干井式校准器的特性及测量
干井式包括一个温度控制物块,通常是一个金属块,它为比对测量提供了一个等温环境。由于通过固体块的热传输被减小,因此固体块比搅拌的液槽更容易受到温度梯度的影响。因此,如果通过插块的热损失模式发生变化,这些梯度就更容易受到这种转换的影响。在插块上提供有插孔或井,用于插入温度计。(为了满足不同尺寸的温度计,通常提供具有不同尺寸插孔的插块。)为方便插入和拔出,在温度计和井之间(以及护管和插块之间)要留出一定的空隙。这一空隙会产生热阻抗,阻止其间的热传输。带着这些问题,我们将讨论一些影响使用干井时的准确度的特性。这些特性包括温度稳定度、温度均匀性、热负载、温度迟滞和插入深度。
本文中的测量例子采用了一个或两个输入温度计读出装置。它们可以快速地以数字方式记录数据,以提供良好的分析。采集的数据已经被导入到Excel®电子表格中,并进行了数学操作和绘图。
温度稳定度
温度稳定度是影响干井式校准器性能的最基本和常见的测量限制之一。使用温度计和具有足够灵敏度和分辨率的读出装置测量温度区的控制波动,从而测得温度稳定度。响应时间与典型UUT非常相像的温度计是非常有用的。在任意指定温度下,干井稳定度测量的典型时间周期为30分钟。根据使用校准器的方式不同,可能适用其它的时间周期。温度稳定度在不同的温度下可能会有所不同。应该在其范围内对仪器进行特征定义,通常进行3组稳定度测量就足够了。对于仅进行加热的校准器 (即不使用制冷系统获得低于环境的温度),在其范围的最大、最小温度和中间点进行测量。对于低温干井式校准器的稳定性,除了在其最大和最小温度测量外,还要对接近室温的温度点进行测量。同时可对用户感兴趣的特定温度点进行测量。
稳定度用来衡量温度控制达到稳定后在测量周期内的温度偏移。可以通过两种方式查看稳定度数据(请参见图3)。所谓的“峰值”稳定度通常定义为正/负(±)数据组最大值和最小值差值的一半:
峰值稳定度= ±(Tmax – Tmin)/ 2
所谓的“2σ”稳定度,是数据组标准偏差的两倍:
2σ稳定度= ±(2×标准偏离)
2σ方法被认为可以更准确地描述稳定性,因为通常的温度起伏服从正态概率分布。其结果对温度观察周期的依赖性更小。
由于参考温度和UUT值的测量之间存在时间差,因此稳定度就是一个关键参数。可以通过获得尽可能高的稳定度来减少由此产生的不确定度。减少参考和UUT测量之间的时间差也会有帮助。

图3 两种确定稳定度的方法如图所示。2σ方法的置信度为95%
温度均匀性
为了使温度区内不同位置的传感器具有相同的温度,温度区内的温度在轴向和径向应该是均匀的或一致的。
所有干井式校准器都有一定程度的温度不均匀或不一致性。被插入到不同井中进行比对的不同温度计及不同类型的温度计感受到的温度会稍有不同。由井的长度产生的温度差异称为轴向梯度;不同井之间的温度差异称为径向梯度。可以对梯度进行测定,并画出其曲线。根据这些曲线可以估算出不确定度,并计入总不确定度。
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