CN102177425B - 校准设备 - Google Patents

Abstract

一种用于温度探针的校准设备，该设备包括具有开口（2）的细长校准室（1），该开口用于容纳具有容纳温度探针（6）的通道（4）的插入件（3），其中，腔室（1）具有由温度探针（12-14）控制的多个热能元件（9-11）。在插入件中同样设有一个或多个外部探针（7），每个外部探针具有一个或多个温度传感器，以产生这样的效果：在距离插入件（3）的端部相应的不同距离处设置至少两个传感器（19，20或15，17）。将后面提到的传感器与电调节装置（20，23）和测量单元（21，24）连接，以调节对于热能元件的功率供应。

Description

校准设备

本发明涉及一种用于温度探针的校准（calibration）设备，校准设备包括具有一开口的校准室，该开口用于容纳具有容纳温度探针的通道以控制室中的热分布的插入件，其中，室具有几个热能元件，并且其中，该设备具有温度探针和用于控制热能元件的电路。

这种校准设备可例如从WO99/04231中得知。这种设备用于以可能低至0.01°的精度来校准温度探针。由于高精度级别的原因，存在许多误差源，现有技术已经纠正了部分误差源。一个主要问题源于热从开口附近的校准室被带走。一方面是由于不可能在待引入插入件的开口中布置任何加热元件，另一方面是由于布置在通道中的温度探针会引起热（或冷）的不可控的排放，而且，在例如可控制校准室中的加热元件以获得非常精确的温度的情况中亦是如此。来自加热元件的热能通过插入件传播，其中，温度探针设置在一些通道中，但是可能不是在所有通道中；并且，其中，每个温度探针排出一定量的热能以产生这样的效果：正好在设置待校准的温度探针的地方，温度与加热元件的温度一点也不相同。另一问题是，从校准室到插入件的热传递限定不明确。使用几个热能元件是减小不期望的且未知的温度梯度的已知方法，但是迄今为止，已经可能仅控制直接在热能元件周围的温度。

NL8500802披露了阻抗温度计，其插入块中并且用于向电控电路提供温度反馈。

US6007239披露了校准设备或比较器，其用于在升高和降低的温度下检测温度感测探针。

GB2435691披露了温度变化的低温比较的校准装置，其包括真空护套和比较校准块，在真空护套中，该比较校准块由热传导性高的材料制成（如，铜）并且通过冷却器或加热器保持在固定温度下。比较校准块中的参考温度计容纳部分具有安装其内的参考温度计，以及比较校准块中的插入孔，校准目标温度计通过该孔从真空护套外部经过引入管而插入。引入管填充有热交换气体。

本发明的目的是提供一种校准设备，由此，与迄今为止已经可能的相比，在温度探针的校准中可获得提高的精度。

这样实现此目的：温度探针包括设置在距离插入件中的开口不同距离处的至少两个外部温度传感器。

因此，可测量直接接近于设置于插入件的通道中的温度探针的温度梯度。

可在每个温度探针中布置一个单一传感器，且因此，对于每个温度探针，在插入件中必须有一个通道。

通过另一实施方式，可在外部探针中设置两个温度传感器，其中，传感器沿探针的纵向方向以一定的相互距离布置。通过此实施方式，插入件包括用于容纳这种外部温度探针的相对长的通道。

通过一个优选实施方式，也可在外部温度探针中设置两个串联连接的传感器，并将其与控制热能元件的电控电路连接。

也可在单个或多个外部温度探针中设置三个或更多个传感器，由此，可根据任何需求非常精确地控制温度。

通常，优选使用可引入插入件中的通道内的分离的外部温度探针，但是，应理解，本发明还覆盖这样的选择：校准室与可延伸至插入件中的通道内的一个或多个温度探针结合（coherent）在一起。

热能元件可以是电加热元件和/或冷却元件，例如，可使用珀耳帖元件（Peltier-element），可通过纯电装置使珀耳帖元件在加热元件和冷却元件之间转换。

本发明还使得，根据从校准室排出的热，插入件中的温度过程的电控制和电存储能够有完全新的选择。

现在将参考附图，参照以下对一个实施方式的描述进一步详细地说明本发明，其中

图1示出了已知加热室的分解透视图；

图2示出了通过这种加热室的截面图，但是其被改变为示出本发明的一个实施方式；

图3示出了通过本发明的另一实施方式的截面图；

图4示出了用于控制根据本发明的校准设备的原理图，同时

图5示出了用于说明本发明的效果的曲线。

图1示出了校准室1，其是典型地细长、笔直的室，在顶部具有用于容纳插入件3的开口2。本发明并不精确地限制于校准设备的该构造，而是将在下面给出实例。

插入件3还具有分别用于容纳温度探针6和温度传感器7的开口4和5。

此外，校准室1具有用于容纳电加热元件9至11的多个孔和各温度探针12至14，各温度探针12至14与调节供应至加热元件的功率的电控电路连接。注意，也可设置冷却元件，以在低温下校准温度探针。

典型地，几种类型的插入件3设置有更大或更小数量的不同尺寸的孔，以容纳几种尺寸的探针6，一次容纳任意几个探针。这意味着，从校准室排出的热能非常大程度上取决于已经安装在校准室中的插入件的类型，并取决于在插入件3中引入哪些探针6以及引入多少探针6。在实际中，这将使得难以非常精准地调节温度探针6处的温度。通常，对一温度探针和某一温度间隔形成完整的校准曲线，且因此时间不允许过分延长的温度设定。

通过现有技术，探针13用于确定校准室的温度，而探针12和14用于调节校准室的顶部和底部之间的温差。在改进测量精度和调节速度的尝试中，还已知在插入件3中设置温度传感器7，使得来自传感器的输入能够减小通过仅使用温度传感器12至14而出现的温度误差。

图2示出了通过根据本发明的校准设备的一个截面，其中，用相同的参考数字表示已经在图1的上下文中说明了的零件。根据本发明，插入件同样包括至少两个分离的温度传感器，其以距离加热元件11不同的距离布置在加热室1的顶部。通过图2所示的实施方式，一个传感器是探针7中的传感器15，而另一外部传感器16设置为具有传感器17。如上所述，由于来自插入件3顶部的变化的热负载，难以控制校准室顶部处的温度以产生这样的效果：整个插入件具有相同的温度。现在，根据本发明，能够测量传感器15和17之间的温差，可获得用于保持预定温度的改进调节，但是还可获得用于达到此温度的改进调节，传感器15和17之间的温差的发展可用于提供加热元件（特别是顶部11处的加热元件）的更有效的调节。

图3示出了本发明的一个替代实施方式，这里使用容纳根据本发明的两个传感器19、20的外部探针18，这些传感器还设置在距离校准室顶部处的加热元件不同距离处。通过一个优选实施方式，传感器19和20串联连接，以产生这样的效果：使用电势或电阻的差表示传感器之间的温差。因此，应当理解，当在插入件中设置根据本发明的外部探针时，许多变型是可能的。同样地，应当理解，并非必须从外部将外部探针引入插入件中的通道内。还能想到，外部探针可从校准室的底部向上延伸并且插入件具有用于容纳这种探针的通道。

图4示出了用于控制根据本发明的校准设备的图表的一个实例。

以已知的方式，第一调节器单元20控制供应至校准室的基本能量，传感器13经由测量单元21发出信号。功率调节单元22调节供应至加热元件9的功率。

此外，设置另一调节器单元23，其也以本质上已知的方式调节供应至加热元件11的功率。这通过借助于测量单元24测量的传感器13和14之间的温差并且随后调节器单元23控制功率调节单元26来实现。

根据本发明，设置温度传感器15和温度传感器17，并且，借助于测量单元25发现温差。因此，可在不同的温度和不同的负载下调节供应至加热体11的功率，以产生这样的效果：插入件3中的温度梯度变得与来自温度探针6和7的热负载无关。例如，可将调节器单元20和23构造为存储表示在源于插入件3中的探针6和7的各热负载环境中如何实现最快加热至确切温度的表。还可用此信息在温度探针12和14之间插入温度偏移量（offset）。

图5示出了说明本发明效果的多条曲线。

温度T代表在遍及整个插入件中应该优选地占大部分的理想温度。然而，曲线K1示出，当插入件由于温度探针而受到热负载时在实际中情况并非如此。从插入件的底部朝着其顶部，温度基本上均匀地下降。曲线K2和K3示出，通过根据本发明的校准设备在插入件中产生的温度分布。K2示出了没有热负载（例如，待校准的温度探针）时的温度分布，而K3示出，当通过温度探针使得插入件加载时热在插入件的纵向方向上如何分布。

Claims (10)

1.一种用于校准温度探针（6）的校准设备，所述设备包括细长的校准室（1），所述校准室（1）具有用于容纳插入件（3）的开口（2），所述插入件具有用于容纳待被校准的温度探针（6）的以及用于容纳外部温度探针（7）的通道（4、5）以控制所述校准室（1）中的热分布，其中，所述校准室（1）具有多个热能元件（9、10、11），并且其中，所述设备具有外部温度探针（7、12、13、14），该外部温度探针连接至电控电路，其控制对于所述热能元件（9、10、11）的能量供应，所述校准设备的类型是，多种类型的插入件（3）设置有不同尺寸的数量或多或少的孔，用于容纳多种尺寸的待被校准的温度探针（6），一次能够将多个待被校准的温度探针安装在所述校准室中，其特征在于，所述设备的所述外部温度探针包括至少两个外部温度传感器（15、17、19、20），所述两个外部温度传感器设置在位于所述插入件（3）中的一个或多个外部温度探针（7、16、18）中并且当沿纵向方向看时位于距离所述插入件（3）中的开口不同距离处；并且，所述设备具有所述电控电路，所述电控电路被构造为响应于来自所述两个外部温度传感器（15、17、19、20）的信号而控制所述热能元件（9、10、11）。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述温度传感器（15、17）均设于其各自的外部温度探针（7、16）中，所述外部温度探针（7、16）均设于所述插入件（3）中的其各自的通道中。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在一单一外部温度探针（18）中设置两个外部温度传感器（19、20），其中，所述外部温度传感器（19、20）沿所述外部温度探针（18）的纵向方向设于彼此距离一定距离处。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述外部温度探针（18）包括两个串联连接的外部温度传感器（19、20），所述外部温度传感器沿所述外部温度探针（18）的纵向方向具有一相互间隔，并且所述外部温度传感器与所述电控电路连接以响应于所述外部温度传感器（19、20）之间的温差而产生控制信号。

5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，在每个外部温度探针中设置三个或更多个传感器。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述外部温度探针（7、16、18）之一从所述校准室（1）的底部向上延伸并且所述插入件具有用于容纳所述外部温度探针的通道。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述热能元件（9、10、11）是电加热元件。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述热能元件（9、10、11）是冷却元件。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述热能元件（9、10、11）是珀耳帖元件。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电控电路包括数字存储器，响应于对所述热能元件（9、10、11）的给定热能排放和供应，所述数字存储器用于存储所述插入件（3）中不同位置处的温度梯度之间的关联；并且，所述待被校准的温度探针在所述校准室中被构造为响应于所述存储器中的信息而可调节偏移量。