恒溫槽溫度梯度研究

通過實驗研究了側攪拌式恒溫水槽和恒溫油槽 100 mm 以上的溫度梯度。研究表明在 50～200 ℃ 范圍 內恒溫槽 30～100 mm 上層溫場溫度梯度能夠達到工作用玻璃液體溫度計、工業鉑電阻溫度計等常規工業溫度計 規程規范要求。根據實驗結果，置入深度對傳感器的測量結果的影響取決于傳感器材料的導熱系數。導熱系數越 小，影響越小。對于相同材質的溫度傳感器，置入深度對傳感器的測量結果的影響取決于深度直徑比。根據實驗 結果可以推斷，在校準置入深度較短溫度傳感器時，被校傳感器的軸向傳熱是測量誤差的主要來源，隨著校準溫度 的提高，置入深度對測量結果的影響越來越大。

 恒溫槽采用不同的介質可以提供-100~300 ℃ 的穩定均勻溫場，是中低溫傳感器的校準中最常用 的恒溫設備。溫場均勻性是恒溫槽最重要的技術 指標之一，其測試過程一般參照 JJF1030-2010《恒溫 槽技術性能測試規范》進行，規范中要求用標準 鉑電阻溫度計考察恒溫槽工作區域的均勻性，對于 工作區域的描述為“能保證恒溫槽均勻性與穩定性 的區域”，而如何判斷恒溫上下平面位置則無明確說 明，實際測試中一般也根據經驗確定。一些文獻 中建議標準鉑電阻溫度計置入深度為 200 mm，但 是在實際檢定校準工作中，有很多特殊的被測傳感 器和溫度計無法達到 200 mm 的置入深度。如工作 用玻璃液體溫度計中有大量的局浸式溫度計，如型 號為 GB-1 的石油產品溫度計的置入深度最多為 55 mm，GB-3 的石油產品溫度計置入深度為 45 mm。 對于工業鉑電阻溫度計，根據 JJG 229-2010《工業鉑/ 銅熱電阻檢定規程》要求在測量 100 ℃ 電阻值時，對置入深度的要求是在穩定狀態下，繼續增加置 入深度 1 cm，重新達到熱平衡后，電阻值變化不超 過允差的 5%，對于 Pt100 的 B 級鉑電阻，換算成溫 度為 0.015 ℃，這種校準要求操作起來比較困難，且 有多種類型工業用鉑電阻溫度計，如管道常用溫度 傳感器無法達到操作要求。部分一體化設計的溫度 變送器，電器部分受熱易影響其電子元器件，亦難以 滿足置入深度要求。為了盡量減小置入深度對傳 感器的校準結果的影響，專門研制了一種 用于測量熱量表配對傳感器的恒溫槽。恒溫槽 100 mm 以上溫度場溫度梯度的研究有助于分析校 準中導熱誤差對測量結果影響的分析。

分為兩個部分：第一部分為測試恒溫槽上 層溫場的溫度梯度。本實驗采用一支石英材質的一 等標準鉑電阻溫度計作為參考溫度計，插入恒溫槽 中心液面 250 mm 以下，采用一種特殊設計的 L 型 鎧裝鉑電阻溫度計（如圖 1 所示）作為測量溫度計， 用于測量水平及垂直溫場。第二部分為測試置入深 度對不同材質和不同直徑的溫度傳感器測量結果的 影響。被測傳感器分別選取一支石英鉑電阻溫度 計，其感溫部分為繞絲元件，骨架和外殼均為石英材 質，中空結構，石英玻璃常溫下的導熱系數約為 1.4 W/（mK），遠低于常用傳感器的金屬材質的導熱 系數，而且這種溫度傳感器感溫部分繞絲長度遠低 于標準鉑電阻，兩只直徑分別為 4.5 mm 和 8 mm 的 鎧裝不銹鋼外殼薄膜鉑電阻溫度傳感器，3 支傳 感器均為 A 級。測量儀表選用 ISOTECH 生產的 mickro500 測溫電橋，為了消除恒溫槽溫度波動對測 量結果的影響，利用測溫電橋的統計功能，3 s/次的 采集速率，60 組連續讀數的算術平均值作為單次測 量結果。被測恒溫槽采用湖州唯立儀表廠生產的側 攪拌式恒溫水槽和恒溫油槽，實驗分別在 50 ℃、 100 ℃、200 ℃ 恒溫條件下進行。其中恒溫水槽的工 作介質為純水，恒溫油槽的工作介質為甲基硅油。