4種常用溫度傳感器校準(zhǔn)設(shè)備

溫標(biāo)

國(guó)際上使用攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)，1968年建立了國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)。

攝氏溫標(biāo)是以水銀的體膨脹與溫度間的線性關(guān)系為基礎(chǔ)的，它與已被取消的華氏溫標(biāo)間的換算關(guān)系式為

熱力學(xué)溫標(biāo)系以熱力學(xué)第二定律為依據(jù)，理論上確定分子停止運(yùn)動(dòng)為絕對(duì)零度，但此溫度目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)。于是，設(shè)立了氣體溫度計(jì)，建立了熱力學(xué)溫標(biāo)。其分度為水沸點(diǎn)至冰融點(diǎn)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下之差為100 K?！?/p>

由于氣體溫度計(jì)裝置復(fù)雜，且不實(shí)用。為此，于1968年建立了國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)（IPTS-68）。IPTS-68適用于測(cè)定任何溫度，數(shù)值與熱力學(xué)溫度相近而又具有較高的復(fù)現(xiàn)性。IPTS-68是以一些可復(fù)現(xiàn)的平衡態(tài)的定點(diǎn)溫度，以及能夠精確分度的標(biāo)準(zhǔn)儀器為標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)設(shè)備的。由IPTS—68所定義的熱力學(xué)溫度（T68）和攝氏溫度U68）間的關(guān)系為

IPTS-68定義的基準(zhǔn)點(diǎn)列于下表中。

表 國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)IPTS—68定義基準(zhǔn)點(diǎn)

按國(guó)際溫標(biāo)，將整個(gè)溫度測(cè)試區(qū)分為幾段，各段使用不同的基準(zhǔn)儀器：

低溫至630.74℃以內(nèi)，主要用鉑電阻溫度計(jì)；

630.74?1064℃用鉑鎊-鉑熱電偶；

1064℃以上則采用光學(xué)高溫計(jì)。

鉑電阻溫度計(jì)

鉑電阻溫度計(jì)是根據(jù)金屬鉑電阻值隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的，典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。

鉑電阻溫度計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的鉑絲直徑為0.3 mm，加工成鉑電阻溫度計(jì)后，要細(xì)心、嚴(yán)格地對(duì)其進(jìn)行化學(xué)處理的熱處理。

鉑電阻溫度計(jì)的電阻與溫度間的關(guān)系為

為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度、減小偏差值，可通過(guò)下述途徑：其一，對(duì)鉑的純度提出更高要求；其二，用內(nèi)插公式增加分度點(diǎn)數(shù);其三，改進(jìn)鉑的化學(xué)和熱處理工藝。

鉑電阻溫度計(jì)配接的二次儀表為精密電橋或精密電位差計(jì)。為消除連接導(dǎo)線的影響，有時(shí)采用四線結(jié)構(gòu)。

鉑銠-鉑熱電偶

熱電偶是根據(jù)熱電效應(yīng)制成的測(cè)溫傳感器。從理論分析已知，熱電偶產(chǎn)生的電勢(shì)由溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)組成。根據(jù)熱電效應(yīng)，任意兩種導(dǎo)體都可作為熱電極，組成熱電偶而用來(lái)測(cè)溫。在工程上，一般選擇在其測(cè)溫范圍內(nèi)穩(wěn)定、電阻溫度系數(shù)小、電導(dǎo)率高、組成熱電偶后輸出電勢(shì)大，且其值與溫度成線性關(guān)系的金屬作為熱電偶的熱電極。經(jīng)研究，鉆銠10-鉑熱電偶復(fù)制精度及測(cè)量準(zhǔn)確性高，故常用來(lái)作精密測(cè)量和作為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。

下表列出了鉑銠-鉑熱電偶及其他幾種常用熱電偶的特性。

表 常用熱電偶特性

對(duì)熱電偶，應(yīng)在規(guī)定的溫度點(diǎn)上進(jìn)行校驗(yàn)。下表列出了鉑銠-鉑及其他幾種熱電偶的校驗(yàn)溫度點(diǎn)。

表 常用熱電偶校驗(yàn)溫度點(diǎn)

熱電偶可配接直接電位差計(jì)、精密電橋等二次儀表。

熱電偶校驗(yàn)（標(biāo)定）裝置

上圖為熱電偶校驗(yàn)裝置示意圖。校驗(yàn)時(shí)，將兩只熱電偶同時(shí)置入加溫箱中，其中一只為被校驗(yàn)（標(biāo)定）熱電偶，一只為鉑銠-銷標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，用比較法校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時(shí)，將熱電偶冷端置入冰點(diǎn)槽，以保持0℃。校驗(yàn)中爐溫變化速率不應(yīng)大于0.2℃/min。

不論是標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，還是熱電偶標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，用于校準(zhǔn)其他溫度傳感器時(shí)，配用適當(dāng)?shù)母?、低溫恒溫裝置，即可進(jìn)行工作。恒溫裝置包括恒溫箱、水浴、油浴、髙溫爐等?！?/p>

熱電阻的標(biāo)定

熱電阻溫度傳感器的標(biāo)定可用比較法。其方法是用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)（標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)）與被校熱電阻溫度計(jì)進(jìn)行比較。測(cè)量電路一般多采用四線制精密電位差計(jì)，或精密電橋。校驗(yàn)（標(biāo)定）裝置如下圖所示。

電阻溫度傳感器的標(biāo)定

實(shí)驗(yàn)步驟是：用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)出恒溫箱溫度，經(jīng)分壓器調(diào)節(jié)毫安表，將被測(cè)系統(tǒng)回路電流控制在4 mA。首先將切換開(kāi)關(guān)置標(biāo)準(zhǔn)電阻一側(cè)，讀取電位差計(jì)示值Us，再轉(zhuǎn)置被測(cè)電阻端讀出電位差計(jì)示值U,，即可按下式求得Rt。

式中,Rt——被側(cè)點(diǎn)阻值；Rs——標(biāo)準(zhǔn)電阻值。

在同一校準(zhǔn)點(diǎn)，重復(fù)多次，計(jì)算出各次測(cè)量所得出的尺值，取平均值。再調(diào)節(jié)恒溫箱（一般取被測(cè)電阻承受額定溫度的90%，50%和10%），重復(fù)上述步驟。

基準(zhǔn)光電高溫比較儀

中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院基準(zhǔn)髙溫裝置一高溫光電比較儀光路圖如下圖所示。工作時(shí)，光源（小金點(diǎn)黑體爐或溫度燈）經(jīng)物鏡成像于調(diào)制器7的狹縫上，經(jīng)調(diào)制轉(zhuǎn)換為交流光信號(hào)。信號(hào)由光導(dǎo)纖維混合、傳輸，并于聚光透鏡焦點(diǎn)上聚焦，經(jīng)聚光鏡和干涉濾光片后，由聚光透鏡14均勻地聚焦到光電倍增管的陰極上。

基準(zhǔn)光電高溫比較儀

經(jīng)調(diào)制的光相位相反，當(dāng)兩束光亮度不等時(shí)，一個(gè)交變光能量由光電倍增管接收，使指零儀表不指“0”，調(diào)節(jié)被檢燈電流，以達(dá)亮度平衡。若兩光源亮度相等，則被檢光源的亮度溫度就等于標(biāo)準(zhǔn)光源的亮度溫度。

基準(zhǔn)高溫光電比較儀的控制線路框圖如下圖所示。

光電比較儀電子線路框圖