恒温槽温度梯度研究

通过实验研究了侧搅拌式恒温水槽和恒温油槽 100 mm 以上的温度梯度。研究表明在 50～200 ℃ 范围 内恒温槽 30～100 mm 上层温场温度梯度能够达到工作用玻璃液体温度计、工业铂电阻温度计等常规工业温度计 规程规范要求。根据实验结果，置入深度对传感器的测量结果的影响取决于传感器材料的导热系数。导热系数越 小，影响越小。对于相同材质的温度传感器，置入深度对传感器的测量结果的影响取决于深度直径比。根据实验 结果可以推断，在校准置入深度较短温度传感器时，被校传感器的轴向传热是测量误差的主要来源，随着校准温度 的提高，置入深度对测量结果的影响越来越大。

 恒温槽采用不同的介质可以提供-100~300 ℃ 的稳定均匀温场，是中低温传感器的校准中最常用 的恒温设备。温场均匀性是恒温槽最重要的技术 指标之一，其测试过程一般参照 JJF1030-2010《恒温 槽技术性能测试规范》进行，规范中要求用标准 铂电阻温度计考察恒温槽工作区域的均匀性，对于 工作区域的描述为“能保证恒温槽均匀性与稳定性 的区域”，而如何判断恒温上下平面位置则无明确说 明，实际测试中一般也根据经验确定。一些文献 中建议标准铂电阻温度计置入深度为 200 mm，但 是在实际检定校准工作中，有很多特殊的被测传感 器和温度计无法达到 200 mm 的置入深度。如工作 用玻璃液体温度计中有大量的局浸式温度计，如型 号为 GB-1 的石油产品温度计的置入深度最多为 55 mm，GB-3 的石油产品温度计置入深度为 45 mm。 对于工业铂电阻温度计，根据 JJG 229-2010《工业铂/ 铜热电阻检定规程》要求在测量 100 ℃ 电阻值时，对置入深度的要求是在稳定状态下，继续增加置 入深度 1 cm，重新达到热平衡后，电阻值变化不超 过允差的 5%，对于 Pt100 的 B 级铂电阻，换算成温 度为 0.015 ℃，这种校准要求操作起来比较困难，且 有多种类型工业用铂电阻温度计，如管道常用温度 传感器无法达到操作要求。部分一体化设计的温度 变送器，电器部分受热易影响其电子元器件，亦难以 满足置入深度要求。为了尽量减小置入深度对传 感器的校准结果的影响，专门研制了一种 用于测量热量表配对传感器的恒温槽。恒温槽 100 mm 以上温度场温度梯度的研究有助于分析校 准中导热误差对测量结果影响的分析。

分为两个部分：第一部分为测试恒温槽上 层温场的温度梯度。本实验采用一支石英材质的一 等标准铂电阻温度计作为参考温度计，插入恒温槽 中心液面 250 mm 以下，采用一种特殊设计的 L 型 铠装铂电阻温度计（如图 1 所示）作为测量温度计， 用于测量水平及垂直温场。第二部分为测试置入深 度对不同材质和不同直径的温度传感器测量结果的 影响。被测传感器分别选取一支石英铂电阻温度 计，其感温部分为绕丝元件，骨架和外壳均为石英材 质，中空结构，石英玻璃常温下的导热系数约为 1.4 W/（mK），远低于常用传感器的金属材质的导热 系数，而且这种温度传感器感温部分绕丝长度远低 于标准铂电阻，两只直径分别为 4.5 mm 和 8 mm 的 铠装不锈钢外壳薄膜铂电阻温度传感器，3 支传 感器均为 A 级。测量仪表选用 ISOTECH 生产的 mickro500 测温电桥，为了消除恒温槽温度波动对测 量结果的影响，利用测温电桥的统计功能，3 s/次的 采集速率，60 组连续读数的算术平均值作为单次测 量结果。被测恒温槽采用湖州唯立仪表厂生产的侧 搅拌式恒温水槽和恒温油槽，实验分别在 50 ℃、 100 ℃、200 ℃ 恒温条件下进行。其中恒温水槽的工 作介质为纯水，恒温油槽的工作介质为甲基硅油。