[发明专利]对比较式地校准温度传感器的装置的校准容积的温度进行调节的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将用于比较式地校准/标定温度传感器的校准装置的校准容积的温度调节到理论温度的方法，其中，所述校准装置具有热源和/或冷却源，所述热源和/或冷却源通过一个导热部件或多个导热部件与校准容积热接触，本发明还涉及一种用于将用于比较式地校准温度传感器的校准装置的校准容积的温度调节到理论温度的设备，其中，该设备至少包括电子的数据处理单元，该数据处理单元可以通过接口接收至少一个位于校准装置中的温度传感器的测量数据。

背景技术

在工业和研究中使用的绝大多数温度传感器是二次温度计。即，相应的传感器、例如电阻温度计或热电偶必须至少在其第一次使用之前和大多也在其使用过程中被重复校准。为此在比较方法中将待校准的热敏传感器或开关在温度稳定的炉或槽中与标准温度计相比较。已知将相应的校准容积调温到可预先给定的恒定的理论温度上的设备。这些所谓的温度校准器不仅可以设计成沉重的固定不动的设备，而且可以如在文献US 3939687A中所述那样设计成紧凑的便携式的/可携带的校准器。

为了保证试件最佳地热耦合在校准容积或检验容积上，可以将作为固体的、适配于待检验的传感器的不同嵌套或试件接纳部加入到温度校准器的校准容积中。为了校准具有复杂几何形状的传感器，可以用液态、气态或颗粒状的校准介质填充校准容积。为了在校准容积内部达到尽可能恒定的空间温度分布，添加物或者校准介质要具有尽可能高的导热能力。为了保证尽可能恒定的在时间上的温度过程、即高度的温度稳定性，添加物或校准介质要具有尽可能大的热容量。

因为要将校准容积调温到由使用者预先给定的理论温度上，所以可以通过包围所述容积的导热体从校准容积提取热量或者将热量添加入校准容积。这个导热体在固定不动的校准器中一般设计成槽，而在便携式的校准器中一般设计成金属块，并且与冷却源(例如在DE 20 2005 006 710 U1中所述的作为冷却元件运行的帕尔贴元件或者较冷的环境空气)和热源(例如电阻加热器或者较热的环境空气)处于热接触。

由此产生的问题是，必须以怎样的强度或功率运行可调整的冷却元件和加热元件(可调参量或者说调节量)，以使校准器容积的温度(被控量)尽可能快速地达到所期望的温度值(理论值)，并且使这个温度在例如环境温度(干扰量)随时间变化时也保持尽可能稳定。根据在校准容积中或者在导热部件中测得的温度(测量量)对可调参量或者说调节量进行调整的控制技术上的问题通过本发明来解决。

已知的用于调节加热和冷却路段的方法是使用一个或多个相连接的PID调节器，如在文献DE 2 023 130 B中所述的那样。在使用PID调节器时的一般缺陷是，至少为了达到最优的调节性能、即校准器容积温度的高度稳定性，需要非常精细地调整或复杂地确定调节参数。在温度校准器的调节中，难以根据环境条件例如环境温度、空气湿度或电网电压实现最优的调节参数。但是，在温度校准器的调节中主要困难是调节路段的大的惯性，该调节路段从热源或冷却源通过导热部件一直延伸到校准容积。因此，由于导热部件(它可以构造成金属块)和校准容积(它可以构造成金属嵌套)的大的热容量，在加热功率以低于0.1Hz的频率相对较慢地变化时便已观察到校准容积温度相对于加热功率的几乎3π的相位延迟。因此利用一个或多个PID调节器不能或者只有在费事地确定合适的调节参数之后才能实现对于环境条件变化在约10秒内作出反应的稳定的调节。其结果是，通过目前在商业上可获得的温度校准器可达到的、对于500℃以上的理论温度的、在时间上的温度稳定性约为±30mK，并因此比对于高精度的温度校准所需的±5mK的稳定性几乎差了一个数量级。

在文献WO 2013/113683 A2中描述的将一个或多个固定点电池集成到温度校准器的块体中，是一种不仅达到高度的温度均匀性、而且达到时间上的温度稳定性的可能方案。该技术方案的缺陷是，仅对于所使用的固定点电池的一个相变温度给出固定点电池的温度在相变的时间段上的恒定不变。同时，固定点电池的成本是昂贵的，因此用于在不同的分别通过相应的固定点电池稳定的温度点上进行校准的装置是非常高成本的。