干體爐校準方法及不確定度評定

【摘要】干體爐的工作溫度范圍一般在-80～1300℃。干體爐具有無油煙、體積小、方便攜帶、能耗低等優點，且升溫至預設溫度比恒溫槽快，作為標準熱源被廣泛應用于溫度傳感器的現場校準。本文簡要介紹了干體爐的原理，著重研究了其校準方法，并對其溫度偏差進行了不確定度評定。

【關鍵詞】干體爐；不確定度分析；溫度偏差

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.074

Calibration Method and Uncertainty Evaluation of Dry Body Furnace

LI Pengcheng

（Liaoning Institute of Measurement， Shenyang 110004， China）

Abstract： The working temperature range of a dry furnace is generally between -80℃and 1300℃. Dry body furnaces have the advantages of no oil fumes， small size， convenient portability， and low energy consumption. They also heat up to a preset temperature faster than a constant temperature bath， making them widely used as standard heat sources for on-site calibration of temperature sensors. This article briefly introduces the principle of dry body furnaces， focuses on studying their calibration methods， and evaluates the uncertainty of their temperature deviation.

Keywords： dry body furnace； uncertainty analysis； temperature deviation

對工業現場的溫度變送器、工業鉑熱電阻、熱電偶等溫度傳感器進行校準需要用到相適應的恒溫源。按溫度傳遞介質的不同，恒溫源可分為干體爐和恒溫槽。干體爐相較于恒溫槽具有體積小便于攜帶、升降溫速度快、無油煙能耗低等優點，所以被廣泛用于校準石油、化工、制藥、電力、冶金等工業現場中無法拆卸的傳感器。

1.1干體爐工作原理

干體爐的主要組成部分有固體均溫塊、控溫裝置、監測均溫塊溫度的溫度傳感器。固體均溫塊的材質一般選用導熱性能好價格低廉的金屬鋁來為被校準溫度計提供穩定又均勻的測量溫場。為了使干體爐達到更好的溫度穩定性，生產廠家還會選取耐高溫的材料將均溫塊的四周密封?？販匮b置對均溫塊的溫度進行把控，配合顯示面板顯示均溫塊的實時溫度。溫度傳感器監測均溫塊的實際溫度，并將溫度數據傳遞給控溫裝置。

干體爐內置的均溫塊上設有插孔，均溫塊具有良好的均溫作用可為被校準的溫度計提供40 mm以上的均勻溫場，被校準的溫度計插入孔內便能獲得干體爐設定的溫度。在利用干體爐作為熱源校準溫度計時，校準結果會受到諸多因素的影響，如干體爐結構設計（控溫傳感器的位置）、溫度計插入孔內接觸間隙、校準環境等。

1.2國內外干體爐生產企業現狀

目前生產干體爐的國外制造廠家有FLUKE、AMETEK、ISOTECH等。這些歐美國家的公司早在19世紀40年代就開始深耕溫度校準儀表研發[1]，擁有深厚的理論基礎和設計經驗，所以國外的干體爐控溫性能較為穩定。相比之下，國內對于相關技術的研發起步較晚，但也涌現出一些優秀的代表企業，如北京康斯特儀表科技股份有限公司、泰安磐然科技測控有限公司等。

2.1校準時的注意事項

1）校準前可對設備參數進行調整，在校準過程中不可調整參數；2）若單獨對干體爐的溫度傳感器和顯示儀表進行校準，應嚴格按照相關技術指標進行；3）在進行干體爐溫度偏差、溫度波動度、孔間溫差校準項目時，溫度計應觸及干體爐測溫孔的最底部；4）若使用標準溫度計為標準鉑銠10-鉑熱電偶，且采用冰水化合物作為冰點補償，注意操作時冰水飛濺到干體爐的加熱孔中造成安全隱患；5）為了避免干體爐均溫塊插孔裸露空氣中受到環境氣流影響，可使用耐高溫玻璃纖維隔絕起到保溫作用。

2.2溫度偏差的校準

應采用參考標準溫度計對干體爐的溫度偏差進行校準。選取校準溫度點可依據客戶的使用要求來進行選擇，校準溫度點的數量一般為3個以上，校準溫度點應盡量選擇干體爐生產廠家銘牌標定的溫度使用范圍上下限附近，其他校準溫度點在溫度使用范圍內均勻分布。

測溫孔一般選擇具有代表性的中心孔，若客戶進行指定可更改，將參考標準溫度計插入選好的測溫孔中，保證參考標準溫度計的末端觸及測溫孔底部，操作干體爐面板設置成校準點溫度，待溫度達到并穩定，記錄干體爐面板溫度顯示值和參考標準溫度計實際測量值，記錄的時長應大于10 min，每間隔一分鐘記錄一組數據。取干體爐面板溫度顯示值與參考標準溫度計實際測量值的差值的平均值作為一次測量結果。每個校準溫度點需進行2次測量，分別在上升到設定溫度時和下降到設定溫度時進行[2]。

2.3溫度波動度的校準

將參考標準溫度計插入均溫塊的測溫孔底部，設定溫度后待干體爐達到熱平衡狀態，在30 min內每間隔2 min記錄一次參考標準溫度計實際測量值，在所有記錄的測量結果中選出最大值和最小值做差。干體爐的溫度波動度即為冠以“±”的差值的一半。

2.4孔間溫差的校準

對干體爐進行孔間溫差的校準，為了盡量避免溫度隨時間會有漂移的影響，可增設一支參考標準溫度計加入校準過程中來。測溫孔的選擇應為均溫塊徑向相對位置最遠的兩個測溫孔。

3.2各輸入量的估計值及其標準不確定度對應的不確定度分量

在校準過程中，使用的參考標準熱電偶外套管的外徑為d≥6mm，所以由溫度計導熱帶來的熱影響不考慮。

3.2.1參考標準溫度計實際測量值tS

通過查參考標準熱電偶的證書，得到測量的溫度值為400.10℃，測量的擴展不確定度為：U = 0.6℃，k = 2。

3.2.2電測設備的影響δtS

溫度控制器顯示表的分辨力為0.1℃，干體爐均溫塊的溫度設定給出的溫度分辨力引起的誤差為±0.05℃，均勻分布。

3.2.5孔間溫度差δtR

校準器有6個孔。在400℃時，測溫孔間的溫度差最大為0.14℃，得到孔間的溫度分布應該在±0.07℃范圍，均勻分布。

3.2.6遲滯效應δtH

在溫度上升和下降測量循環中，由于遲滯效應帶來溫度示偏差為±0.05℃，均勻分布。

3.2.7溫度軸向均勻性δtB

干體爐孔軸向溫度不均勻引起的不同插入深度帶來的讀數差為±0.25℃，均勻分布。

3.2.8均溫塊負載δtL

中心孔的最大負載的影響為0.05℃，均勻分布。

3.2.9溫度的不穩定性δtV

在一個測量循環約為30 min內同溫度不穩定引起的溫度變化在±0.03℃內，均勻分布。

具體不確定度匯總情況見表1。

本文介紹了干體爐的工作原理及國內外生產企業現狀，詳細總結了干體爐溫度參數的校準方法，并給出了溫度偏差的不確定度評定實例。本文為現場溫度傳感器計量水平的提高提供有力的技術支撐，滿足現場測溫領域量值的溯源及不斷提升精度水平的需求。

【參考文獻】

[1]李現旗.便攜式干體爐非線性控制系統研究[D].鄭州：鄭州大學，2013.

[2]干體式溫度校準器校準方法：JJF 1257—2010[S].

[3]陳素.對干體式溫度校準器軸向溫場均勻性的分析研究[J].計量技術，2020（1）：32-34.

【作者簡介】

李鵬程，男，1996年出生，助理工程師，碩士，研究方向為溫度計量。

（編輯：李加鵬）