徐含青 林書培 周萬里 / 蘇州市計(jì)量測(cè)試研究所

弧形接觸式表面溫度計(jì)校準(zhǔn)模塊的應(yīng)用

徐含青 林書培 周萬里 / 蘇州市計(jì)量測(cè)試研究所

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

弧形；接觸式；表面溫度計(jì)；校準(zhǔn)

0 引言

接觸式表面溫度計(jì)（以下簡(jiǎn)稱表面溫度計(jì)）在工業(yè)測(cè)溫中有著大量應(yīng)用。表面溫度計(jì)由測(cè)溫傳感器與測(cè)溫儀表組成。測(cè)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(cè)溫響應(yīng)時(shí)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(jì)所使用的彈性元件一般采用堅(jiān)硬、通用的不銹鋼制成，而為避免對(duì)某些被測(cè)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(cè)溫對(duì)象形狀的不同，制造廠家生產(chǎn)出了不同形狀的表面測(cè)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(jì)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(jì)實(shí)際使用情況不一致。針對(duì)以上問題，本文對(duì)特殊類型的弧形表面溫度計(jì)進(jìn)行了大量校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建了一套適合大部分弧形接觸式表面溫度計(jì)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(hào)為HA-200K、傳感器型號(hào)為SH-42K-TC1-ANP的表面溫度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)。首先按照J(rèn)JF 1409-2013《表面溫度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》在水平表面溫度校準(zhǔn)裝置上對(duì)弧形表面溫度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，其次按JJF（蘇）95-2010《數(shù)字溫度計(jì)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(jì)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(duì)校準(zhǔn)模塊的表面形狀進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

表1 不同測(cè)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(jì)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(jí)為0.02級(jí)以上的電測(cè)儀表，精密鉑電阻溫度計(jì)使用φ3.2 mm 、AA級(jí)鉑電阻溫度計(jì)以保證測(cè)溫準(zhǔn)確度?；⌒伪砻嫘?zhǔn)模塊需要進(jìn)行弧形設(shè)計(jì)及導(dǎo)熱性能實(shí)驗(yàn)。通過大量實(shí)驗(yàn)，裝置設(shè)計(jì)了φ300 mm、φ100 mm、φ30 mm三個(gè)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(jì)測(cè)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(jì)的校準(zhǔn)工作?；⌒伪砻鏈囟扔?jì)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(jì)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(yàn)證

選用ANRITSU公司顯示儀表型號(hào)為HA-200K、傳感器型號(hào)為SH-42K-TC1-ANP的弧形表面溫度計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。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(jì)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(cè)量方法的校準(zhǔn)結(jié)果比較

通過表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，弧形表面溫度計(jì)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(shí)，大大提高了校準(zhǔn)方法的合理性。為進(jìn)一步驗(yàn)證弧形表面溫度計(jì)校準(zhǔn)裝置的測(cè)量準(zhǔn)確度和適用性，進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)。

選用ANRITSU公司顯示儀表型號(hào)為HA-200K、傳感器型號(hào)為S-780K-GW1-ANP的自重式表面溫度計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該表面溫度計(jì)雖然為水平表面溫度計(jì)，但也可用于弧形表面的溫度測(cè)量。首先在水平表面溫度計(jì)校準(zhǔn)裝置上進(jìn)行校準(zhǔn)，其次在弧形表面溫度計(jì)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(cè)量方法的校準(zhǔn)結(jié)果比較

通過表3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看到，對(duì)于水平表面溫度計(jì)中測(cè)量準(zhǔn)確度最高的非弧形自重式表面溫度計(jì)，弧形表面溫度計(jì)校準(zhǔn)裝置與水平表面溫度計(jì)校準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)結(jié)果基本一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的弧形表面溫度計(jì)校準(zhǔn)裝置的測(cè)量準(zhǔn)確度。

選用ANRITSU公司顯示儀表型號(hào)為HA-200K、傳感器型號(hào)分別為SH-42K-TC1-ANP、SH-44KTC1-ANP、SH-46K-TC1-ANP的弧形表面溫度計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(jì)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(jì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，所設(shè)計(jì)的三種直徑弧形表面溫度計(jì)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(shí)驗(yàn)過程弧形表面校準(zhǔn)裝置波動(dòng)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(píng)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(yàn)證了該弧形表面溫度計(jì)校準(zhǔn)裝置的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

文章對(duì)弧形接觸式表面溫度計(jì)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(jì)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(jì)的實(shí)際使用狀態(tài)，較好地完成了弧形表面溫度計(jì)的校準(zhǔn)工作，為實(shí)際工作中遇到的各類特殊形狀溫度計(jì)校準(zhǔn)進(jìn)行了有益探索。

[1]全國(guó)溫度計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJF 1409—2013 表面溫度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京:中國(guó)質(zhì)檢出版社，2013.

[2]江蘇省熱工計(jì)量專業(yè)技術(shù)委員會(huì).JJF（蘇）95-2010 數(shù)字溫度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范[S].南京: 2010.

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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