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新型便攜式恒溫槽的研制與應(yīng)用
張思英 （中石化濟南分公司計量中心，濟南 250014）
張炯 （山東省計量科學(xué)研究院，濟南 250014）
摘要：本文介紹了一種全新結(jié)構(gòu)的便攜式恒溫槽，它與現(xiàn)有的恒溫槽及干體爐相比，在300℃范圍內(nèi)具有使用方便，測量可靠性高等優(yōu)點，可大大提高現(xiàn)場校準工作效率。
關(guān)鍵詞：便攜式恒溫槽現(xiàn)場溫度校準
This article is to introduce a new pattern of portable thermostatic bath. Compare with early portable thermostatic bath and stem body stove, it is more convenient , reliable within 300℃ scope, and could greatly elevate in situ calibration efficiency.
key words : portable thermostatic bath, temperature correction
制造業(yè)的迅猛發(fā)展對工業(yè)儀表的校準提出了新的要求,現(xiàn)場校準成為發(fā)展的方向。研制一種操作簡單、攜帶輕便、且測量精度高的標準熱源的呼聲越來越強烈。
一、300℃以下便攜性溫度標準熱源現(xiàn)狀及存在的問題：
300℃以下的標準熱源主要有恒溫槽及干井爐兩種:
恒溫槽測量精度高，一次可校準的元件數(shù)量大，但是介質(zhì)充填多，自重大，人工搬動較困難。（普通恒溫槽及便攜式恒溫槽結(jié)構(gòu)見圖1）
為滿足現(xiàn)場使用，有人設(shè)計了比普通恒溫槽高度短一半的產(chǎn)品，兩人可抬著走動,但在實際工作中這種設(shè)備仍顯笨重。
以進口產(chǎn)品為主導(dǎo)的磁攪拌便攜恒溫槽體積緊湊，一人可攜行，使用了半導(dǎo)體制冷/加熱片，具有－40℃～120℃的工作范圍。這種設(shè)備的缺點是磁攪拌器及半導(dǎo)體制冷片均無法承受更高溫度造成使用溫度范圍受局限；該設(shè)備較短的工作腔及底部轉(zhuǎn)動的攪拌器造成部分測溫較高、外形粗長的元件無法使用該設(shè)備檢驗。
便攜式干井爐體積緊湊，一人可攜行，可用溫度范圍寬，目前產(chǎn)品可使用在－40℃～1200℃范圍內(nèi)。干井爐的不足同樣明顯，均熱塊熱容量小，一旦插入被檢元件就會造成較大的溫度變化。檢驗人員必須等待設(shè)備重新穩(wěn)定，降低了使用效率；均熱塊傳熱需要與被檢元件緊配合，經(jīng)常出現(xiàn)溫度元件無法放入或無法與均熱塊緊接觸的尷尬狀況。在實際使用中，用該設(shè)備測量部分較精巧的凱裝溫度元件時效果較好，其它情況下該設(shè)備就顯能力不足。
普通恒溫槽 便攜式恒溫槽
圖1
二、改進的需求與實現(xiàn)方案：
我們在眾多現(xiàn)場校準中發(fā)現(xiàn)，一種可在室溫至300℃范圍內(nèi)，方便、地校準現(xiàn)場遇到的各種外形尺寸的溫度元件，能提供有高于0.1℃的測量不確定度（被檢元件精度足夠高），且自身尺寸與干體爐相當?shù)脑O(shè)備是符合現(xiàn)場需求的。
山東省*設(shè)計制造了一種結(jié)構(gòu)簡單、攜帶方便、測量精度高、使用極其可靠的便攜式恒溫槽，下面是該設(shè)計的詳細介紹：
圖2
1.攪拌電機;2.控溫熱電阻;3.被校元件;4.工作腔;5.加熱器;6.攪拌腔;7.攪拌葉片;8.連通管道;9.腔口螺紋;10.密封油封;11.空白區(qū)域;
圖2中，兩個工作腔4上下端通過連通管路8分別與攪拌腔6的上下端連接，攪拌腔6外部裝有加熱器5；攪拌腔6內(nèi)設(shè)有攪拌葉片7和控溫熱電阻2，攪拌葉片7連接設(shè)于攪拌腔6外上部的攪拌電機1。工作腔4上部端口設(shè)有螺紋9，搬運攜行時，工作腔口的螺紋4可擰上堵頭；攪拌腔上部端口與攪拌電機1轉(zhuǎn)軸處設(shè)有油封10。
該設(shè)備工作腔中加注液體介質(zhì)，導(dǎo)熱油或水，在攪拌電機的推動下沿圖示方向流動；同時電熱體在精密溫控器的控制下加熱介質(zhì)，任意形成穩(wěn)定均勻溫場，成為溫度計現(xiàn)場校準的標準熱源。換裝不同的加熱/制冷元件,該結(jié)構(gòu)可形成－20℃～300℃的系列產(chǎn)品。
該設(shè)備具體數(shù)據(jù)如下：
| 外形尺寸 | 400mm×150mm× 350mm |
| 工作腔直徑、深度 | 50mm× 300mm |
| 介質(zhì)容量 | 5升 |
| 溫場垂直溫差 | 0．01℃ |
| 溫場波動度 | 0．01℃/10min |
本設(shè)備還可以有另外一個變種，只有一個工作腔體4和一個攪拌腔6，以便進一步減輕重量，見圖3。
三、該設(shè)計突出的四個特點：
1． 腔口的螺紋及油封設(shè)計可保證運輸時可保證液體介質(zhì)被密封在槽體內(nèi)不外瀉，運輸時不必取出介質(zhì)，方便了工作。
2． 測試腔直徑50mm,深度300mm,多數(shù)測溫元件可以很輕松地放入工作腔，無需特殊固定，無需考慮尺寸配合，即可基本豎直站立，滿足檢驗條件。這個優(yōu)點使得該設(shè)備具有*的適用性。
3． 可放置配大接線盒的熱電阻、壓力式溫度計等測溫元件。這些元件外形有頭大腿細的特點，由于工作腔4（圖1）與攪拌腔6（圖1）間距較大，可容下配有較大接線盒的熱電阻，避免與攪拌電機1或被檢元件之間互相碰撞。
4． 由于采用長軸傳動攪拌，介質(zhì)流動速度快，可以保證具有與固定式恒溫槽基本相同的均勻度、波動度指標。
5． 導(dǎo)熱介質(zhì)熱容量適中，溫度元件突然插入不會造成溫度明顯變化。
圖3 圖4
四、新舊設(shè)備的性能對比：
下表是該設(shè)備與現(xiàn)有技術(shù)的對比表格：
| | 新型便攜式液體恒溫槽 | 普通液體恒溫槽 | 磁攪拌便攜恒溫槽 | 便攜式干井爐 |
| 適用性 | 高 | 高 | 一般 | 較差 |
| 便攜性 | 好 | 差 | 好 | 好 |
| 測溫范圍 | －20℃～300℃ | －40℃～300℃ | －40℃～100℃ | －40℃～1200℃ |
| 測量精度 | 高 | 高 | 較高 | 較差 |
可以看出該結(jié)構(gòu)設(shè)備繼承了液體恒溫槽導(dǎo)熱效果好、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，吸取了便攜式干井爐小巧易攜的特點，在－20℃～300℃溫度區(qū)間內(nèi)具有自己獨到的特點和優(yōu)勢。當我們在生產(chǎn)、科研中再開展這個溫度區(qū)間的校準工作時，這種設(shè)備無疑提供了一種可靠的解決方案。
五、現(xiàn)場使用情況反饋
該設(shè)備（溫度范圍為：環(huán)境溫度～300℃）試制完成后，山東省*的工作人員在西氣東輸、京滬高鐵多個國家重點工程項目進行了現(xiàn)場試用。據(jù)反映，該設(shè)備便攜性較好，一個人即可提到工位附近；再者，其現(xiàn)場適應(yīng)性*，無論是雙金屬溫度計還是直徑粗大的溫度變送器，都可以直接插入恒溫槽中且無需輔助固定，無需考慮尺寸配合問題，即可開展校準；第三個，液體槽的均熱特性使得檢驗人員不用擔心熱源的溫度是否*傳遞給了被檢驗儀表，檢驗數(shù)據(jù)的可靠性毋庸質(zhì)疑。
小結(jié)：長期的現(xiàn)場工作經(jīng)驗告訴我們，在環(huán)境條件較差的野外工作現(xiàn)場，可靠性、方便性顯得尤為重要：攜帶不便，檢驗人員不愿使用；可靠性不高，檢驗人員不敢使用。該設(shè)備的特點在于綜合平衡了這幾個需求，在一個適當?shù)臏囟确秶鷥?nèi)提供出了一個好用的解決方案，提高了檢校效率，很受檢驗人員的歡迎。
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