CN117647333A - 一种船载温度标准器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船载温度标准器，包括外壳，外壳内设有方形控温区和圆腔工作区；方形控温区包括方腔外壳、方腔加热膜、方腔风道风扇、方腔外壳、高精度热敏电阻温度传感器二、温度传感器组和方腔换热器；圆腔工作区包括圆腔换热盘管、圆腔外壳、圆腔风道风扇、高精度热敏电阻温度传感器一、夹具和圆腔PTC加热器；外壳内还设有主控模块、多路温度测量模块、双通道高精密测温电路、PWM调节器、固态继电器、压缩机一、冷凝器、冷凝器散热风扇一、冷凝器散热风扇二和压缩机二。本发明可以选择采用比较法或固定点法来实现海洋温度传感器的校准，可满足不同海洋温度传感器的校准需求，可以更好地适应环境变化，确保在不稳定的条件下仍能获得准确的校准结果。

Description

一种船载温度标准器

技术领域

本发明涉及温度传感器校准技术领域，具体涉及一种船载温度标准器。

背景技术

随着海洋科学、气象学、海洋工程等领域对准确海洋温度数据的需求增加，船载温度标准器作为船载现场校准海洋温度传感器的设备或仪器逐渐得到发展和应用。传统船载温度标准器是采用比较法对待测的海洋温度传感器进行校准，比较法校准将待校准的温度传感器与一个已知准确度的标准温度传感器进行比较。通常通过水浴槽提供稳定的温度环境，用标准铂电阻温度计作为标准传感器，在不同的温度下对待测传感器进行校准。这种校准方法可以确保海洋温度传感器在其操作范围内提供准确和可靠的温度测量结果。在现代海洋科学和海洋工程中，船载温度标准器极为重要，保证海洋温度传感器提供准确、可靠的数据。这些数据对于了解海洋环境、气候变化、海洋生态等具有重要意义。

然而，传统的船载温度标准器通常采用标准铂电阻温度计结合水浴槽的方式进行校准。受水浴恒温槽的技术瓶颈，水浴控温槽的温度稳定性难以达到较高水平。针对高精度的海洋温度传感器的校准需求，传统的船载温度标准器已经无法胜任。

其次，在船载现场，现场环境复杂，温度环境变化大，伴随着船体的晃动幅度大，水浴槽中的水随着一起晃动。会造成水浴槽中温度场不稳定，使得水浴槽的性能大大折扣，而当前的船载标准器对环境的要求较高。

另外，传统的校准过程涉及多个环节，包括标准传感器、温度控制设备、校准程序等。每个环节都可能引入误差，使得校准结果的可追溯性难以确保。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种船载温度标准器。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种船载温度标准器，包括外壳，所述外壳内设有方形控温区和圆腔工作区；

所述方形控温区包括方腔外壳、方腔加热膜、方腔风道风扇、方腔外壳、高精度热敏电阻温度传感器二、温度传感器组和方腔换热器；所述方腔换热膜与所述方腔外壳的外表面贴合设置，方腔风道风扇固定于所述方腔外壳并连通于所述方腔外壳的内部和外部，所述方腔风道风扇的出风口朝向所述方腔外壳内部，所述方腔换热器设于所述方腔风道风扇的入风口一侧；高精度热敏电阻温度传感器二和温度传感器组设于所述方腔外壳的内部；

所述圆腔工作区包括圆腔换热盘管、圆腔内壳、圆腔风道风扇、高精度热敏电阻温度传感器一、圆腔PTC加热器、夹具和圆腔封盖；所述圆腔内壳的两端开放形成内部风道回路；所述圆腔封盖套接于所述圆腔内壳的外部；所述圆腔封盖的轴向长度和内径都大于所述圆腔内壳的外径和轴向长度，所述圆腔封盖和圆腔内壳之间形成圆腔风道；所述圆腔风道风扇设于所述圆腔内壳的一端并分别连通于所述圆腔内壳的内部和外部；所述圆腔换热盘管缠绕于所述圆腔内壳，其通过铜管连通至压缩机二；圆腔风道风扇的出风口朝向所述圆腔内壳的内部，进风口朝向所述圆腔PTC加热器；所述圆腔内壳内设有夹具，用于夹持待校准温度传感器和温度固定点；

所述外壳内还设有主控模块、多路温度测量模块、双通道高精密测温电路、PWM调节器、固态继电器、压缩机一、冷凝器、冷凝器散热风扇一、冷凝器散热风扇二和压缩机二，所述多路温度测量模块、双通道高精密测温电路、PWM调节器、固态继电器、压缩机一和压缩机二均与主控模块连接；所述多路温度测量模块与所述方形控温室内的温度传感器组连接；所述双通道高精密测温电路分别与所述方形控温室内的高精度热敏电阻温度传感器一和高精度热敏电阻温度传感器二连接；所述固态继电器分别与所述圆腔加热膜和方腔换热膜连接；所述PWM调节器分别连接于所述圆腔风道风扇和方腔风道风扇；所述压缩机一和压缩机二分别连接有冷凝器，两个冷凝器分别配置有冷凝器散热风扇一和冷凝器散热风扇二；所述压缩机一和压缩机二分别与所述方腔换热器和圆腔换热器连通。

进一步地，所述主控模块还连接有人机交互界面，所述人机交互界面固定于所述外壳的表面。

进一步地，所述方腔换热器采用盘管换热器。

本发明的有益效果在于：利用本发明的船载温度标准器，既可以采用比较法也可以采用固定点法来实现海洋温度传感器的校准，从而满足不同海洋温度传感器的校准需求，可以更好地适应环境变化，确保在不稳定的条件下仍能获得准确的校准结果。

附图说明

图1为本发明实施例中船载温度标准器的整体示意图；

图2为本发明实施例中圆腔工作区的具体示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

本实施例提供一种船载温度标准器，可以结合比较法和固定点方法校准温度传感器，对于低精度要求的情况可以采用比较法，对于高精度要求的情况下可以利用固定点温度作为稳定的参考。通过设置一个方形控温区和一个圆腔工作区，方形控温区可以用于凝固固定点。圆腔工作区可以作为比较法的温度源，从而可以校准不同形状的海洋温度传感器。同时对于高精度的校准需求，圆腔工作区可以提供固定点的复现环境。

如图1所示，一种船载温度标准器包括外壳22，所述外壳22内设有方形控温区和圆腔工作区；

所述方形控温区包括方腔外壳18、方腔加热膜16、方腔风道风扇17、方腔外壳18、高精度热敏电阻温度传感器二19、温度传感器组20和方腔换热器21；所述方腔换热膜16与所述方腔外壳18的外表面贴合设置，方腔风道风扇17固定于所述方腔外壳18并连通于所述方腔外壳18的内部和外部，所述方腔风道风扇17的出风口朝向所述方腔外壳18内部，所述方腔换热器21设于所述方腔风道风扇17的入风口一侧；高精度热敏电阻温度传感器二19和温度传感器组20设于所述方腔外壳18的内部；

所述圆腔工作区包括圆腔换热盘管11、圆腔内壳12、圆腔风道风扇13、高精度热敏电阻温度传感器一14、圆腔PTC加热器15、夹具25和圆腔封盖27；所述圆腔内壳12的两端开放形成内部风道回路；所述圆腔封盖27套接于所述圆腔内壳12的外部；所述圆腔封盖27的轴向长度和内径都大于所述圆腔内壳12的外径和轴向长度，所述圆腔封盖27和圆腔内壳12之间形成圆腔风道；所述圆腔风道风扇13设于所述圆腔内壳12的一端并分别连通于所述圆腔内壳12的内部和外部；所述圆腔换热盘管11缠绕于所述圆腔内壳，其通过铜管28连通至压缩机二10；圆腔风道风扇13的出风口朝向所述圆腔内壳12的内部，进风口朝向所述圆腔PTC加热器15；所述圆腔内壳12内设有夹具25，用于夹持待校准温度传感器26和温度固定点24。

所述外壳22内还设有主控模块1、多路温度测量模块2、双通道高精密测温电路3、PWM调节器4、固态继电器5、压缩机一6、冷凝器7、冷凝器散热风扇一8、冷凝器散热风扇二9和压缩机二10，所述多路温度测量模块2、双通道高精密测温电路3、PWM调节器4、固态继电器5、压缩机一6和压缩机二10均与主控模块1连接；所述多路温度测量模块2与所述方形控温室内的温度传感器组20连接；所述双通道高精密测温电路3分别与所述方形控温室内的高精度热敏电阻温度传感器一14和高精度热敏电阻温度传感器二19连接；所述固态继电器5分别与所述圆腔加热膜15和方腔换热膜16连接；所述PWM调节器4分别连接于所述圆腔风道风扇13和方腔风道风扇17；所述压缩机一6和压缩机二10分别连接有冷凝器7，两个冷凝器分别配置有冷凝器散热风扇一8和冷凝器散热风扇二9；所述压缩机一6和压缩机二10分别与所述方腔换热器21和圆腔换热器11连通。

在本实施例中，所述主控模块1还连接有人机交互界面23，所述人机交互界面23固定于所述外壳22的表面。

在本实施例中，所述方腔换热器21和圆腔换热盘管11均采用盘管换热器。

需要说明的是，方形控温区主要是实现冻制功能，提供低于-10℃的环境。实现固定点的冻制。要求不高时，圆腔工作区的校准区温度波动可以达到10mk，通过高精度热敏电阻温度传感一作为标准，去校准另一个待校准传感器。要求较高时，通过固定点的相变时温度是恒定的(波动小于2mk，且温度已知，比如镓的熔点是29.7646℃，在镓相变时材料内部便是29.7646℃)。通过固定点提供的温度源，把待校准传感器放入固定点容器内，可以校准传感器。固定点是指温度固定点，包括固定点容器，固定点容器中是相变材料，不同材料的相变温度是不同的，材料在发生相变时，相变时材料内部温度是恒定的。

上述船载温度标准器的工作原理在于：预先通过人机交互界面设置方形控温区与圆腔工作区内的温度，然后将待校准的海洋温度传感器26通过夹具夹持在圆腔工作区内。

校准精度要求较低时，开启圆腔工作区，通过人机交互界面23发出指令到主控模块1。主控模块1启动压缩机二10和PWM调节器4控制压缩机二10的制冷量，通过调节压缩机二10的频率以提供合适的冷量。冷量通过盘管达到圆腔换热盘管11。热量则由主控模块1控制固态继电器5进而控制圆腔PTC加热器15的功率来提供。当温度稳定时，高精度热敏电阻温度传感一14作为标准温度计校准待校准的海洋温度传感器26。

当校准精度较高时，采用固定点法，由左侧位固定点提供快速冻制条件。固定点的状态由温度传感器模组20进行监测，同时反馈至人机交互界面。通过提前预设好的参数判断固定点的状态，冻制好的固定点24放入圆腔工作区中用夹具25固定进行复现。复现是指重复物质的相变过程，不同材料的相变温度不同(相变温度是已知的)，相变时材料内部温度是恒定的，所以复现过程是将固定点冻制成固态，然后预热至固定点的熔点之下，再设置温度成固定点熔点之上。复现固定点的熔化过程，通过熔化时温度是恒定这一特点对传感器进行标定。所有的复现参数已写入主控模块1中，固定点温度会自动复现用于海洋温度传感器的校准。

在圆腔工作区中，圆腔风道风扇13会将空气送至圆腔工作区内，然后空气沿圆腔工作区内的圆腔风道流动形成风路循环，热量由PTC加热器15提供，而冷量由压缩机二10中的制冷剂流过铜管28至圆腔换热盘管11再通过铜管29流回压缩机二内部，如图2所示。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种船载温度标准器，其特征在于，包括外壳，所述外壳内设有方形控温区和圆腔工作区；

所述方形控温区包括方腔外壳、方腔加热膜、方腔风道风扇、方腔外壳、高精度热敏电阻温度传感器二、温度传感器组和方腔换热器；所述方腔换热膜与所述方腔外壳的外表面贴合设置，方腔风道风扇固定于所述方腔外壳并连通于所述方腔外壳的内部和外部，所述方腔风道风扇的出风口朝向所述方腔外壳内部，所述方腔换热器设于所述方腔风道风扇的入风口一侧；高精度热敏电阻温度传感器二和温度传感器组设于所述方腔外壳的内部；

所述圆腔工作区包括圆腔换热盘管、圆腔内壳、圆腔风道风扇、高精度热敏电阻温度传感器一、圆腔PTC加热器、夹具和圆腔封盖；所述圆腔内壳的两端开放形成内部风道回路；所述圆腔封盖套接于所述圆腔内壳的外部；所述圆腔封盖的轴向长度和内径都大于所述圆腔内壳的外径和轴向长度，所述圆腔封盖和圆腔内壳之间形成圆腔风道；所述圆腔风道风扇设于所述圆腔内壳的一端并分别连通于所述圆腔内壳的内部和外部；所述圆腔换热盘管缠绕于所述圆腔内壳，其通过铜管连通至压缩机二；圆腔风道风扇的出风口朝向所述圆腔内壳的内部，进风口朝向所述圆腔PTC加热器；所述圆腔内壳内设有夹具，用于夹持待校准温度传感器和温度固定点；

所述外壳内还设有主控模块、多路温度测量模块、双通道高精密测温电路、PWM调节器、固态继电器、压缩机一、冷凝器、冷凝器散热风扇一、冷凝器散热风扇二和压缩机二，所述多路温度测量模块、双通道高精密测温电路、PWM调节器、固态继电器、压缩机一和压缩机二均与主控模块连接；所述多路温度测量模块与所述方形控温室内的温度传感器组连接；所述双通道高精密测温电路分别与所述方形控温室内的高精度热敏电阻温度传感器一和高精度热敏电阻温度传感器二连接；所述固态继电器分别与所述圆腔加热膜和方腔换热膜连接；所述PWM调节器分别连接于所述圆腔风道风扇和方腔风道风扇；所述压缩机一和压缩机二分别连接有冷凝器，两个冷凝器分别配置有冷凝器散热风扇一和冷凝器散热风扇二；所述压缩机一和压缩机二分别与所述方腔换热器和圆腔换热器连通。

2.根据权利要求1所述的船载温度标准器，其特征在于，所述主控模块还连接有人机交互界面，所述人机交互界面固定于所述外壳的表面。

3.根据权利要求1所述的船载温度标准器，其特征在于，所述方腔换热器采用盘管换热器。