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轴向均匀性
  干井式校准器顶端和底部散热速率与中心不同。这将产生延井的轴向温度梯度。干井式校准器的设计对梯度进行了补偿,其方法是热量分布延温区方向而不同。这些技术还不算完美。延井深方向仍然存在径向梯度。温度计的感温区深度不尽相同,或者与相比对的温度计有不同的敏感元件长度。例如,PRT传感器的长度可能不同,或者在护管内的位置也有差异,因此所感测的就是温度区内不同轴向位置的温度。比对不同类型的传感器(例如将敏感元件长度短的电热偶或热敏电阻与长敏感元件的标准铂电阻参考温度计-SPRT相比对)就会产生明显的轴向位置差异,因此这种比对就非常容易受到轴向梯度的影响。
  可以对轴向梯度进行测量,来评估它对总不确定度的影响。有两个温度计的温度读出装置是十分理想的。其中一个温度计可以为典型的参考标准,例如二级参考标准或PRT。但是梯度温度计需要有特殊的特性。需要具有较短敏感元件的温度计——建议敏感元件长度为5mm或更短。直径也应尽可能小——小于6mm。同时应对梯度温度计进行测试以验证其具有相对较低的散热效应。用于设计的传感器可以是PRT、热敏电阻或贵金属热电偶,它应具有足够的温度范围能够覆盖干井的温度范围。由于廉金属热偶的同质性不好,因此廉金属热电偶不适合这样的测量。建议在实际应用中采用PRT而不是贵金属热电偶。温度计的稳定度不是特别关键,只要在测量期间足够稳定,可以进行准确的温度差异测量即可[1]。
   测量可以在任何温度下进行,但是当干井式校准器的温度与环境差别过大时,温度偏差通常会增加。对干井式校准器在其全部温度范围内进行评估是有益的,通常要在低温、中温和高温下进行测量。
   从井内最深处(0 mm)开始测量然后以最小20mm的增量逐渐抽出梯度温度计。每次测量必须留出井内重新建立温度平衡和稳定的时间。覆盖的深度范围应当包含将在校准器内校准的温度计的感温长度涵盖的的范围。一些SPRT和二级参考温度计的敏感元件长度可能为40~60 mm。通常的测量点可能包括0mm(井的底部)、20mm、40mm和60mm,然后返回0mm以确认井没有漂移。当梯度温度计在井内上下移动时,参考温度计始终在另一个井的底部。两个温度读数的差异即提供了所需的梯度数据,该数据不受干井控制传感器和控制器件不稳定的影响。


图4 参考探头和梯度探头的测量刻度在左侧;由深度引起的轴向偏差的刻度在右侧。数据基准点为0mm深度,此时偏差为0°C。在干井式校准器稳定后,偏差由平均数据决定。将最后的0 mm读数与第一个读数比较以确定是否发生偏移。

  梯度曲线如图5所示。平滑的梯度曲线说明温度和深度测量准确。
  由轴向梯度引起的不确定度极限,可以通过计算在被测敏感元件的最大长度范围内的最大温度变化来进行评估。图4所示例子中的最大误差为0.032°C,除2后得到峰值为±0.016°C这是从最小的传感器(梯度测试探头为5mm)到所选的40mm最大传感器之间的误差范围,条件是:全部插入井中。
  如果知道确切的梯度曲线和敏感元件长度,可在一定程度上改进不确定度。图5中的例子还显示出了40mm参考温度计和20mmUUT之间的误差。其各自温度值由梯度曲线积分得到。注意使用设计和长度基本相同的元件,可以消除轴向均匀性误差的影响轴向均匀性误差是误差计算中最明显的不确定度因素之一。


图5. 把从图4的微分曲线得到的测量数据单独绘制,可以建立梯度曲线。对20mm和40mm传感器的长度进行积分,得到各自的温度值。两者之间的误差比采用40mm测量的最大可能误差小。注意相同长度的传感器测得的井温度相同。

  如果知道温度计的构造,便可使用一项减少此类误差的技术。图6显示为具有大温度变化的梯度曲线的干井式校准器。根据参考传感器的位置和长度,可对其检测温度进行估算。采用对插入深度的曲线进行分段、对偏差或误差值进行平均的简单积分方法进行估算。也可以对具有相同插入深度的20mmUUT传感器进行评估,并确定相对误差。如果移动较短的传感器,使得两传感器的中心并排放置,可以明显地减小误差,如图所示[2]。

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