干井式溫度校準(zhǔn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

干井式溫度校準(zhǔn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

1干井式溫度校驗(yàn)器干井溫度監(jiān)控器也被稱(chēng)為干井爐，它具有干凈、操作簡(jiǎn)單、易用、更新速度快、可用溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。已成為公司用戶的現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)控器重要設(shè)備。被廣泛應(yīng)用于食品、石化、制藥、半導(dǎo)體和其他制造業(yè)的企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和計(jì)量實(shí)驗(yàn)室。如何對(duì)它的性能進(jìn)行評(píng)估,需要計(jì)量機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行首次及后續(xù)的校準(zhǔn)工作,以便為使用單位及客戶提供詳盡的信息。而目前我國(guó)還沒(méi)有干井式溫度校驗(yàn)器校準(zhǔn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),各地計(jì)量機(jī)構(gòu)的測(cè)量方法還沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范。本文根據(jù)干井式溫度校驗(yàn)器性能特點(diǎn),參考國(guó)際上采用的校準(zhǔn)指南對(duì)干井式溫度校驗(yàn)器的校準(zhǔn)方法進(jìn)行了研究。2校驗(yàn)器典型溫度干井式溫度校驗(yàn)器作為一個(gè)給出標(biāo)準(zhǔn)溫度值的計(jì)量器具,在國(guó)外叫做干井式校驗(yàn)器(Dry-welcalibrator),也可叫做金屬塊校驗(yàn)器(Metalblockcalibrator),或溫度塊校驗(yàn)器(Temperatureblockcalibrator),通常分為高準(zhǔn)確度干井校驗(yàn)器、工業(yè)用干井校驗(yàn)器,熱電偶校驗(yàn)器幾大類(lèi),其典型溫度范圍為-45℃~1200℃。干井式溫度校驗(yàn)器的出現(xiàn)是由于原來(lái)在對(duì)工作溫度計(jì)的校準(zhǔn)時(shí),通常使用攪拌式液體槽和管式校驗(yàn)爐作為校準(zhǔn)用的熱源,它們體積都較龐大,而且使用不大方便,因此人們需要尋找更加方便,體積較小,并且同樣可靠的比較法校準(zhǔn)的恒溫比較熱源。干井式溫度校驗(yàn)器的測(cè)溫原理就是用金屬塊作為恒溫腔體,置于加熱爐中溫度較均勻的地方,標(biāo)準(zhǔn)和被校的溫度計(jì)通過(guò)導(dǎo)管插入金屬塊的插孔中,利用金屬塊的良好的熱傳導(dǎo)能力和較大的熱容量,獲得較好的溫度均勻性和穩(wěn)定性。隨著科技的發(fā)展,通過(guò)對(duì)爐子的分段加熱、程序加熱,制造出體積小、升降溫快、溫度均勻性好的校驗(yàn)器,供實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)用。評(píng)估干井式溫度校驗(yàn)器的性能應(yīng)根據(jù)其原理主要從溫度均勻性、溫度穩(wěn)定性、散熱效應(yīng)、負(fù)載影響、參考溫度計(jì)顯示值與標(biāo)準(zhǔn)溫度的偏差這幾方面考慮,其中溫度均勻性包括同孔軸向溫度(垂直梯度)和孔與孔之間的徑向溫度兩項(xiàng)內(nèi)容。以上幾點(diǎn)均為影響干井式溫度校準(zhǔn)器測(cè)量的誤差來(lái)源,也是客戶在使用它作為比較熱源最關(guān)心的指標(biāo),因此在對(duì)干井式溫度校準(zhǔn)器進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)也應(yīng)圍繞上述指標(biāo)進(jìn)行。3標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究3.1干井爐的測(cè)溫目前我國(guó)還沒(méi)有頒布關(guān)于干井式溫度校驗(yàn)器校準(zhǔn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范,通常參考的標(biāo)準(zhǔn)是JJF1030-98《恒溫槽技術(shù)性能測(cè)試規(guī)范》,但由于JJF1030-98規(guī)范中的被測(cè)試對(duì)象為液體槽,介質(zhì)為水、硅油、酒精等,而干井爐的介質(zhì)為空氣;并且兩者的測(cè)溫范圍也相差很大,JJF1030-98規(guī)范中所提到的測(cè)溫范圍為-100℃~600℃,而干井爐的上限測(cè)溫范圍更寬,可以實(shí)現(xiàn)-45℃~1200℃的測(cè)量?；谝陨蠋c(diǎn)差別,JJF1030-98《恒溫槽技術(shù)性能測(cè)試規(guī)范》用于干井爐的校準(zhǔn)規(guī)范時(shí)就存在很大的不足和局限性。為保證它作為一個(gè)計(jì)量器具用于傳遞溫標(biāo)的準(zhǔn)確性,歐洲一些國(guó)家的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)研究機(jī)構(gòu)對(duì)它們進(jìn)行試驗(yàn)比對(duì),并制訂了歐洲的“溫度塊校驗(yàn)器的校準(zhǔn)導(dǎo)則”,在2000年以EA-10/13出版物頒布。除此之外,用于支持評(píng)估過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)還有正在編寫(xiě)的ASTM指南以及幾個(gè)國(guó)家計(jì)量院已經(jīng)出版或正在修改他們的大綱。而EA-10/13歐洲規(guī)范是第一個(gè)可用的指南,提供建議和指南,提供技術(shù)和測(cè)試過(guò)程指導(dǎo),并推薦不確定度的計(jì)算方法,因此我們?cè)趯?shí)際校準(zhǔn)中根據(jù)干井式溫度校驗(yàn)器的性能特點(diǎn)并參考相關(guān)的校準(zhǔn)指南確定校準(zhǔn)內(nèi)容。3.2用于校準(zhǔn)的測(cè)量孔滿足下述條件,校準(zhǔn)才能順利進(jìn)行:(1)為校準(zhǔn)的目的,我們認(rèn)為儀器任何所需的調(diào)整已經(jīng)在校準(zhǔn)開(kāi)始前完成。(2)所用套管均應(yīng)由廠家提供。(3)所有需要在孔的頂部暴露或加隔熱以滿足使用要求都必須按照廠家的說(shuō)明。任何廠家建議被放置在金屬塊頂部的起隔熱作用的材料都必須有定義(例如:材料和厚度)并和儀器一起提供。(4)用于校準(zhǔn)的測(cè)量孔應(yīng)該有至少40mm長(zhǎng)度有效溫度區(qū)(以下被稱(chēng)為測(cè)量區(qū))它的位置被明確的指出。測(cè)溫區(qū)通常在孔的末端。(對(duì)于某些實(shí)驗(yàn)室用高準(zhǔn)確度干井校驗(yàn)器如干式計(jì)量爐測(cè)量區(qū)長(zhǎng)度為60mm)。(5)溫度計(jì)的浸沒(méi)深度將是溫度計(jì)外直徑的十五倍。4標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)4.1校準(zhǔn)點(diǎn)的選擇(1)定義:溫度偏差是指測(cè)量區(qū)實(shí)際溫度與干井式溫度校驗(yàn)器參考溫度計(jì)顯示溫度之差。(2)溫度范圍為-45℃~660℃的干井式溫度校驗(yàn)器,選擇標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)器,而溫度范圍為660℃~1200℃的干井爐,選擇一等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶作標(biāo)準(zhǔn)器。校準(zhǔn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)器應(yīng)插入中心孔或特定標(biāo)明的孔中,要求標(biāo)準(zhǔn)器與測(cè)試孔尺寸配合好,通常標(biāo)準(zhǔn)器外徑與測(cè)試孔的內(nèi)部尺寸的差在0.5mm以下。標(biāo)準(zhǔn)器要插入測(cè)試孔的底部。校準(zhǔn)點(diǎn)至少為三個(gè),盡可能分布在所需的整個(gè)溫度范圍,或者根據(jù)干井式溫度校驗(yàn)器使用說(shuō)明書(shū)中提出的典型溫度。校準(zhǔn)應(yīng)在干井式溫度校驗(yàn)器升溫或降溫達(dá)到所設(shè)定溫度,系統(tǒng)達(dá)到熱平衡,記錄至少十分鐘的數(shù)據(jù),并取其平均值作為干井式溫度校驗(yàn)器實(shí)際溫度。4.2溫度的均勻性4.2.1校準(zhǔn)點(diǎn)為干井式溫度校驗(yàn)器典型溫度(1)定義:同一個(gè)孔的測(cè)量區(qū)的最大溫差。(2)標(biāo)準(zhǔn)器及測(cè)試孔的選取參照3.1.2,校準(zhǔn)點(diǎn)為干井式溫度校驗(yàn)器溫度范圍的最高溫度和最低溫度?；蚋鶕?jù)使用說(shuō)明書(shū)選取典型溫度。以校準(zhǔn)測(cè)量區(qū)從孔底部為40mm長(zhǎng)的為例:溫度計(jì)接觸底部;溫度計(jì)上提20mm;溫度計(jì)上提40mm;溫度計(jì)接觸底部。記錄整個(gè)過(guò)程的數(shù)據(jù)并算出最大溫差。4.2.2溫度測(cè)試方法(1)定義:在同一深度下孔與孔之間的溫度差異。(2)為了消除由于時(shí)間造成的溫度值變化的影響,除標(biāo)準(zhǔn)器外需放入另一支測(cè)試溫度計(jì)用于測(cè)定溫度值的變化?；蛘哌x用兩支標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)在不同的孔內(nèi)測(cè)量并循環(huán)交換溫度計(jì)的方法。校準(zhǔn)點(diǎn)干井爐溫度范圍的最高溫度和最低溫度?；蚋鶕?jù)使用說(shuō)明書(shū)選取典型溫度。記錄各孔溫度計(jì)讀數(shù),計(jì)算出溫差。4.3熱平衡誤差校準(zhǔn)(1)定義:是指干井式溫度校驗(yàn)器在一定時(shí)間內(nèi)的溫度變化。(EA-10/13校準(zhǔn)指南建議為30min)(2)校準(zhǔn)可在3.1溫度偏差校準(zhǔn)的同時(shí)進(jìn)行,當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡,30min時(shí)間內(nèi),記錄測(cè)量區(qū)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)器顯示的最大范圍溫度變化值。4.4引導(dǎo)溫度誤差的校準(zhǔn)(1)定義:由于溫度探頭護(hù)管熱傳導(dǎo)引起的溫度偏離。(2)由熱傳導(dǎo)引起的溫度誤差將針對(duì)客戶將要使用干井式溫度校驗(yàn)器進(jìn)行校準(zhǔn)的相應(yīng)溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量。在實(shí)際校準(zhǔn)中只有根據(jù)客戶的要求進(jìn)行。而對(duì)于外徑尺寸小于6mm的溫度計(jì)由于熱傳導(dǎo)引起的溫度偏離將不需要考慮。4.5負(fù)荷影響(1)定義:探頭數(shù)量影響干井式溫度校驗(yàn)器溫度的變化。(2)根據(jù)客戶要求進(jìn)行。5校準(zhǔn)內(nèi)容文件我們以客戶送檢的一臺(tái)高準(zhǔn)確度干井式校驗(yàn)器為例,根據(jù)上述校準(zhǔn)內(nèi)容給出校準(zhǔn)數(shù)據(jù):標(biāo)準(zhǔn)器及主要設(shè)備:一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)兩支;7位半數(shù)字繁用表一臺(tái);轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。性能評(píng)估:經(jīng)過(guò)校準(zhǔn),該干式計(jì)量爐其性能達(dá)到說(shuō)明書(shū)提供的技術(shù)指標(biāo)要求。6校準(zhǔn)徑向均勻性(1)標(biāo)準(zhǔn)器在使用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)時(shí),我們未作特別說(shuō)明,但建議使用石英外保護(hù)管的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì),因?yàn)榻饘偻獗Ｗo(hù)管的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在校準(zhǔn)時(shí)會(huì)帶來(lái)散熱的誤差。(2)校準(zhǔn)徑向均勻性時(shí),廠家建議使用測(cè)量孔均勻分布的套管進(jìn)行校準(zhǔn),但由于實(shí)際校準(zhǔn)時(shí)客戶定制的套管上的孔大多為不均勻的,標(biāo)準(zhǔn)器插入時(shí)的配合程度不同,可能會(huì)帶來(lái)一定的誤差。(3)EA-10/13校準(zhǔn)指南中對(duì)首次校準(zhǔn)和后續(xù)校準(zhǔn)作了明確的說(shuō)明,我們是否也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)范。7準(zhǔn)方法的應(yīng)用本文介紹了干井式溫度校驗(yàn)器的原理和性能特點(diǎn),根據(jù)其特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外相關(guān)的校準(zhǔn)規(guī)范和指南提出了關(guān)于干井式溫度校驗(yàn)器的校準(zhǔn)方法,并在文中進(jìn)行了詳細(xì)的論