CN105910731A - 基于共晶点的微型固定点装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种共晶固定点容器，其包括：容器外壳、其具有容置空间；坩埚，所述坩埚位于所述容置空间中；温度计阱、该温度计阱位于坩埚中，在温度计阱和坩埚之间具有共晶材料。还公开了一种基于共晶点的微型固定点装置，其包括至少一个所述固定点容器。本发明的装置复现方法简单，便于携带，满足了工业现场精密铂电阻温度计高精度校准的需求。

Description

基于共晶点的微型固定点装置
技术领域
本发明涉及一种温度计标定装置，尤其是涉及一种用于现场标定工业铂电阻温度计的基于共晶点的微型固定点装置。
背景技术
温标固定点温度传递技术就是把温度的量值通过标准铂电阻温度计在定义固定点上进行分度后，逐步传递给下一等级温度计。当前，国际上温标水平在几个毫开尔文，而实际工业应用水平比温标水平差的几十倍，甚至几百倍。造成差异主要来源于：实验室环境稳定，测量设备精度高，测量易于实现；而工业现场环境中大多为高温高压高辐射环境，无法拆卸温度计，测量困难，与实验室测量环境相去甚远。例如：空间气象卫星需要对星载温度计进行自校准；在核电站高温高辐射的测量环境下，同样需要温度计具有自校准功能。
随着我国工业的发展，人们对工业现场温度测量的准确性提出了更高的要求，常规的比较法对其校准已经不能满足需求，迫切需要开展工业现场标定方法研究，如何把基准固定点传递技术高精度的应用于现场温度标定是亟需要解决的问题。
发明内容
本发明提出了一种基于共晶点的微型固定点装置，用于温度的现场检定，且具有较高的精度。
本发明提出一种共晶固定点容器，其包括：容器外壳、其具有容置空间；坩埚，所述坩埚位于所述容置空间中；温度计阱、该温度计阱位于坩埚中，其特征在于：在温度计阱和坩埚之间具有共晶材料。
其中，进一步包括容器盖，所述容器盖与所述容器外壳相配合。
其中，所述容器外壳由高纯度紫铜材料或其他具有高导热性的金属材料制成。
其中，所述容器盖采用与容器外壳不同的材料制成。
其中，所述坩埚采用聚四氟乙烯材料制成。
本发明还公开一种基于共晶点的微型固定点装置，其包括：均热块，该均热块具有至少一个容置孔，在该至少一个容置孔中设置有如前述的共晶固定点容器。
其中，在所述均热块中心设置一小孔。
其中，进一步包括与均热块配合的均热块盖子。
本发明的装置复现方法简单，便于携带，满足了工业现场精密铂电阻温度计高精度校准的需求。
附图说明
图1本发明的共晶固定点容器的结构示意图；
图2本发明的均热块的结构示意图；
图3本发明的均热块盖子的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图对本发明的实施例进行说明，本领域技术人员应当理解，下述的说明只是为了便于对发明进行解释，而不作为对其范围的具体限定。
在温度传递过程中，除了90温标上定义的一系列基准固定点，国际上还推荐了一系列温度范围覆盖广、精度普遍高于现场应用水平的二级固定点，例如：Ga-X(In、Sn、Zn、Al)、Gu-Sb、Al-Pd、Cu-Ag共晶点温度分别为15.655～26.95℃、525.3℃、616.5℃、779.64℃。由于共晶反应的自由度为1，金属只需按照按共晶配比在定压下熔化或凝固，理论上便可获得恒定的温度，从而可以选取共晶点作为固定点。
图1为本发明的固定点容器包括容器外壳1、坩埚2、温度计阱3、容器盖4以及共晶或金属材料。
所述容器外壳1可选由高纯度紫铜材料或其他具有高导热性的金属材料制成，在所述容器外壳1的上端部的外径尺寸小于容器外壳1的其他部分的外径，在上端部上具有螺纹或其他用于卡合固定的部件。
在所述容器外壳1中具有容置空间，坩埚2位于该容置空间中，所述坩埚2优选采用聚四氟乙烯材料制成，聚四氟乙烯具有优良的耐热和耐低温特性，且不与坩埚里的材料发生反应，所述坩埚2内的材料为共晶材料或金属材料或其它需要的材料。
所述坩埚2的外径小于或等于所述容器外壳1的内径，以保证坩埚2位于容器外壳1中且具有较好的接触，所述坩埚2的长度高于所述容器外壳1的容置空间的高度，所述坩埚2具有延伸出所述容器外壳1的端口部分，所述坩埚2的端口内壁的高度具有低于端口外壁的高度，端口内壁相对于端口外壁具有环形的支撑平台，对于本领域技术人员来说，该支撑平台的结构不局限于如图1所示的形状，只要是能够实现支撑的结构均可以应用到本发明中。
如图1所示，所述温度计阱3包括阱管部分和端盖部分，所述阱管部分与所述端盖部分可以一体成型，也可以采用组合式结构，在端盖部分的中央具有通孔，所述通孔与阱管部分的内径尺寸相同，从而保证温度计能够插入到该温度计阱3中。所述端盖部分与坩埚2的支撑平台相配合，所述端盖部分安装到坩埚2上后，所述温度计阱3被固定在坩埚2中。
如图1所示，所述容器盖4采用与容器外壳1相同的材料制成，也可以采用不同的材料制成，所述容器盖4的内部具有螺纹或卡合部件，通过螺纹与容器外壳上端部的螺纹紧固在一起，或者容器盖4的卡合部件与容器外壳上端部的卡合部件进行卡合固定。所述容器盖4的中央具有开口，所述开口与温度计阱3相配合，便于温度计的插入。所述容器盖4和所述容器外壳1均可采用导热性能好的紫铜材料制成，使得整个容器的温度均匀性高，能够起到均热块的作用。
在本发明的固定点容器中，共晶材料或高纯金属材料设置在坩埚2内，温度计阱3直接插入共晶材料或高纯金属材料内部，以保证良好的热接触。温度计浸没深度优选为4cm。本发明的固定点容器设计小巧轻便，便于携带。
本发明基于共晶点的微型固定点装置包括均热块，所述均热块5具有至少一个容置孔7，优选为四个容置孔7，所述四个容置孔7对称分布，所述均热块5采用铝或其他高导热率材料制成，在所述四个容置孔7中放置如前述的固定点容器，在四个固定点容器的坩埚2中分别放置Ga-In、Ga-Sn、Ga-Zn、Ga材料，从而形成Ga-In固定点容器、Ga-Sn固定点容器、Ga-Zn固定点容器和Ga固定点容器，四个固定点容器对应于复现温度的四个固定点。将四个固定点容器分别放置在均热块的四个容置孔7中，作为一个优选示例中，固定点容器的容器外壳采用高导热的紫铜材料，均热块5采用铝材料制成，通过采用铜铝双层均热结构，能够保证均热块5中的四个固定点的热量均匀，保证了复现的准确性。这种结构既利用了紫铜的优越导热性(热传导率401W/m·K)，又结合了铝的轻巧特性。进一步的，在均热块中心设置一小孔，插入该孔的温度计可以在一个升温周期内连续标定四个固定点温度。
如图3所示，在装有固定点容器的均热块5上方形成有均热块盖子9，在该均热块盖子9的中央上形成有插温度计的小孔6，围绕小孔6分布的四个开口分别对应于四个固定点容器的温度计插孔7，位于最外围角处的孔为用于固定的螺孔8，均热块盖子与所述的均热块配合，保证了位于均热块容置孔中的固定点容器的温度的均匀性。
传统固定点加热系统复杂，通常为了温场梯度良好，采取三段加热的方式，并由温控器控制温度，来获得一个时间很长的温坪，而在现场工业应用中无法采取这种方式加热。本发明对微型共晶点加热采用一种简单易行的薄膜电阻加热的方法，它能以较小的加热量均匀加热固定点，输入电源采用普通的稳定恒流源，这套系统在工业现场容易操作、易于实现。均热块侧壁围绕一层与其面积相等薄膜电阻片，对均热块均匀加热，获得高均匀性温场。均热块周围包裹石墨毡，对其保温，降低热辐射对复现装置的复现结果的影响。
为了验证该装置的性能，使用在国家基准实验室标定过的铂电阻温度计(No.D008、No.D002)及fluke1590电桥对固定点的温坪及复现性进行测试。Ga-In共晶点温坪时长为2小时，复现性为3.7mK；Ga-Sn共晶点温坪时长为2.4小时，复现性为4.3mK；Ga-Zn共晶点温坪时长为1.5小时，复现性为4.8mK；Ga点温坪时长为8小时，复现性为4.3mK。
本发明中采用温度范围在(0～30)℃的微型共晶点Ga-X(In、Sn、Zn)和镓点作为现场检定所使用的固定点。这些共晶点温度可对工业铂电阻温度计进行标定，对工业生产中的温度量值传递具有非常广泛的实际应用意义。本发明装置的复现方法简单，便于携带，满足了工业现场精密铂电阻温度计高精度校准的需求。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种共晶固定点容器，其包括：容器外壳、其具有容置空间；坩埚，所述坩埚位于所述容置空间中；温度计阱、该温度计阱位于坩埚中，其特征在于：在温度计阱和坩埚之间具有共晶材料。
2.如权利要求1所述的共晶固定点容器，其特征在于：进一步包括容器盖，所述容器盖与所述容器外壳相配合。
3.如权利要求1所述的共晶固定点容器，其特征在于：所述容器外壳由高纯度紫铜材料或其他具有高导热性的金属材料制成。
4.如权利要求2所述的共晶固定点容器，其特征在于：所述容器盖采用与容器外壳不同的材料制成。
5.如权利要求1所述的共晶固定点容器，其特征在于：所述坩埚采用聚四氟乙烯材料制成。
6.一种基于共晶点的微型固定点装置，其包括：均热块，该均热块具有至少一个容置孔，在该至少一个容置孔中设置有如权利要求1-5所述的共晶固定点容器。
7.如权利要求6所述的微型共晶点装置，其特征在于：在所述均热块中心设置一小孔。
8.如权利要求6所述的微型共晶点装置，其特征在于：进一步包括与均热块配合的均热块盖子。
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