恒温油槽在温度计量检定应用中稳定性分析

【摘 要】恒温槽的技术性能的优劣决定着计量、校准工作的质量。本论文通过实验分析研究了温度计量检定规程规定的恒温槽温场平衡条件，发现了其中规定的一些数据存在的不足，并找出了较佳方案，为进一步缩短检定时间、节省人力物力的消耗、提高检定质量奠定了基础。

【关键词】油槽；恒温；稳定性；分析

对恒温油槽温场到达恒定温度点后温度达到处处相等的时间间隔、温度均匀的几何最大范围、以及在升温过程中温度搅拌器搅拌的最佳速度等，到目前为止都是笼统的一个简单的模糊要求或设计。很显然：1、温场温度到达恒定温度点后，达到均匀度要求的时间越短越好，时间越长对恒温设备的稳定性要求就越高；如果根据不同的温场用某种方法对温场进行监控，也许在低于10分钟的时间内就达到要求，由此就可进入下一个环节的操作；2、温场升温到指定检定点并恒定下来的时间长短，除了与加热速度有关外，主要由搅拌器的搅拌速度决定，如果调整不当，很容易造成温场温度振荡或升温速度慢，从而造成上述时间大幅度延长且难以恒定下来。

一、恒温油槽稳定性测试系统的设计

电路组成如下：被测温场温度传感器数据采集仪计算机键盘/显示器/打印机。此过程中测试系统传感器的输出信号，经数据采集仪采集并转换成输出给电脑，由电脑进行数据处理，并与电脑进行通讯，由此可完成对测试结果的存储、计算和打印等。

1、被测温场

采用北京新航科电有限公司生产的ZH1001型恒温油槽作为被测对象。该油槽由温度控制系统完成控温，其基本组成包括核心部件多功能高精度数字电测量仪表、关键部件多路自动扫描开关以及计算机打印机及配套软件，通过控制电路多路接口，将各个智能化功能部件连成系统网络，属于目前生产的较先进产品，可作为研究与应用的基础平台。

2、温度传感器

采用二等标准铂热电阻温度计，因铂热电阻的稳定性和线性度均比较好，所以在此采用二等铂热电阻做为传感器。

3、数据采集仪（扫描开关）

采用油槽控制系统自带配置的10通道扫描开关，扫描开关寄生电势≤0.4μν

由六位半数字电测仪表进行显示，其数字电压表的准确度为0.003%，分辨率0.01μν，同时与电脑进行通讯，具有数据采集、存储、图象显示等功能。

4、控制系统软件

该软件系中国北京中航机电研究所开发研制经中国计量研究院授权生产的计量管理软件，该软件可通过设置使整个系统处于完全自动工作状态，各个智能部件完全置于PC机的控制下，按程序自动完成回路自检、启动控温系统加热恒温，当温度稳定达到规程要求时，自动完成数据测量和采集、数据处理和保存并可自动形成结果文件，直至证书打印等，只需要进行鼠标按提示操作即可。

可对玻璃液体温度计、压力式温度计、铂热电阻、热敏电阻、热电偶、以及热电信号为输入、输出信号的二次仪表等通过电脑设置进行自动检定、管理。本设计中主要应用该软件对油槽的加热速度、温场波动性、温场稳定性、温场均匀性进行监测。

二、 恒温油槽稳定性分析

本论文根据国家质量监督检验检疫总局的环境试验设备温度、湿度校准规范进行了大量的实验，并进行分析研究如下：

1、温度计插入位置：油槽工作区域的水平平面中心；插入深度：下层距底2cm；搅拌速度：中速；实验过程温度：75-100℃；100-150℃；150-200℃；200-250℃。其到达设定检定要求条件后温场恒温10分钟进行记录数据。通过测试发现：

（1）相同的温度间隔内，温度越高其加热速度越小，到达检定规定要求的时间越长；（2）在温场到达整个0.02℃/min后，在设定恒温时间内温场波动一直不超过0.02℃/min，因此温场恒温时间可视具体情况缩短；（3）该恒温槽在中心点的温度控制偏差随控制温度的升高而增大，但在1.6℃左右变化。

2、温度计插入位置：油槽工作区域的侧距壁1cm，插入深度：下层距底2cm、搅拌速度：中速，实验过程温度：25-100℃；100-150℃；150-200℃；200-250℃。其到达设定检定要求条件后温场恒温10分钟进行记录数据。通过测试发现：

（1）在200-250℃升温过程中，出现加热速度减小，而到达检定规定要求的时间较短现象；造成原因：温度越高其热交换越快，同时侧面的位置比中心位置热交换充分；（2）除了25-100℃过程外，其他温度段在升温过程中，温场到达0.02℃/min后的恒温时间超过设定时间10分钟，说明存在短暂的超过0.02℃/min的情况又重新进行调节的过程。但在设定恒温时间内温场波动基本不超过0.02℃/min，因此温场恒温时间仍可视具体情况缩短；（3）该恒温槽在侧距壁1cm点的温度控制偏差仍随控制温度的升高而增大，但在1.6℃左右；（4）温场到达0.02℃/min的时间增长（比中心下层2cm）。原因是：该恒温油槽是通过外加热电阻丝将部分油加热后通过搅拌与内桶油进行热交换，则温场面积越大，距离中心越远的位置受热流影响越大，温度波动就越频繁，越不容易稳定下来。

3、温度计插入位置：油槽工作区域的最外侧距壁1cm，插入深度：几何中心，搅拌速度：中速，实验过程温度：58-100℃；100-150℃；150-200℃；200-250℃。其到达设定检定要求条件后温场恒温10分钟进行记录数据。通过测试发现：

（1）该位置出现温度波动超过规定0.02℃/min的较多。原因：该恒温槽的加热丝在工作区域的最内侧，因此，最前位置是热交换较慢（与内、侧位置比）的位置，那么，热损失影响相对显得较大，此位置的温度也就越不容易达到稳定。

（2）最突出的温度段是200-250℃。原因：恒温油槽的油到此温度段期间蒸发速度加大，在加热搅拌的同时也加速了油槽内油的蒸发，即热损失影响进一步加大，造成加热速度临时性调节加大，致使温场波动加大，从而造成上述现象出现。

（3）该恒温槽在最外距壁1cm点的温度控制偏差仍随控制温度的升高而增大，但在1.6℃左右。

通过上述实验分析发现：出现恒温时间超长现象，除了上述因素外，还有可能是搅拌速度设置不合适造成的，而在不同的温度段都设置成统一的搅拌速度显然存在一定的不科学性。

三、分析结论

在实际计量检定中或其他应用中，就可以将每个点的恒温时间缩短最大10min或5-10min（人们习惯用恒温4min），那么整个检定过程就可缩短半小时以上，再利用上述实验结果中的较佳方案进行检定，则4-5小时可以完成的恒温过程，有望在3小时以内完成。

参考文献：

[1] 国家质量技术监督局，JJG1030一91，恒温槽技术性能测试规范，北京：1991

[2] 国家质量监督检验检疫总局，JJF1101-2003，环境试验设备温度、湿度校准规范，北京：2003.

[3] 国家质量技术监督局，JJG130一2004，工作用玻璃液体温度计检定规程，北京：2004.

[4] 国家质量技术监督局，JJG351一1996，工作用廉金属热电偶检定规程，北京：1996.