CN1158521C - 一种温度传感器校准装置 - Google Patents

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Abstract

一种温度传感器校准装置，包括一个放置待校准传感器的腔体(2)、腔体内传感器(10)周围的热传导介质(5)以及将介质加热/冷却到预期温度的装置。腔体(2)内至少有一个围绕传感器的校准体(3)，该校准体壁很薄，是用一种热传导性很好的柔性材料做成的，其内部(4)填充了一种热传导介质。校准体(3)的内壁(8)形成内开口(9)以便放置传感器(10)；校准体(3)具有压敏性，受压后其内壁(8)可紧紧包住传感器(10)甚至多个传感器。

Description

一种温度传感器校准装置
技术领域
本发明是关于一种温度传感器校准装置，包括一个放置待校准传感器的腔体、腔体内传感器周围的热传导介质以及将介质加热/冷却到预期温度的装置。
背景技术
随着元器件和设备的老化，以及温度变化和机械劳损，(温度传感器的)主要性能会降低。这种现象称为“漂移(drift)”。当发生漂移时，人们不会再相信先前的性能测试，这可能导致开发及生产的低质量。既然人们无法避免漂移现象发生，就必须通过校准对仪器进行检测，以消除漂移影响。
众所周知，校准就是将设备的性能与公认的标准比较。那些标准由国家及国际授权的校准实验室保管。
目前，人们对工业界在测量精度及质量保证方面的要求日益增强。因此，需要开发一种满足新要求、符合温度校准新标准的校准设备。
以前的校准设备通常可分为两种类型的校准器，即液浴(liquid bath)型和干块(dry block)型。
液浴型校准器
在液浴型校准器中，待校准的传感器被放入预定参照温度的液体中搅动。这种类型的校准器的优缺点概述如下：
优点：
Figure C0080689500041
液体与参照温度计之间以及液体与待校准的传感器/温度计之间具有确定的适当的热传导/温度差别；搅动中的液体具有平滑的温度分布特性，技术上便于控制，而且可校准长短相差较大的传感器。
缺陷： 
Figure C0080689500051
对于不同的温度范围，可能需要不同的液体；液体可能溢出造成损害，尤其是处于极限温度时；校准后需要对温度传感器进行干燥处理，也可能需要擦干净；液体在搬运时比较麻烦，手持使用也不方便。干块型校准器
在干块型校准器中，传感器被放入一个腔孔中，腔孔随即填充空气。调节腔体周围的温度使其尽可能接近预定参照温度。这种校准器的优缺点概述如下：
优点：简单、干净；
Figure C0080689500056
非常适合手持设备，因而适用于现场校准。
缺陷：
Figure C0080689500057
空气与传感器之间通过自然对流进行的热传导很慢，而且难以进行物理确定，辐射率也不清楚，以至于传感器温度与参照温度之差不能及时清楚确定；对被校准温度传感器的热传导性能较敏感；需要在块的几何形状与质量(mass)之间权衡优化以便达到较好的温度分布特性，在腔孔同一温度与小块组合之间权衡优化以便迅速改变温度图；
Figure C00806895000510
需要保持块及腔孔干净，以维持影响精度的热传导性能；
Figure C00806895000511
需要技术控制；
Figure C00806895000512
腔孔内深浅不同的地方难以达到相同温度；
Figure C00806895000513
比液浴型校准器测量的不确定性更高。
例如，国际专利申请No.PCT/NO98/00218中就介绍了一种类型的装置。这种校准器具有上述两种主要类型的绝大部分优点，但仍然具有一些缺陷，包括校准器块大而沉，填充有液体的衬垫与液浴型校准器一样有清洁的问题。
发明内容
本发明的主要目的，就是提供一种能够将液浴型校准器的高精度与干块型校准器的简单及环境优势(干净)结合起来的校准装置。
本发明的一个更具体的目的，是提供一种能够获得可物理确定的预期参照温度且可快速调节温度的校准装置。
此外，本发明还期望提供能满足下列要求的校准装置：整个装置尽可能最轻便、最小巧；
Figure C0080689500062
能量要求尽可能最低；使用者因接触过热或过冷的液体或组件而受到伤害的可能性最小；
Figure C0080689500064
只需对装置结构和组件做尽可能最小的改动就可覆盖较大的温度范围。
本发明介绍的一种类型的校准装置就能满足上述要求，在这种装置中，腔体内至少有一个围绕传感器的校准体，该校准体壁很薄，是用一种热传导性很好的柔性材料做成的，其内部填充了一种热传导介质；校准体的内壁形成一个内开口以便放置传感器，校准体具有压敏性，受压后其内壁可紧紧包住传感器甚至多个传感器。
根据本发明的一个方面，提供了一种温度传感器校准装置，包括一个接受待校准传感器的腔体、用于包围腔体内的传感器的热传导介质、以及用于将该介质加热/冷却到预期温度的装置，其特征在于：腔体内有至少一个围绕传感器的薄壁校准体，该校准体是用一种具有高热传导率的柔性材料做成的且它限定了一个空间，该空间填充了所述热传导介质；校准体的内壁限定了一个内开口的至少一部分，该内开口用于接受至少一个传感器；校准体得到适当设置从而受到压力的作用，从而使校准体的限定开口的壁与传感器或多个传感器紧密地邻接。
该装置中的热传导介质可以是液体或气体。为便于使用，校准体的材料可具有弹性。
在该装置的一个优选实施例中，校准体内壁接触热传导介质的那一面具有增大表面的结构以允许最大的热传导，而另一面与传感器充分接触，也具有热传导性。
调节填充气体或液体的压强，使其比周围的压强低或压强一样，以便放入温度传感器时形成足够大的开口；而在校准时调节填充物的压强使其高于周围的压强，以保证校准体与传感器最充分接触。此外，也可以调节填充气体或液体的压强使其便于放置与校准体全面或部分接触的传感器。
在用来填充的液体或气体本身压强就很高，或者周边给校准体施加外部压力，或采用其它机械装置施加外部压力的情况下，可以将校准体内的压强调高。
填充的液体或气体在校准体内部对流，供应或散发热能，以使校准体达到预期的参照温度。
一个或多个温度传感器被放在液流体或气体流中的适当的位置，作为至一个控制电路的发送器，该控制电路控制热能的供应或排放(可能还控制流动率)，以使校准体周边达到预期的参照温度。
为避免不必要的热能供应或流失，填充液体或气体的部分都具有适当的热绝缘性。
根据本发明的装置可以做到结构紧凑，比先前的类型更小巧更轻便；还有可能使其能耗低，只需用自身附带的电源即可。因而，本发明特别适用于手持温度校准器。
附图说明
以下结合附图所示的实施范例对本发明做进一步说明，其中：
附图1A所示为根据本发明的第一实施例处于状态1时的纵向截面图(沿附图1B中的1A-1A线所示方向看)；
附图1B所示为横截面图(沿附图1A中的1B-1B线所示方向看)；
附图2A、2B所示为第一实施例处于状态2时与附图1A、1B相对应的纵向截面和横向截面图；
附图3所示为根据本发明的第二实施例处于状态1时沿附图4中的III-III线所示方向看的横截面图；
附图4所示为沿附图3中的IV-IV线所示方向看的截面图；
附图5、6所示为第二实施例处于状态2时与附图3、4相对应的截面图；
附图7所示为与一个带有热传导介质温度调节电路的循环系统相连的校准体。
具体实施方式
附图1和2所示根据本发明的实施例中，腔体为圆柱形，腔体外罩1用适当材料(如金属)做成。罩内的腔体2中有一个薄壁的校准体3，该校准体由热传导性很好的一种弹性材料制成，例如在一定温度范围内适用的橡胶材料。校准体3限定了一个空间4，该空间4中有热传导介质5；热传导介质5可以是液体或气体。
校准体3与外罩1之间设有热绝缘材料6。与绝缘材料紧贴的是校准体外壁7，校准体的内壁8沿容器1的纵轴形成中心开口9，可以放置待校准的温度传感器10。校准体3上端是弹性热绝缘材料11，开口9可从上端打开以将温度传感器10放入。
如附图所示，校准体3有一个入口12及一个出口13与循环系统相连，附图7中有进一步的描述。该循环系统可促使介质5在校准体3内部对流，还可以使校准体3内的介质增压或减压。
附图所示的出入口位置仅是示例。在附图1和2所示的实施例中，出入口也可以放在切线位置，以便在腔体内形成旋涡状的对流。一般地，为使温度梯度最小，需设计出对流均衡的位置及结构。
在附图1A和1B所示的装置中，介质5处于低压状态。校准体内壁8(在空气压力下)胀大，并形成适当的开口9以便放置待校准的温度传感器10。在附图2A及2B所示状态下，传感器已放入开口9中，介质被施加高压，使得校准体内壁8紧紧夹住传感器10。这样，弹性内壁8经过变形包住传感器，使得校准体与传感器完全或基本上完全紧贴，达到最好的热传导效果。
附图3-6所示为根据本发明的第二实施例。在该实施例中，腔体横截面图为矩形，如附图3、5所示，腔体外罩21为上开口；腔体22中有两个同样的校准体23，校准体壁较薄，由某种弹性材料制成，或者由某种可适当变形的柔软的非弹性材料制成。两个校准体23内部都填充某种热传导介质25(气体或液体)。
在校准体23与腔体侧壁及底部之间是热绝缘材料26。校准体23的外壁27紧贴绝缘材料26，内壁28在腔体中间形成槽形开口29以便放置两个或更多的待校准传感器，在示例中有3个传感器30。在这些传感器中，可能有一个是特定参照传感器，它对温度及热量的反应与待校准传感器很相似，因而可将其作为精度很高的校准参照。
与第一实施例一样，校准体23与腔体侧壁及底部之间的绝缘材料26是一种固体材料。校准体23上端是弹性热绝缘材料31，开槽29可从上端打开以将传感器30放入。
与第一实施例类似，每个校准体23有一个入口32及一个出口33与一个循环系统相连，该循环系统可促使介质25在校准体3内部适当对流，还可以根据需要使介质增压。
在附图3和4所示的装置中，介质25处于低压状态1。校准体内壁28(在空气压力下)胀大，开槽29打开以放置温度传感器30。在附图5及6所示状态2下，校准体中的介质被施加高压，使得内壁28经过变形，一部分彼此紧贴，一部分紧紧包住传感器30。
附图7所示为与一个循环系统相连的校准体34，该循环系统中有调节校准体内介质温度或对流速度的电路。
校准体34的入口35、出口36与带有泵38的管道37相连，构成介质39的循环系统。在管道37中，还连接有热调节单元40，该单元由标为“C”的一个调节电路控制。该调节电路通过置于介质流中适当位置的多个温度传感器T产生控制信号。调节电路可以通过单元40及控制器41来调控供热或散热，也可通过控制泵38的速度来调节介质对流的速度，从而使得校准体34中的介质达到预期参照温度。
管道37上还连接有通过调节介质压强来改变校准体体积的压强-体积调节装置42。如附图所示，装置42上有一个泵43，该泵经由带有阀门45的管线44与液压容器46相连，容器46与管道37连接。在本实施例中介质预定为液体。
若采用气体代替液体作为热传导介质，则不需要液压容器46。在极高或极低温度条件下，采用气体可能比较有利。

Claims (11)

1、一种温度传感器校准装置，包括一个接受待校准传感器(10，30)的腔体(2，22)、用于包围腔体内的传感器的热传导介质(5，25，39)、以及用于将该介质加热/冷却到预期温度的装置(40)，其特征在于：
腔体(2，22)内有至少一个围绕传感器的薄壁校准体(3，23)，该校准体是用一种具有高热传导率的柔性材料做成的且它限定了一个空间(4，24)，该空间填充了所述热传导介质；校准体(3，23)的内壁(8，28)限定了一个内开口(9，29)的至少一部分，该内开口用于接受至少一个传感器(10，30)；校准体(3，23)得到适当设置从而受到压力的作用，从而使校准体的限定开口的壁(8，28)与传感器(10)或多个传感器(30)紧密地邻接。
2、根据权利要求1的温度传感器校准装置，其特征在于校准体(3，23，34)或每个校准体与压强-体积调节装置(42)相连，该压强一体积调节装置(42)得到适当设置以将热传导介质(5，25，39)置于过压状态，从而使校准体与传感器(10，30)紧密地邻接。
3、根据权利要求1或2的温度传感器校准装置，其特征在于热传导介质(5，25)为液体或气体。
4、根据权利要求1或2的温度传感器校准装置，其特征在于校准体(3，23)被置于腔体罩(1，21)内的热绝缘材料(6，26)所包围。
5、根据权利要求4的温度传感器校准装置，其特征在于腔体外罩(1)为一个大体圆柱形容器，在该容器内设置有具有相应形状的所述校准体(3)，所述校准体(3)限定了沿容器的纵轴延伸并适合于接收待校准的温度传感器10的一个中心开口(9)。
6、根据权利要求4的温度传感器校准装置，其特征在于腔体外罩(21)形成了一个容器，该容器具有大体矩形的横截面，且在容器内设置有至少一个所述校准体(23)，该校准体限定了一个槽形开口(29)，该开口(29)在容器的相对侧之间的中心延伸并适合于接受两个或更多的待校准传感器(30)。
7、根据权利要求1的温度传感器校准装置，其特征在于校准体(3)所用材料具有弹性。
8、根据权利要求1的温度传感器校准装置，其中校准体(3)的内壁(8，28)对着热传导介质(5，25)的一侧具有增大表面的结构以保证最大的热传导，而壁(8，28)对着传感器(10，30)的一侧具有保证最优接触表面和热传导的结构。
9、根据权利要求8的温度传感器校准装置，其特征在于增大表面的结构由肋、表面不平整等构成。
10、根据权利要求1的温度传感器校准装置，其特征在于每个校准体(34)有与带有泵(38)的循环系统管道(37)相连的入口(35)和出口(36)，用于使热传导介质(39)循环通过校准体(34)。
11、根据权利要求10的温度传感器校准装置，其中所述加热/冷却热传导介质(39)的装置(40)被连接在循环系统管道(37)中，该装置(40)由调节电路(C)控制，该调节电路通过置于介质流中的多个温度传感器(T)产生控制信号，调节电路(C)也控制所述泵(38)以调节介质流动速度。
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