4种常用温度传感器校准设备

温标

国际上使用摄氏温标和热力学温标，1968年建立了国际实用温标。

摄氏温标是以水银的体膨胀与温度间的线性关系为基础的，它与已被取消的华氏温标间的换算关系式为

热力学温标系以热力学第二定律为依据，理论上确定分子停止运动为绝对零度，但此温度目前无法实现。于是，设立了气体温度计，建立了热力学温标。其分度为水沸点至冰融点在标准大气压下之差为100 K。　

由于气体温度计装置复杂，且不实用。为此，于1968年建立了国际实用温标（IPTS-68）。IPTS-68适用于测定任何温度，数值与热力学温度相近而又具有较高的复现性。IPTS-68是以一些可复现的平衡态的定点温度，以及能够精准分度的标准仪器为标准校准设备的。由IPTS—68所定义的热力学温度（T68）和摄氏温度U68）间的关系为

IPTS-68定义的基准点列于下表中。

表 国际实用温标IPTS—68定义基准点

 

按国际温标，将整个温度测试区分为几段，各段使用不同的基准仪器：

低温至630.74℃以内，主要用铂电阻温度计；

630.74〜1064℃用铂镑-铂热电偶；

1064℃以上则采用光学高温计。

 

铂电阻温度计

铂电阻温度计是根据金属铂电阻值随温度变化而变化的性质制成的，典型结构如下图所示。

铂电阻温度计

 

标准铂电阻温度计的铂丝直径为0.3 mm，加工成铂电阻温度计后，要细心、严格地对其进行化学处理的热处理。

铂电阻温度计的电阻与温度间的关系为

为了提高测量准确度、减小偏差值，可通过下述途径：其一，对铂的纯度提出更高要求；其二，用内插公式增加分度点数;其三，改进铂的化学和热处理工艺。

铂电阻温度计配接的二次仪表为精密电桥或精密电位差计。为消除连接导线的影响，有时采用四线结构。

 

铂铑-铂热电偶

热电偶是根据热电效应制成的测温传感器。从理论分析已知，热电偶产生的电势由温差电势和接触电势组成。根据热电效应，任意两种导体都可作为热电极，组成热电偶而用来测温。在工程上，一般选择在其测温范围内稳定、电阻温度系数小、电导率高、组成热电偶后输出电势大，且其值与温度成线性关系的金属作为热电偶的热电极。经研究，钻铑10-铂热电偶复制精度及测量准确性高，故常用来作精密测量和作为标准热电偶。

下表列出了铂铑-铂热电偶及其他几种常用热电偶的特性。

表 常用热电偶特性

 

对热电偶，应在规定的温度点上进行校验。下表列出了铂铑-铂及其他几种热电偶的校验温度点。

表 常用热电偶校验温度点

 

热电偶可配接直接电位差计、精密电桥等二次仪表。

热电偶校验（标定）装置

 

上图为热电偶校验装置示意图。校验时，将两只热电偶同时置入加温箱中，其中一只为被校验（标定）热电偶，一只为铂铑-销标准热电偶，用比较法校准。校准时，将热电偶冷端置入冰点槽，以保持0℃。校验中炉温变化速率不应大于0.2℃/min。

不论是标准铂电阻温度计，还是热电偶标准温度计，用于校准其他温度传感器时，配用适当的高、低温恒温装置，即可进行工作。恒温装置包括恒温箱、水浴、油浴、髙温炉等。　

 

热电阻的标定

热电阻温度传感器的标定可用比较法。其方法是用标准温度计（标准水银温度计或标准铂电阻温度计）与被校热电阻温度计进行比较。测量电路一般多采用四线制精密电位差计，或精密电桥。校验（标定）装置如下图所示。

电阻温度传感器的标定

 

实验步骤是：用标准温度计测出恒温箱温度，经分压器调节毫安表，将被测系统回路电流控制在4 mA。首先将切换开关置标准电阻一侧，读取电位差计示值Us，再转置被测电阻端读出电位差计示值U,，即可按下式求得Rt。

式中,Rt——被侧点阻值；Rs——标准电阻值。

在同一校准点，重复多次，计算出各次测量所得出的尺值，取平均值。再调节恒温箱（一般取被测电阻承受额定温度的90%，50%和10%），重复上述步骤。

 

基准光电高温比较仪

中国计量科学研究院基准髙温装置一高温光电比较仪光路图如下图所示。工作时，光源（小金点黑体炉或温度灯）经物镜成像于调制器7的狭缝上，经调制转换为交流光信号。信号由光导纤维混合、传输，并于聚光透镜焦点上聚焦，经聚光镜和干涉滤光片后，由聚光透镜14均匀地聚焦到光电倍增管的阴极上。

基准光电高温比较仪

 

经调制的光相位相反，当两束光亮度不等时，一个交变光能量由光电倍增管接收，使指零仪表不指“0”，调节被检灯电流，以达亮度平衡。若两光源亮度相等，则被检光源的亮度温度就等于标准光源的亮度温度。

基准高温光电比较仪的控制线路框图如下图所示。

光电比较仪电子线路框图