在較早的博客文章中，我討論了溫度校準和校準不確定性。這次，我將介紹當您使用溫度干燥模塊進行溫度校準時應考慮的不同不確定性因素。 

使用干式模塊進行溫度校準似乎是一件非常簡單而直接的事情，但是，有許多可能的不確定性和誤差來源應予以考慮。通常，最大的不確定性可能來自于如何進行校準的過程，而不一定來自組件的規格。

讓我們打開熱量！

目錄

什么是干塊？

所以，這不是洗澡嗎？

EURAMET準則

不確定因素

內部或外部參考傳感器

1.內部參考傳感器

2.外部參考傳感器

3.軸向溫度均勻性

4.鏜孔之間的溫差

5.負載的影響

6.長期穩定

7.不要著急

摘要

 

什么是“干塊”？

無論如何，讓我們開始討論本文中“ 溫度干燥塊 ”的含義。

溫度干燥塊有時也稱為  干井  或  溫度校準器。

這是一種可以  加熱和/或冷卻  至不同溫度值的設備，顧名思義，它是干燥使用的，沒有任何液體。

干塊通常具有可移動的  插入物  （或套筒），該插入物（或套筒）具有用于將溫度傳感器插入其中的合適的孔/鏜孔。

干塊通常具有自己的  內部  溫度測量值，或者您可以使用 將插入其中一個孔中的  外部參考溫度傳感器。

通常，干燥塊具有可互換的插入件，因此您可能有幾個插入件，每個插入件上鉆有不同的孔，以適合不同尺寸的溫度傳感器的校準。

在干燥的模塊中，溫度傳感器的孔必須足夠緊，  以確保傳感器和插件之間的熱阻低，這一點非常重要  。如果鉆孔太松，傳感器會緩慢穩定，或者由于閥桿傳導而可能根本達不到鑲刀的溫度。

通常，您將在干燥的模塊中插入溫度傳感器以進行校準或校準溫度回路，其中溫度傳感器是回路中的第一個組件。

 干塊的  主要優點是易于在野外進行，攜帶時不會溢出熱流體。同樣，干塊不會污染正在校準的溫度傳感器。

干塊幾乎總是用干的。在極少數情況下，您可能會使用一些導熱油或糊劑。在大多數情況下，使用液體可能會損壞干燥塊。

如果后來在高于例如異物閃點的溫度下使用，則使用油或糊劑也可能導致健康和火災隱患。一塊660°C的干燥塊，其絕緣材料中吸收了硅油，外面看起來很整潔，但加熱時會吹出有害的煙霧。各地的校準實驗室可能比他們希望的要熟悉。。。

作為   干塊的缺點，我們可以考慮比液體浴低的準確性/穩定性，并且更難于校準非常短和奇形的傳感器。

 

那么，這不是“洗澡”嗎？

不，我說“干塊”，不是……;-)

也有   可用  內部裝有液體的恒溫槽。液體被加熱/冷卻，并且將要校準的溫度傳感器插入液體中。還攪拌液體以使液體中的溫度分布均勻。

還有干塊和液浴的一些組合，這些裝置通常具有分開的干插入物和分開的液體插入物。

 液體浴的主要  好處是更好的溫度均勻性，穩定性和適用于短和奇形傳感器。

 液體浴的  缺點是尺寸較大，重量較大，與熱液體一起使用，便攜性較差，并且通常比干燥塊慢。

無論如何，在本文中，我們將重點放在溫度干燥塊上，因此讓我們回到它們身上。

不確定因素

讓我們進入實際的不確定性組件。當您使用干燥塊進行溫度校準時，這些會導致測量結果不確定/錯誤。

 

內部還是外部參考傳感器？

有兩種測量干塊真實（正確）溫度的原理方法。一種是使用 內置在干燥塊中的內部參考傳感器來進行  內部 測量，另一種是使用 插入到刀片鏜孔/孔中的  外部參考傳感器。

這兩種方式之間存在一些根本差異，它們對不確定性的影響也大不相同，因此，讓我們接下來討論這兩種選擇：

 

1.內部參考傳感器

內部基準傳感器永久性地插入到干燥塊內部的金屬塊中，該傳感器通?？拷鼔K的底部，并且位于圍繞可互換插件的金屬塊中。

因此，此內部傳感器不會直接測量要在其中插入要校準的傳感器的插件的溫度，而是會測量周圍模塊的溫度。由于塊和刀片之間始終存在一定的熱阻，因此這種測量方法不是最準確的一種。

特別是當溫度變化時，塊溫度通常比插入溫度變化快。如果在沒有等待足夠的穩定時間的情況下進行校準的速度太快，則會導致錯誤。

內部基準傳感器無論如何都非常方便，因為它總是很容易插入到模塊中，并且您無需在插件中預留專用孔。

內部測量的重新校準有點困難，因為您需要將整個干燥塊送去重新校準。

內部測量傳感器的信號自然通過干塊中的內部測量電路進行測量，并顯示在塊的顯示屏中。該測量通常具有給定的精度規格。 如前所述，實際上，該規范僅在穩定的條件下有效，并且不包括校準過快或要校準的傳感器不在插件底部的校準區域內時引起的不確定性。足夠緊的無聊。

 上面的左圖顯示了內部參考傳感器通常如何放置在溫度模塊中，同時將要校準的傳感器插入插入件中。如果要校準的傳感器足夠長并且到達刀片的底部，則鉆孔足夠緊，并且我們等待了足夠長的時間才能穩定下來，那么可以得到良好的校準而幾乎沒有誤差。

在右側圖片中，我們可以看到如果要校準的傳感器太短而無法到達插件底部時會發生什么。在這種情況下，內部參考傳感器和要校準的傳感器位于不同的高度，并且測量的溫度不同，從而對校準結果造成很大的誤差。

 

2.外部參考傳感器

另一種方法是使用外部參考傳感器。這里的想法是，將參考傳感器插入插入件中的合適孔中，同時在同一插入件的其他孔中輸入要校準的傳感器。

由于外部參考傳感器與要校準的傳感器插入同一金屬插件中，因此它可以更精確地測量與要校準的傳感器測量的溫度相同的溫度。

理想情況下，參考傳感器將具有與要校準的傳感器相似的熱特性（相同的尺寸和熱導率）。在這種情況下，隨著刀片溫度的變化，外部參考傳感器和要校準的傳感器將更精確地跟隨相同的溫度變化。

自然需要以某種方式測量外部參考傳感器。干塊通常具有內部測量電路和用于外部參考傳感器的連接，或者您可以使用外部測量設備。對于不確定性，您需要考慮參考傳感器的不確定性和測量電路的不確定性。

與使用內部參考傳感器相比，使用精確的外部參考傳感器可實現更準確的校準，并且不確定性較小。因此，強烈建議您要獲得較高的準確性（不確定性較?。?。

外部參考傳感器還提高了可靠性。如果內部和外部傳感器讀數相差很大，則向用戶發出警告信號，表明可能有問題，并且測量結果可能不可信。

對于重新校準，對于外部參考傳感器，您可以僅發送參考傳感器進行重新校準，而不是整個干燥塊。在這種情況下，您自然不會檢查（例如在必要時進行調整）干燥塊的功能，例如軸向溫度均勻性。

如果不發送干燥塊進行校準，請確保自己定期測量和記錄軸向梯度，因為當使用外部參考傳感器時，它通常是最大的不確定性因素。否則，嚴格的審核員可能會深刻質疑您的測量結果的可追溯性。

 3.軸向溫度均勻性

軸向均勻性（或軸向均勻性）是指沿刀片中鉆孔的垂直長度的溫度差。

例如，與在鉆孔中稍高的溫度相比，刀片中鉆孔的最底部溫度可能略有不同。

通常，如果模塊的溫度與環境溫度相差很大，則溫度會泄漏到環境中，因此插入件頂部的溫度會有所不同。

一些溫度傳感器的實際測量元素更短一些。同樣，有些元素比其他元素更靠近尖端。為了確保不同的傳感器處于相同的溫度下，模塊插入物底部的同質區域應足夠長。通常，指定區域為40至60 mm。

干塊應在刀片底部有足夠的區域，以保證溫度均勻性。在模塊校準期間，可以通過使用兩個不同高度的高精度參考傳感器或使用帶有短傳感元件的傳感器進行校準，該傳感器從底部逐漸抬高。這種短路檢測元件傳感器需要穩定，但不一定要進行校準，因為它僅用于測量不同高度的溫度差。如果需要，軸向溫度梯度通?？梢栽诟稍飰K中進行調節。

如果您有一個短的（衛生的）溫度傳感器，但它并沒有一直到達插入件中鉆孔的底部，那么事情將會變得更加復雜。在這種情況下，干式模塊中的內部參考測量無法真正使用，就像在模塊底部一樣。應該使用外部參考傳感器，并且其測量區域的中心應插入與要校準的短傳感器的測量區域的中心一樣深的位置。

通常，這意味著應使用專用的短路參考傳感器，并將其插入與要校準的短路傳感器相同的深度。如果要校準的短傳感器具有較大的凸緣，將變得更加困難，因為這會吸收傳感器的溫度。

摘要  -在校準過程中，應確保將參考傳感器插入的深度與要校準的傳感器相同。如果您知道感應元件的長度和位置，請嘗試將中心水平對齊。如果不可能，那么您需要估計由此引起的錯誤。如果校準的精度要求較高，或者要校準的傳感器的長度不足以達到插入孔的底部，則應使用外部溫度傳感器。

 

軸向溫度均勻性兩張照片

 

上圖說明了“軸向溫度均勻性”的含義。通常，干燥塊的底部具有指定區域，該區域具有同質溫度，但是當您開始將傳感器調高以進行更高的校準時，它將不再處于相同的溫度。 

 

4.鏜孔之間的溫差

如標題所示，鏜孔之間的溫差（有時稱為“徑向均勻性”）是刀片中每個鏜孔（孔）之間的溫差。盡管刀片由金屬化合物制成并具有良好的導熱性，但在鏜孔之間，尤其是相對的鏜孔之間仍然可能存在很小的差異。

實際上，當插入件中的兩個傳感器安裝在不同的鏜孔中時，它們之間的溫差可能很小。  

差異可能是由于刀片在一側更多地接觸塊或刀片未均勻地加載（一側上的傳感器更多，或一側上的傳感器比另一側上的傳感器厚）。當然，位于不同側面的加熱器和Peltier元件也具有其公差。

實際上，鏜孔之間的溫差通常較小。

總結  –應當考慮鏜孔之間的溫差規格。

 

鏜孔之間的差異-使用干燥塊進行溫度校準的不確定度分量。 Beamex博客文章。

 

 

5.負載的影響

 如果模塊的溫度與環境溫度不同，則始終有一些熱量通過傳感器傳導至環境（干傳導）。

如果插件中安裝了多個傳感器，則會有更多的溫度“泄漏”到環境中。同樣，傳感器越厚，泄漏的溫度就越大。

嵌件與環境溫度之間的溫差越大，泄漏量就越大。

例如，如果您的干燥塊處于高溫狀態，則此溫度泄漏會由于負載而導致刀片冷卻。插入件的頂部將比插入件的底部損失更多的溫度，并且頂部變得更冷。

刀片越深，加載效果越小。另外，一些干塊具有兩個或多個加熱/冷卻區域：一個在塊的底部，一個在中心，一個在塊的頂部。這將有助于補償加載效果（例如，頂部加熱器可以加熱更多，以補償刀片的頂部冷卻）。

如果使用干燥塊的內部參考測量，通常會出現較大的誤差，因為內部參考不在插入物中，而是在周圍塊的底部。因此，內部參考傳感器看不到這種加載效果。

外部參考傳感器可以更好地看到加載的效果，因為它位于插入件中，并且溫度也會有相同的變化。使用外部參考傳感器時（與使用內部參考傳感器相比），由加載效應引起的誤差要小得多，并且結果會更好。

摘要  –檢查您的干燥塊在您的應用中的加載效果（多少個傳感器，哪種類型的傳感器），并將其用作不確定性因素。

上圖顯示了傳感器將溫度泄漏到環境中引起的閥桿電導。在第二張圖片中，插入了多個傳感器，因此桿電導/泄漏量更大。

 

 

6.長期穩定

 隨時間變化的穩定性描述了溫度在較長時間內保持穩定的程度。溫度需要在一定時間內保持穩定，因為不同的傳感器可能具有不同的熱特性，并且不同的傳感器需要花費不同的時間才能穩定下來。如果溫度持續上下波動，則不同的傳感器可能會讀取不同的溫度。

如果溫度有一些波動，則與使用內部參考傳感器相比，外部參考傳感器將無論如何都能獲得更準確的結果。

通常，干砌塊制造商會給出穩定性規范，例如30分鐘。

 

7.不要著急！

 最好記住一個事實，那  就是溫度傳感器將始終僅測量其自身的溫度。因此，它不會測量安裝位置的溫度，但是會測量自己的溫度。

同樣，溫度變化非常緩慢，并且系統的所有部分都已穩定到相同的溫度（即系統已達到平衡）需要一些時間。

如果用干燥塊進行溫度校準的速度過快，則將是不確定性的最大來源！ 

因此，了解您的系統和要校準的傳感器并進行實驗，以了解足夠的時間足以實現穩定。

尤其是如果您使用內部參考傳感器，則其到達設定溫度的速度比插入物中要校準的傳感器要快得多。這是因為內部傳感器在加熱/冷卻的模塊中，而要校準的傳感器在插件中。過早地獲取結果可能會導致很大的錯誤。

如果是外部參考傳感器，對穩定性的要求取決于參考傳感器與要校準的傳感器之間的差異。如果它們具有不同的直徑，則它們很可能具有不同的穩定時間。無論如何，使用外部參考傳感器會比內部參考傳感器準確得多，以防您沒有等待足夠長的時間來穩定傳感器。

通常，一塊干燥的塊會帶有一個穩定性指示器，但它可能正在測量內部參考傳感器的穩定性，因此，不要只相信那一個。

總結  –很快，如果溫度校準太快，結果將很糟糕。

 

溫度傳感器穩定性-使用干燥塊進行溫度校準的不確定度分量。 Beamex博客文章。

 

上圖顯示了一個（放大的）示例，其中溫度設定點最初為10°C，在5分鐘標記處已更改為150°C（藍線代表設定點）。

干塊中有兩個傳感器-參考傳感器和要校準的傳感器。

我們可以看到傳感器1（紅線）的變化快得多，并在大約11分鐘的時間點達到最終溫度。傳感器2（綠線）的變化要慢得多，并且在18分鐘左右達到最終溫度。

傳感器1是我們的參考傳感器，傳感器2是要校準的傳感器。我們可以看到，如果我們在10分鐘標記處過早讀取溫度，我們的結果將產生巨大的誤差（約85°C）。即使我們在15分鐘標記處讀取讀數，我們仍然會有20°C的差異。

因此，在讀取讀數之前，我們應始終確保等待足夠長的時間，以確保所有傳感器均穩定在新的溫度下。

本文由 耐震壓力表 北京布萊迪、編輯，轉載請注明版權 相關產品推薦：磁浮子液位計 磁翻板液位計、 電磁流量計、 雷達液位計、 孔板流量計、 熱電偶、 流量計、 壓力變送器、 渦街流量計、