中溫區溫度計量器具的檢定和校準,長期以來一直使用水槽、油槽作為溫度源,液體恒溫槽的穩定性和均勻性較好,所以計量部門都普遍使用。隨著科學技術的發展,新一代溫度計量儀器不斷推出,如干體爐、熱管檢定爐等,該類儀器升溫速度快,溫度范圍寬,對大氣環境無污染。通過對便攜式熱管檢定爐各項技術指標進行大量實驗,以確定該熱管檢定是否能滿足中溫區溫度計量器具檢定或校準技術規范的要求。
1、熱管檢定爐的工作原理
熱管檢定爐的主要核心部件是熱管,是一種利用封閉在金屬內的工作介質反復進行物理相變從而傳遞熱量的能傳熱裝置或者說是一種依靠管內介質的蒸發、凝結循環流動而傳遞熱量的部件。重力型熱管,其工作時蒸發段因加熱使其毛細材料中的工作介質蒸發吸熱汽化,此時蒸汽壓力上升而使得帶有潛熱的蒸汽通過工作區流向冷凝段,冷凝段由于大量散熱而使介質溫度逐漸降低,通過主體管外的散熱器后凝結成液體,液體在沿多孔材料靠毛細管力的作用流回蒸發段,再次被加熱汽化。如下圖1所示。
2、熱管檢定爐技術性能實驗數據
2.1 熱管檢定爐的穩定性
熱管檢定爐溫度達到熱平衡時,在15min內,每隔1min記錄一次標準鉑電阻溫度計的溫度值,取其zui大值和zui小值的差值的一半,作為熱管檢定爐的波動性。
選一支標準鉑電阻溫度計分別在200℃,300℃,390℃溫度點上進行測試,測試結果如下表1所示。
2.2 熱管檢定爐多孔之間的均勻性
選擇相對距離zui遠的兩孔,測量不同測量孔之間的zui大溫差。
選二支標準鉑電阻溫度計分別在200℃,300℃,390℃溫度點上進行測試,測試結果如下表2所示。
2.3 熱管檢定爐軸向溫場均勻性
2.3.1 熱管檢定爐中心點至底部的軸向溫場選兩支標準鉑電阻溫度計分別在200℃,300℃,390℃上進行測試,從中心點到底部測試結果如下表3所示。
2.3.2 熱管檢定爐距離上口55mm至底部的軸向溫場開口向下55mm處選用三支石油閃點玻璃溫度計(0~300)℃,分度值為1℃,編號分別為1#,2#,3#,閃點玻璃溫度計在恒溫油槽200℃和300℃的修正值如下表4所示。
三支閃點溫度計變換位置布點圖如下圖2所示。
閃點溫度計與標準電阻溫度計在熱管檢定爐中的測試數據如下表5,表6,表7所示。
通過對三支閃點溫度計在55mm處與標準鉑電阻溫度計在底部的數據比對如下表8所示。
由上述表格得出, 200℃時,在距離開口55mm處三支閃點溫度計孔間溫差0.4℃,55mm處距離底部的zui大溫差0.7℃;300℃時,在距離開口55mm處三支閃點溫度計孔間溫差0.4℃,55mm處距離底部的zui
大溫差0.3℃。
3、熱管檢定爐與液體恒溫槽、干體校驗爐的性能比較
3.1 液體恒溫槽的技術性能指標
恒溫油槽油槽的波動度、均勻度、穩定性,如下表9所示。
3.2 熱管檢定爐的技術性能指標
便攜式熱管檢定爐,其工作溫度為(200~400)℃,有效工作區深度為55mm~260mm,出廠技術指標如下表10所示。
3.3 干體式校驗爐的技術性能指標
FLUKE生產的9144型干體校驗爐,溫度范圍為(50~650)℃,深度為150mm,鉑電阻深度插入深度為150mm,在200℃和300℃的技術性能如下表11。
通過以上表格可以看出,熱管檢定爐其性能技術性能指標滿足《雙金屬溫度計檢定規程》,《工作用玻璃液體溫度計檢定規程》,《工業鉑、銅熱電阻檢定規程》的使用要求。熱管檢定爐*可以在中溫區溫度計量器具,如雙金屬溫度計,玻璃溫度計,鉑電阻溫度計,數字溫度計等儀器的檢校工作中作為輔助設備的使用。
熱管檢定爐的性能指標優于干體校驗爐的性能指標,相對于干體校驗爐,熱管檢定爐擴大了有效工作區,對于現場校驗短粗型計量器具,如雙金屬溫度計,溫度傳感器系統,溫度變送器等,熱管檢定爐在上口向下55mm處都能保持良好的計量性能,確保量值的準確可靠。
4、熱管檢定爐與液體恒溫槽比較實例
4.1 雙金屬溫度計
取二件雙金屬溫度計,分別在熱管檢定爐與液體恒溫槽中進行測試,在200℃、300℃點穩定后(標準溫度計示值相同),讀取雙金屬溫度計的示值,數據比對結果如下表12所示。
4.2 數字溫度計
取三件數字溫度計,分別在熱管檢定爐與液體恒溫槽中進行測試,在200℃、300℃點穩定后(標準溫度計示值相同),讀取數字溫度計的示值,數據比對結果如下表13所示。
由上述表格可以看出,雙金屬溫度計在液體恒溫槽中檢定與在熱管檢定爐中數據基本一致,數字溫度計的測量結果也基本一致。
恒溫油槽,一般使用的是甲基硅油,超過180℃時,會產生大量的油煙,造成環境污染,雖然有排煙機抽煙,但還是會有部份油煙會留在實驗室,給操作人員的身體健康也會帶來影響,并且硅油價格昂貴,使用一段時間后需要更換。鹽槽中的硝酸鹽易損壞槽體、攪拌葉片及溫度計等,使用中很不安全。而熱管檢定爐內高溫時無油煙,對環境無污染,對操作人員的身體健康也無影響,在提倡環境保護和健康生活的時代,熱管檢定爐無疑具有很大的*性。
便攜式熱管檢定爐,溫度范圍(200~400)℃,升溫速度快,從室溫到300℃,大約只需要1h左右。另外,由前面大量的實驗數據可以證明熱管檢定爐的技術性能也基本符合規程規范要求,*可以嘗試在中溫區溫度計量工作中使用。隨著科學技術的不斷改進,在今后的努力中,如果能嘗試將熱管檢定爐在體積和重量方便做得再輕巧點,方便攜帶,使其能在溫度計量中得到更廣泛的使用。
高溫熱電偶 多點熱電偶 耐磨熱電阻 熱電偶雙金屬溫度計