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专利名称：一种提供空气介质温度源的校准装置及其校准方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对温度传感器进行校准的校准装置，特征是提供空气介质温度源校准装置及其校准方法。
背景技术：
不同的温度传感器对校准方法有不同的要求，例如，空气介质温度传感器仅适用于空气的温度测量，采用的是非接触式测温方式，其不适用于其它方面如液体等的温度测量；而温度传感器在大多数情况下是和其它传感器组合在一起使用，应用于环境参数测量的温湿度传感器便是其中典型的一种，其由湿敏元件的性质和测量对象决定了温度的测量对象，这些温湿度传感器的温度测量由于只适用于测量空气温度，所以校准时只能使用空气介质的温度源；对于专用的空气温度传感器，其结构特殊，粘污后清洗容易损坏，因此，不希望是置于液体恒温介质中进行校准；另外，对于某些温度传感器，如用在特殊液体中进行温度测量的温度传感器，为保证被测液体不被其它物质粘污，在校准时亦不希望是置于液体恒温介质中进行校准。由此可见，这些传感器，由于结构的原因，感温材料的原因，粘污后不容易清洗的原因，清洗时容易损坏的原因，或置于液体介质中后会损坏等原因，需要在以空气作恒温介质的恒温校准源中进行校准。现有的可提供空气介质温度源的校准装置主要有环境试验设备和温湿度计校准所用的温湿度发生器。该环境试验设备中主要的温度(湿度)试验设备，实质上就是以空气为介质的恒温校准源，只是其温度场的均勻性(温差)很难达到较高的水平。以空气为介质的试验设备，采用通过电热管、冷却管对空气直接加热、冷却，并强制空气循环的控制方法。由于空气介质的导热性能较差，因此，导致温度场的稳定性、均勻性均难以达到较高的水平。另外，根据实验设备的原理可知，空气的导热性能只是导致温度场的稳定性、均勻性均难以达到较高水平的原因之一，这其中还有加热方式、冷却方式和空气循环方式等原因。 设备电热管加热的控制方式为间断式制热，冷却管制冷的控制方式为连续制冷。当设备在室温+30°C以下运行时，电热管和冷却管同时工作来获得稳定温度；高于该温度则只需电热管工作，通过控制电热管的通电时间和频率来获得稳定温度。由于设备的冷、热源很难保持较高稳定性，因此，设备中的空气也就很难获得高的稳定性和均勻性。对于温湿度计校准所用的温湿度发生器，也是以空气为介质的恒温槽。这种恒温槽的温度均勻性比环境试验设备高，其主要原因是温湿度发生器的测试腔完全浸没在液体介质恒温槽中，但是，只是这种温湿度发生器的温度范围十分有限，目前最好的温度范围只有-10°c 70°C。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种至少可获得稳定和均勻的空气介质温度源的校准
直ο本发明采用的技术方案为一种提供空气介质温度源的校准装置，包括气源、液体恒温源、空气介质温度源总成和温度监测仪，所述空气介质温度源总成直接放置在液体恒温源中，所述空气介质温度源总成包括测试腔和与测试腔连通的热交换管，所述气源与热交换管密封连接；所述空气介质温度源总成还包括支架，隔热罩、上盖板和在校准时用于封闭所述测试腔开口的测温腔棉塞，所述测试腔的外壁具有一沿周向分布的固连于支架上的固定板，所述隔热罩以密封连接的方式固连在固定板的顶面上，使其包围所述测试腔；所述隔热罩与测试腔间形成的内腔中填满保温材料，所述上盖板将所述保温材料密封在所述内腔中。优选地，所述热交换管缠绕在所述支架上。优选地，所述热交换管的长度大于等于150m。优选地，所述支架为镂空的支架，所述测试腔置于支架中，所述热交换管缠绕于支架的外壁上，使所述热交换管包围所述测试腔；所述测试腔通过支架的镂空部与液体恒温源进行热交换。优选地，所述测温腔棉塞的底面上具有用于分别插装一级钼电阻传感器和待校准传感器的插座，所述温度监测仪的一级钼电阻传感器和待校准传感器通过插装在各自的插座中的方式置于密闭的测试腔中。优选地，所述测温腔的底部设置一使热交换管内的气体均勻扩散至测温腔内的气体均勻滤网，所述热交换管经气体均勻滤网与测温腔连通。优选地，所述热交换管选用薄壁紫铜管，所述测试腔选用2mm厚紫铜板制成的容
ο优选地，所述气源输出的气体的流量为9士 10% L/min。优选地，对于70°C以上的高温校准，所述液体恒温源采用温度范围为40°C 300°C，稳定性为士0. OOrc 士0. 005°C，均勻性为士0. 002°C 士0. 012°C的液体介质； 对于75°C以下的低温校准，所述液体恒温源采用温度范围为-80°C 110°C，稳定性为士0. 0015°C 士0. 003°C，均勻性为士0. 003°C 士0. 007°C的液体介质。本发明的另一目的是提供一种适合上述空气介质温度传感器校准源的校准方法。本发明采用的技术方案为提供空气介质温度源的校准装置的校准方法为首先，使液体恒温源的液面高度高于所述隔热罩的从固定板处起始的四分之一高度；然后，将待校准传感器和温度监控仪的一级钼电阻传感器同时安置在密封好的测试腔中；最后，控制液体恒温源的温度保持在设定温度上，当测试腔内的温度达到设定温度时，使气源提供的空气介质气体流经热交换管和测试腔；当测试腔内的温度再次达到设定温度并且稳定时，读取数据，完成校准工作。本发明的有益效果为一方面，采用本发明的包括测试腔、热交换管、支架，隔热罩、上盖板和测温腔棉塞的结构的空气介质温度源总成，配合液体恒温源，可获得相对液体恒温源的稳定、均勻的空气介质温度源；另一方面，通过选用合适的液体恒温源可获得宽量程温度源。


图1为本发明所述提供空气介质温度源的校准装置的结构示意4
图2为图1所示空气介质温度源总成的结构示意图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明所述空气介质温度传感器校准源包括气源1、液体恒温源2、空气介质温度源总成3和温度监测仪4，该空气介质温度源总成3直接放置在液体恒温源2 中，其包括测试腔32和与测试腔32连通的热交换管31，该气源1与热交换管31密封连接， 优选为通过硅胶软管进行连接，这样，依靠硅胶软管的自密封性即可实现紧密连接。该温度监控仪4通常选用一级钼电阻传感器采集测试腔32内的温度，置于测试腔32中的待校准传感器采集到的温度和一级钼电阻传感器采集到的温度均发送至温度监控仪4的数据采集器(如型号为hp34970的数据采集器)中进行显示、处理和监控。如图2所示，该温度源总成3还包括镂空的支架34，隔热罩36、上盖板37和测温腔棉塞38，该测试腔32的外壁具有一沿周向分布的固定板39，该隔热罩36以密封连接的方式固连在固定板39的顶面上，使其包围该测试腔；将保温材料35填满该隔热罩36与测试腔32间形成的内腔中，并用上盖板37将该保温材料35，优选为玻璃纤维棉，密封封闭在该内腔中，即该上盖板37与隔热罩36间，以及与测试腔32的外壁间均密封连接；该测温腔棉塞38用于在校准时封闭该测试腔32的开口。为了便于操作，该测温腔棉塞38的底面上具有用于分别插装一级钼电阻传感器和待校准传感器的插座，这样，在校准时，只需将一级钼电阻传感器和待校准传感器插装在各自的插座中，然后再将测温腔棉塞38塞入测试腔 32中即可。在此，该测温腔棉塞38上可同时插装多个待校准传感器，即可同时进行多个待校准传感器的校准。该固定板39可以通过螺丝固连在镂空的支架34上，使测试腔32置于支架34中，从测试腔32引出的热交换管31可以缠绕在支架34上，并引出需要与气源1连通的末端，该液体恒温源2可通过支架34的镂空部分与测试腔32内的气体进行热交换。另外，该上盖板37可通过高温胶粘合于隔热罩36的边沿上，并用高温胶密闭上盖板37与测温腔32的外壁间的接合处。该隔热罩36与固定板39间的接合处也可通过高温胶进行密封，该隔热罩36可通过铆接的方式固连在固定板39上。为了使热交换管31内的气体能够更加均勻地扩散至测温腔32内，可在测温腔32 的底部设置一气体均勻滤网33，该热交换管31经气体均勻滤网33与测温腔32连通，通过该气体均勻滤网33可对待进入测温腔32内的气体进行分流扩散，使其均勻填充整个测温腔32，以保证温度测量的准确性。在此，该气体均勻滤网33可以烧焊的方式固定在测温腔 32上，另外，该热交换管31可以无缝焊接的方式固定在气体均勻滤网33上。为了达到良好的热交换效果，该热交换管31优选为选用薄壁紫铜管，测试腔32优选为选用2mm厚紫铜板制成的容器。该气源1可以采用压缩空气或者氮气，这两种气体都比较容易获得并且成本低廉。需要注意的是，在低温时(0°c以下)要避免空气中含有的水分在热交换管31中结冰堵塞热交换管，须使用干燥压缩空气或纯氮气作为气源1 ;0°C以上时使用压缩空气即可， 气体的流量保持在9L/min最佳，当然可以有士 10%的偏差，这样可使热交换管31和测试腔32中的气体与液体恒温源2进行充分的热交换，以确保测试腔的温度均勻稳定，并且与液体恒温源2的温度保持基本一致。在此，增加热交换管31的长度，更有利于在测试腔32 中获得均勻稳定的空气介质校准源，如采用大于等于150m以上的热交换管31，在本实施例中的热交换管31的长度为160m。在液体恒温源2方面，本实施例中选用了福禄克的哈特品牌液体介质的低温7080 型和高温6022型液体介质恒温槽，其控温效果比环境试验设备和温湿度计校准所用的温湿度发生器明显提高，温度测量范围也得到了明显扩大。具体为高温(70°C以上)选择6022型，温度范围40 V 300 V，稳定性士 0. 001°C 士 0. 005 V，均勻性士 0. 002 V 士0.012°C;低温(75°C以下)选择7080型，温度范围-80°C 110°C，稳定性士0. 0015°C 士0. 003°C，均勻性士0. 003°C 士0. 007°C。采用该种液体恒温源可获得宽范围稳定、均勻的空气介质温度源。在使气体流经足够长度并且漫泡在液体恒温源2中的热交换管31后流入测温腔 32的情况下，有利于使测温腔32的温度即与液体恒温源2的温场效果基本保持一致，测试结果也证实了这一点，请见表1。校准时，液体恒温源2的液面高度必须高于图2所示的隔热罩36的从固定板39 算起的四分之一高度，以保证测试腔32内外温度的一致性。在将空气介质温度传感器校准源安装好后，将待校准传感器和温度监控仪4的一级钼电阻传感器同时安置在密封好的测试腔32中，设定好液体恒温源2的温度，当测试腔32内的温度达到设定温度时再使气源1 提供的空气介质气体流经热交换管31和测试腔32，当测试腔32内温度再次达到设定温度并且稳定时，即可读取数据，最后进行数据判断处理，完成校准工作。表1 空气介质温度传感器校准源在各个温度点的测试结果
权利要求
1.一种提供空气介质温度源的校准装置，包括气源、液体恒温源、空气介质温度源总成和温度监测仪，所述空气介质温度源总成直接放置在液体恒温源中，其特征在于所述空气介质温度源总成包括测试腔和与测试腔连通的热交换管，所述气源与热交换管密封连接；所述空气介质温度源总成还包括支架，隔热罩、上盖板和在校准时用于封闭所述测试腔开口的测温腔棉塞，所述测试腔的外壁具有一沿周向分布的固连于支架上的固定板，所述隔热罩以密封连接的方式固连在固定板的顶面上，使其包围所述测试腔；所述隔热罩与测试腔间形成的内腔中填满保温材料，所述上盖板将所述保温材料密封在所述内腔中。
2.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于所述热交换管缠绕在所述支架上。
3.根据权利要求2所述的校准装置，其特征在于所述热交换管的长度大于等于150m。
4.根据权利要求2所述的校准装置，其特征在于所述支架为镂空的支架，所述测试腔置于支架中，所述热交换管缠绕于支架的外壁上，使所述热交换管包围所述测试腔；所述测试腔通过支架的镂空部与液体恒温源进行热交换。
5.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于所述测温腔棉塞的底面上具有用于分别插装一级钼电阻传感器和待校准传感器的插座，所述温度监测仪的一级钼电阻传感器和待校准传感器通过插装在各自的插座中的方式置于密闭的测试腔中。
6.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于所述测温腔的底部设置一使热交换管内的气体均勻扩散至测温腔内的气体均勻滤网，所述热交换管经气体均勻滤网与测温腔连通。
7.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于所述热交换管选用薄壁紫铜管，所述测试腔选用2mm厚紫铜板制成的容器。
8.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于所述气源输出的气体的流量为 9 士 10% L/min。
9.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于对于70°C以上的高温校准，所述液体恒温源采用温度范围为40°C 300°C，稳定性为士0.001 °C 士0.005°C，均勻性为士0. 002°C 士0. 012°C的液体介质；对于75°C以下的低温校准，所述液体恒温源采用温度范围为-80°C 110°C，稳定性为士0.0015°C 士0. 003°C，均勻性为士0.003°C 士0. 007°C的液体介质。
10.根据权利要求1至9中任一项校准装置的校准方法，其特征在于首先，使液体恒温源的液面高度高于所述隔热罩的从固定板处起始的四分之一高度；然后，将待校准传感器和温度监控仪的一级钼电阻传感器同时安置在密封好的测试腔中；最后，控制液体恒温源的温度保持在设定温度上，当测试腔内的温度达到设定温度时，使气源提供的空气介质气体流经热交换管和测试腔；当测试腔内的温度再次达到设定温度并且稳定时，读取数据， 完成校准工作。
全文摘要
本发明公开了一种提供空气介质温度源的校准装置及其校准方法，用于校准温度传感器，该校准装置包括气源、液体恒温源和置于液体恒温源中的空气介质温度源总成，空气介质温度源总成包括测试腔、与测试腔连通的热交换管、支架，隔热罩、上盖板和测温腔棉塞，测试腔的外壁具有一沿周向分布的固连于支架上的固定板，隔热罩以密封连接的方式固连在固定板的顶面上，使其包围所述测试腔；隔热罩与测试腔间形成的内腔中填满保温材料，上盖板将所述保温材料密封在所述内腔中。本发明的校准装置可获得相对液体恒温源的稳定、均匀的空气介质温度源。
文档编号G01K15/00GK102175348SQ20111004203
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月22日 优先权日2011年2月22日
发明者董德晖 申请人:广州赛宝计量检测中心服务有限公司