫度計，弧形表面溫度計校準(zhǔn)裝置與水平表面溫度計校準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)結(jié)果基本一致，進(jìn)一步驗證了所設(shè)計的弧形表面溫度計校準(zhǔn)裝置的測量準(zhǔn)確度。

選用ANRITSU公司顯示儀表型號為HA-200K、傳感器型號分別為SH-42K-TC1-ANP、SH-44KTC1-ANP、SH-46K-TC1-ANP的弧形表面溫度計進(jìn)行實驗，其弧形直徑分別為φ20 mm、φ40 mm、φ60 mm，分別使用接觸擬合度最接近的φ30 mm、φ100 mm、φ300 mm的弧形表面溫度計校準(zhǔn)模塊，首先在恒溫槽中進(jìn)行校準(zhǔn)，其次在弧形表面溫度計校準(zhǔn)裝置上進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)結(jié)果如表4、5、6所示。

表4 配SH-42K-TC1-ANP型傳感器校準(zhǔn)結(jié)果比較

表5 配SH-44K-TC1-ANP型傳感器校準(zhǔn)結(jié)果比較

表6 配SH-46K-TC1-ANP型傳感器校準(zhǔn)結(jié)果比較

表4、表5、表6的實驗數(shù)據(jù)表明，所設(shè)計的三種直徑弧形表面溫度計校準(zhǔn)模塊校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與恒溫槽中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)非常接近?？紤]了實驗過程弧形表面校準(zhǔn)裝置波動性、均勻性及被校儀器分辨力、重復(fù)性、短期不穩(wěn)定性的影響，校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評定結(jié)果為U =1.5 ℃，k =2。所有校準(zhǔn)結(jié)果與恒溫槽中校準(zhǔn)結(jié)果最大差值均小于1 ℃，驗證了該弧形表面溫度計校準(zhǔn)裝置的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

文章對弧形接觸式表面溫度計的校準(zhǔn)方法進(jìn)行了研究，構(gòu)建了三種不同直徑的弧形表面溫度計校準(zhǔn)模塊。該裝置校準(zhǔn)結(jié)果既與在恒溫槽中校準(zhǔn)結(jié)果接近，又一定程度體現(xiàn)了弧形表面溫度計的實際使用狀態(tài)，較好地完成了弧形表面溫度計的校準(zhǔn)工作，為實際工作中遇到的各類特殊形狀溫度計校準(zhǔn)進(jìn)行了有益探索。

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[6]趙鎮(zhèn)南.傳熱學(xué)[M].北京:高等教育出版社，2002.

Application of calibration modules for arcshaped contact-type surface thermometer

Xu Hanqing，Lin Shupei，Zhou Wanli
（Suzhou Institute of Measurement and Testing Technology）

This paper studies calibration methods for arc-shaped contacttype surface thermometers, constructs a calibration device, designs three kinds of calibration modules.A serials of experiments verify the feasibility and effectiveness of the calibration device.The research carries out the beneficial exploration for the calibration of various types of special shaped thermometers encountered in the practical work.

arc-shaped; contact-type; surface thermometer; calibration