干井式温度校验器校准方法的研究

1 引 言

    干井式温度校验器又被称为干井炉, 具有无污染、操作简单、携带使用方便、升降温速度快、可用温度范围宽等优点, 越来越成为企业用户的现场温度校准中重要的设备。被广泛应用于食品、石化、制药、半导体和其他制造业的企业现场和计量实验室。如何对它的性能进行评估, 需要计量机构对其进行首次及后续的校准工作, 以便为使用单位及客户提供详尽的信息。而目前我国还没有干井式温度校验器校准的相关标准, 各地计量机构的测量方法还没有统一的规范。本文根据干井式温度校验器性能特点, 参考国际上采用的校准指南对干井式温度校验器的校准方法进行了研究。

2 干井式温度校验器概述

    干井式温度校验器作为一个给出标准温度值的计量器具, 在国外叫做干井式校验器 ( Dry- wellcalibrator) , 也可叫做金属块校验器 ( Metal blockcalibrator) , 或温度块校验器 ( Temperature blockcalibrator) , 通常分为高准确度干井校验器、工业用干井校验器, 热电偶校验器几大类, 其典型温度范围为- 45℃～1200℃。干井式温度校验器的出现是由于原来在对工作温度计的校准时, 通常使用搅拌式液体槽和管式校验炉作为校准用的热源, 它们体积都较庞大, 而且使用不大方便, 因此人们需要寻找更加方便, 体积较小, 并且同样可靠的比较法校准的恒温比较热源。

    干井式温度校验器的测温原理就是用金属块作为恒温腔体, 置于加热炉中温度较均匀的地方, 标准和被校的温度计通过导管插入金属块的插孔中, 利用金属块的良好的热传导能力和较大的热容量, 获得较好的温度均匀性和稳定性。随着科技的发展, 通过对炉子的分段加热、程序加热, 制造出体积小、升降温快、温度均匀性好的校验器, 供实验室和现场校准用。评估干井式温度校验器的性能应根据其原理主要从温度均匀性、温度稳定性、散热效应、负载影响、参考温度计显示值与标准温度的偏差这 几方面考虑, 其中温度均匀性包括同孔轴向温度( 垂直梯度) 和孔与孔之间的径向温度两项内容。以上几点均为影响干井式温度校准器测量的误差来源, 也是客户在使用它作为比较热源最关心的指标, 因此在对干井式温度校准器进行校准时也应围绕上述指标进行。

3 校准方法研究

3.1 校准规范

    目前我国还没有颁布关于干井式温度校验器校准的相关标准及规范, 通常参考的标准是 JJF1030-98《恒温槽技术性能测试规范》, 但由于 JJF1030- 98规范中的被测试对象为液体槽, 介质为水、硅油、酒精等, 而干井炉的介质为空气; 并且两者的测温范围也相差很大, JJF1030- 98 规范中所提到的测温范围为- 100℃～600℃, 而干井炉的上限测温范围更宽, 可以实现- 45℃～1200℃的测量。基于以上几点差别,JJF1030- 98《恒温槽技术性能测试规范》用于干井炉的校准规范时就存在很大的不足和局限性。为保证它作为一个计量器具用于传递温标的准确性, 欧洲一些国家的计量标准研究机构对它们进行试验比对, 并制订了欧洲的“温度块校验器的校准导则”, 在2000 年以 EA- 10/13 出版物颁布。除此之外, 用于支持评估过程的标准还有正在编写的 ASTM指南以及几个国家计量院已经出版或正在修改他们的大纲。而 EA- 10/13 欧洲规范是第一个可用的指南, 提供建议和指南, 提供技术和测试过程指导, 并推荐不确定度的计算方法, 因此我们在实际校准中根据干井式温度校验器的性能特点并参考相关的校准指南确定校准内容。