[发明专利]一种能够将液体恒温转换为空气恒温的温度试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度计(温度传感器)检定或校准用恒温设备，尤其涉及一种能够将液体恒温转换为空气恒温的温度试验装置。

背景技术

目前接触式温度测量仪器的检定或校准过程中，通常是将被检的温度计(温度传感器)和标准温度计一起放置在一个温度稳定和均匀的恒温源中，被检温度计和标准温度计同时测量恒温源的温度，比较被检温度计和标准温度计的测量结果，就得到了被检温度计的测量误差。这样，恒温源的稳定性和均匀性，就会对检定或校准的结果产生影响，因而恒温源的稳定性和均匀性越好，对检定或校准结果的影响就会越小。用于检定或校准的恒温源，其技术指标的特征就是恒温源温度场的稳定性、均匀性和能达到的温度范围。

由于测量对象的多样性，有相当大一部分的测量仪器，只能测量空气的温度，不能测量液体的温度。也有因为温度传感器与其它传感器结合起来，导致其只能测量空气的，比如温度传感器与一氧化碳、二氧化碳、湿度等气体传感器组合在一起的多参数测量传感器，由于一氧化碳等气体传感器的测量对象只能是空气，导致温度测量时也只能测量空气。当这一类传感器进行温度校准时，就需要放置在一个以空气为介质的恒温源中，不能放置在以液体为介质的恒温源中，否则就会被损坏。

目前能够满足温度计检定或校准要求的恒温源，主要是以液体为介质的恒温槽，即一般日常所说恒温油槽和恒温水槽等。以空气恒温箱为代表的空气恒温源，其温度的稳定性和均匀性与以液体为介质的恒温槽相比相差几个数量级以上。究其原因，主要是由于空气的性质和加热方式造成的。导热性差和热容量小是空气的固有特性。目前，一般的空气恒温箱的稳定性和均匀性在-70℃～300℃温度范围内，它分别只能达到±0.5℃和4℃。国外一种专门为空气型电阻器、电感器的测量而设计的精密空气恒温浴箱，采用灯管对空气加热和恒温，由于灯管加大了与空气的接触面积，因而得到的空气温度的稳定性和均匀性有了提高，达到了±0.06℃和0.4℃，但温度范围只覆盖了5℃～50℃。而最好的液体恒温槽的稳定性和均匀性分别达到了±0.0008℃和0.002℃。常用的、普通的液体恒温槽，在-100℃～300℃的温度范围内，稳定性和均匀性一般都能达到±0.02℃和0.05℃。

目前空气恒温箱和国外精密空气恒温浴箱的设计结构，如图3所示，空气恒温箱箱体1内设保温层2，它在一个工作空间的后部设置由风道隔板6和空气恒温箱箱体1侧壁构成的风道8，风道8内安装加热元件7、制冷器9。空气在风道8内经加热元件7、制冷器9的直接加热和冷却，风道8上部安装的风机5在风机驱动电机4的带动下强制将空气循环，由风向调节板3进入工作空间，空气再经工作空间底部回流到风道8内形成循环。

这种设计方法的主要缺点可归纳为：

(1)加热元件7的加热面积较小，空气与加热面的热交换不充分，在风道8内流动的空气，有相当部分没有与加热元件7的加热面直接接触，这就造成了有部分空气被直接加热，有部分空气没有被直接加热；与之类似，制冷器9的制冷面积也较小，会造成相同的问题；

(2)对加热元件7的控制，是一种间断式的通电控制，即加热元件不是一个温度稳定的热源，这就造成了空气时而被加热，时而没有被加热。

由于空气导热性差的固有特性，这就导致了空气温度的稳定性和均匀性，不能达到较高的水平。

与空气的性质相反，导热性好和热容量大是液体的固有特性。使用加热元件、制冷器直接对液体加热和冷却，通过搅拌使液体在测试腔内流动，这样得到的液体恒温槽温度的稳定性和均匀性可高出空气恒温箱几个数量级。

为了解决空气导热性差的问题，人们设计了一种空气恒温槽，其结构如图4所示，它包括无油空气压缩机10、空气干燥器11、金属空气介质测试腔12、标准温度计13、被检温度计14、测试腔空气排空孔15、搅拌器16、液体介质恒温槽17、金属热交换管18和微孔挡板空气均匀器19，它把一个金属空气介质测试腔12浸没在液体介质恒温槽17中，同时，把导热性好、足够长的金属热交换管18也浸没在液体介质恒温槽17中，金属热交换管18的一端与测试腔的底部连接，另一端通入压缩空气。压缩空气在金属热交换管18内流动，尽管空气的导热性差，但由于与液体进行了较长时间的热交换，压缩空气到达测试腔时，空气温度也能够相当接近液体温度。这样，在测试腔内便获得了与液体温度相当接近的空气温度，稳定性也相当接近。这是一种设计空气恒温槽的方法，示意图如下图4。

这种方法虽然获得了很好稳定性的空气温度，但还是存在许多缺点，主要缺点可归纳为：