JP4628550B2 - 温度センサの較正のための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
この発明は、温度センサの較正のための装置に関し、該装置は、較正されるべきセンサを受けるためのキャビティと、該キャビティ内でセンサを囲むための熱転送媒体と、該媒体を所望の温度に加熱／冷却するための手段とを備える。
【０００２】
構成要素と装備とが老朽化し、熱の変動および機械的歪みをも受けると、臨界容量は減じられる。これはドリフトと呼ばれる。これが起こると、以前の容量テストはもはや信頼できなくなり、その結果、開発および生産の品質を劣化させるおそれがある。ドリフトを防ぐことはできないので、そのかわりに検出し、較正によってその影響をなくさなくてはならない。
【０００３】
公知であるように、較正とは装備の容量を公知の基準と比較することである。基準は、国内および国際認可較正研究所によって維持される。
【０００４】
現在、産業界に測定精度および品質保証に関してさらなる要求が課されており（ＩＳＯ９０００）、よって現在の要求を満たし、かつ温度較正における新しい基準に応じた較正装備が必要とされている。
【０００５】
先行技術は、典型的に主に２つのキャリブレータ、すなわち水槽キャリブレータと、ドライ・ブロック（dry block）キャリブレータとを含む。
【０００６】
水槽キャリブレータ
水槽キャリブレータにおいては、較正されるべきセンサは所与の基準温度で攪拌される間に液体内に沈められる。この種のキャリブレータは以下に要約される利点と欠点とを有し得る：
利点
・液体と基準温度計との間、および液体と較正されるべきセンサ／温度計との間の、良好な、明確な熱伝導／温度差。
【０００７】
・攪拌の間の液体は、平滑化された温度分布を有し、したがって制御技術的に有利であり、かつ長さにおいて大きく異なるセンサを較正することができる。
【０００８】
欠点
・異なった温度範囲に対しては液体を交換しなければならない可能性がある。
【０００９】
・液体は、特に極端な温度では、こぼれて損傷を与えるおそれがある。
・温度センサを乾かし、使用後には洗浄しなければならない可能性がある。
【００１０】
・液体は運搬時には欠点となり、運搬可能な解決手段においては、取り扱いに関して不利益となる。
【００１１】
ドライ・ブロックキャリブレータ
ドライ・ブロックキャリブレータにおいては、センサはボア内に配置されて、次いで空気で満たされる。ボアの周囲温度は、所望の基準温度にできる限り近い温度に規制される。この種のキャリブレータの欠点と利点とは、以下のように要約される：
利点
・簡単で清潔な取り扱い。
【００１２】
・運搬可能な装置に好適であり、したがってその場での較正に好適である。
欠点
・自然対流での熱伝導空気／センサは遅く、物理的に規定することは困難であり、放射の割合は明確ではなく、したがって基準温度とセンサの温度とのあいだの温度差がすぐに規定されない。
【００１３】
・較正されるべき温度センサにおける温度容量の変動に敏感である。
・良好な温度分布を得るために、ブロックにおけるジオメトリと質量との間を最適化することが厳しく要求され、素早く温度図を変更するために、ボア内の均一な温度と小さな質量とが厳しく要求される。
【００１４】
・精度に影響する熱特性を維持するために、ブロックとボアとをよく洗浄することが必要である。
【００１５】
・技術的に制御することが厳しく要求される。
・ボアの深さ全体を通して同じ温度を得ることが困難である。
【００１６】
・水槽キャリブレータよりも測定不確実性の度合いが大きい。
導入部分で記載した種類の装置は、たとえば国際特許出願番号ＰＣＴ／ＮＯ９８／００２１８から公知である。このキャリブレータは、上述の主要な両方の種類の利点のほとんどを備えるが、キャリブレータブロックにおける大きな質量と重量の欠点をそれでも有し、液体充填ライナーの場合には、水槽キャリブレータと同様の洗浄上の問題を有する。
【００１７】
この発明の主要な目的は、水槽キャリブレータの高精度と、ドライ・ブロックキャリブレータを用いた場合の簡便さおよび環境的な利点（清潔さ）とを組合せた較正装置を提供することである。
【００１８】
この発明のより特定的な目的は、物理的に良好に規定可能である所望の基準温度およびその素早い規制を達成する、較正装置を提供することである。
【００１９】
この発明のさらなる目的は、以下のことを可能にする装置を提供することである：
・器具全体に対する最小限の重量と最小限の寸法とを達成する。
【００２０】
・最低限のエネルギ要求を達成する。
・非常に高温または低温の液体または構成要素への接触による人体を害するリスクを最小化する。
【００２１】
・最小限の構造の変化および器具の変形で、大きな温度範囲をカバーする。
上述の目的は、導入部分で記載した較正装置で達成され、これはこの発明によると、少なくとも１つのセンサを囲む、薄壁を有するキャリブレータ本体をキャビティが受け、該キャリブレータ本体は、高い熱伝導率を有する撓み性のある材料からなり、かつ熱伝導媒体で充填される容積を規定し、かつ少なくとも１つのセンサを受けるための内部開口部の少なくとも一部を規定する内壁を有し、キャリブレータ本体の開口規定壁をセンサに抗して締り嵌め当接させるために、圧力影響を受けるよう配置されることを特徴とする。
【００２２】
装置内の熱伝達媒体は液体または気体であり得る。キャリブレータ本体の材料は、有利には弾性を有し得る。
【００２３】
この装置の有利な実施例は、キャリブレータ本体の壁の熱伝達媒体に面する側面が、最大の熱伝導を確実にする表面増大構造を有し、壁のセンサ本体に面する側面は、最適な接触面と熱伝導とを確実にする構造を有する。
【００２４】
気体または液体の充填物の圧力は、充填物が負圧を受けるか、または周囲に対して圧力差を受けないよう調整され、それにより温度センサを導入したときに十分な開口が得られるようにし、較正の間には過剰圧力が与えられてキャリブレータ本体とセンサとを最大限に接触させる。液体または気体充填物の圧力は、これがセンサに完全にまたは部分的にキャリブレータ本体と接触して導入されることを容易にするよう調整されてもよい。
【００２５】
キャリブレータ本体内の過剰圧力は、液体または気体充填物が過剰圧力を直接与えられるか、または隣接するか周りを囲む本体が外気圧をキャリブレータ本体に与えるか、または外気圧を他の機械的装置によって与えることのいずれかにより、与えられてもよい。
【００２６】
液体または気体充填物は強制された貫通流にさらされ、キャリブレータ本体の外側の領域を通過して、ここで所望の基準温度を得るよう熱エネルギが与えられるかまたは除去される。
【００２７】
周りを囲むキャリブレータ本体内で所望の基準温度を得るために、熱エネルギの付与または除去と、おそらく流量とを制御し得る制御回路へのトランスミッタとして、１つ以上の温度センサが液体または気体流れ内の適切な場所に配置される。
【００２８】
熱エネルギの不所望の付与または除去を避けるために、すべての液体または気体充填部分には好適な断熱材が設けられる。
【００２９】
この発明による装置は、以前より公知である解決手段よりもより小さな寸法とより小さな重量とを有する、小型の構造を可能にし、おそらくはそれ自体に組み入れられた電流源を装備した低エネルギ消費に展開させることが可能になるであろう。よってこの発明は、特に運搬可能温度キャリブレータに好適である。
【００３０】
この発明を、図面に概略的に示される例示的な実施例に関連して以下にさらに説明する。
【００３１】
図１および図２に示すこの発明による装置の実施例は、円状に円柱状の容器を含み、該容器は、好適な、たとえば金属材料のジャケット１を構成する。ジャケットはキャビティ２を規定し、この中には薄壁を有するキャリブレータ本体３が配置され、該本体は、高い熱伝導性を有する好適な弾性材料、たとえば関連の温度限度内で使用するのに好適であるゴム材料からなる。キャリブレータ本体３は、液体または気体であり得る関連の熱伝達媒体５を受けるための容積４を規定する。
【００３２】
断熱材料６は、キャリブレータ本体３とジャケット１との間に配置される。キャリブレータ本体３は、断熱材料６に抗して静止する外壁７と、容器１の長手軸に沿って延在し、かつ較正されるべき温度センサ１０を受けるよう適合される中央開口部９を規定する内壁８とを有する。開口部９が設けられて温度センサ１０が導入されるべき、キャリブレータ本体３の上側では、弾性のある断熱材料１１が設けられる。
【００３３】
図に示されるように、キャリブレータ本体３には入口１２と出口１３が設けられて循環システムと接続するが、これを図７を参照してさらに説明する。循環システムが、キャリブレータ本体３内を通る媒体５の強制された貫通流を提供するのに加えて、システムにはキャリブレータ本体３内の媒体に過剰圧力を生成し、おそらくは負圧をも生成するための手段が提供される。
【００３４】
図示される入口および出口の配置は、単に例示的なものを意図する。図１および図２の実施例においては、これらはたとえば接するよう配置されて、渦状の流れを容器内に生成し得る。一般的に、そのような配置と構造的な設計とは、良好で均一な貫通流を獲得して、それにより最小限の温度勾配を得ることを目標とする。
【００３５】
図１Ａおよび図１Ｂにおいては、媒体内に負圧が存在する状態の装置が示される。するとキャリブレータ本体の内壁８は、較正されるべき温度センサの導入に対して好適である開口９を形成する位置をとる。図２Ａおよび図２Ｂにおける条件においては、センサ１０は開口部９に導入されて、媒体は過剰圧力を受け、それによりキャリブレータ本体の内壁８はセンサ１０に抗して締り嵌め当接される。こうして、キャリブレータ本体とセンサとの間には完全な、またはほぼ完全な接触が得られ弾性のある内壁８はそれ自体をセンサの形に適合させ、それにより最適な熱伝導が得られるようにする。
【００３６】
図３から図６は、この発明による装置の第２の実施例を示す。この実施例においては、キャビティを規定するジャケット２１は、図３および図５に示すように矩形の断面を有する上向きに開いた容器を形成し、薄壁を有する本質的に同質の２つのキャリブレータ本体２３が中に配置されるキャビティ２２を有し、該キャリブレータ本体２３は弾性のある材料、またはおそらくは好適に変形可能であって撓み性があるが弾性はない材料から形成され得る。キャリブレータ本体２３の各々は、関連の熱伝導媒体２５（気体または液体）を受ける容積２４を規定する。
【００３７】
キャリブレータ本体２３と容器の側壁および底との間には、断熱材料２６が配置される。キャリブレータ本体２３の各々は、断熱材料２６に抗して静止する外壁２７と、内壁２８とを有する。内壁２８は、容器の対面する一対の側壁の間の中心に延在するスロット形状の開口部２９を規定し、較正されるべき２つ以上のセンサ、図示される場合においては３つのセンサ３０の導入と受入のために適合される。これらのセンサのうちの１つは、付加的な基準センサであってもよく、よってこれは較正されるべきセンサの条件に非常に似た温度および熱条件を受けるので、非常に高精度の較正基準を構成する。
【００３８】
第１の実施例のように、キャリブレータ本体２３と容器の側壁および底との間の断熱材料２６は、固体の材料である。スロット２９が開きセンサが導入されるべきキャリブレータ本体２３の上側には、弾性のある材料の断熱材３１が付与される。
【００３９】
第１の実施例と同様の態様で、キャリブレータ本体２３の各々にはさらに入口３２と出口３３とが設けられて、循環システムと接続するが、該循環システムは媒体２５のキャリブレータ本体を通る適切な強制された貫通流を提供し、所望の場合には媒体における過剰圧力をも提供する。
【００４０】
図３および図４においては、媒体２５内の過剰圧力がゼロである状態の第１の状態の装置が示される。するとキャリブレータ本体の内壁２８は、温度センサ３０の導入のためにスロット２８が開く位置をとる。図５および図６においては、キャリブレータ本体内の媒体が過剰圧力を受ける第２の状態を示し、これにより内壁２８は部分的に互いに寄りかかり部分的にセンサ３０に抗して締り嵌め当接され、壁はセンサの形状にそれ自体を適合させる。
【００４１】
図７は、媒体の温度と、おそらくはキャリブレータ本体内を通るその貫通流の速度とを規制するための規制回路を含む循環システムに接続される、キャリブレータ本体３４を示す。
【００４２】
こうして、キャリブレータ本体３４は、入口３５と出口４６とを有し、これらは媒体３９の循環のためのポンプ３８を有するパイプライン３７に接続される。パイプライン３７においては、さらに「Ｃ」の記号で示される規制回路によって制御される熱規制ユニット４０を含む。規制回路は、媒体流れ内の適切な場所に配置されたいくつもの温度センサ「Ｔ」から制御信号を与える。規制回路は、制御装置４１によってユニット４０を介して熱エネルギを供給または除去し、かつポンプ３８の速度をも制御することにより媒体の流れ速度を制御し、それによりキャリブレータ本体３４内の媒体の所望の基準温度を達成する。
【００４３】
パイプライン３７には、媒体３９内の圧力を、よってキャリブレータ本体の容量を調整するための圧力および容量規制装置４２が接続される。この装置はポンプ４３からなることが図示され、これはバルブ４５を含み、水圧コンデンサ４６を介してパイプライン３７に接続され、この装置の実施例における媒体は液体であることを前提とする。
【００４４】
熱伝導媒体として液体の代わりに気体を用いる場合には、水圧コンデンサ４６は必要ではない。気体を用いると、極度に高温または極度に低温の場合に有利であり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 第１の状態における、この発明の実施例に従った第１の実施例の長手方向の断面図である。
【図１Ｂ】 図１Ａの線１Ｂ−１Ｂに沿った断面図である。
【図２】 ＡとＢとは、図１Ａおよび図１Ｂに対応するが、第２の状態における装置の、長手方向図および断面図を示す。
【図３】 図４の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った、第１の状態におけるこの発明に従った第２の実施例の断面図である。
【図４】 図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。
【図５】 第２の状態における装置の、図３および図４の断面図に対応する断面図である。
【図６】 第２の状態における装置の、図３および図４の断面図に対応する断面図である。
【図７】 熱伝達媒体の温度を規制するための規制回路を有する循環システムに接続されたキャリブレータ本体を示す概略図である。

Claims (10)

1. 温度センサの較正のための装置であって、前記装置は、較正されるべき１つまたは複数のセンサ（１０；３０）を受けるためのキャビティ（２；２２）と、前記キャビティ内でセンサを囲む熱転送媒体（５；２５）と、前記媒体を所望の温度に加熱／冷却するための手段（４０）とを含み、
   前記キャビティ（２；２２）は前記センサ（１０；３０）を囲む、薄壁を有するキャリブレータ本体（３；２３）を受け、前記本体は、高い熱伝導率を有する撓み性のある材料からなり、かつ前記熱伝導媒体で充填される容積（４；２４）を規定しかつ前記センサ（１０；３０）を受けるための内部開口部（９；２９）の少なくとも一部を規定する内壁（８；２８）を有し、前記キャリブレータ本体の内壁（８；２８）を前記センサ（１０；３０）に抗して締り嵌め当接させるために、圧力影響を受けるよう配置されることを特徴とする、温度センサの較正のための装置。
2. キャリブレータ本体（３；２３；３４）は、過剰圧力下に熱伝達媒体（５；２５；３９）を置くよう構成される圧力および容量規制装置（４２）に接続され、それによりキャリブレータ本体を前記センサ（１０；３０）に抗して締り嵌めさせることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記熱伝達媒体（５；２５）は、液体または気体である、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記キャリブレータ本体（３；２３）は、キャビティを規定するジャケット（１；２１）に配置される断熱材料（６；２６）によって囲まれることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の装置。
5. 前記ジャケット（１）は円柱状の容器を形成し、その中に対応して整形されたキャリブレータ本体（３）が配置され、前記キャリブレータ本体（３）は、前記容器の長手軸に沿って延在しかつ構成されるべき１つのセンサ（１０）を受けるよう適合可能である中央開口部（９）を規定することを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記ジャケット（２１）は、矩形の断面を有する容器を形成し、その中には少なくとも１つのキャリブレータ本体（２３）が配置されてスロット形状の開口部（２９）を規定し、前記スロット形状の開口部（２９）は、前記容器の対面する側面の間の中央に延在しかつ較正されるべき２つ以上のセンサ（３０）を受けるよう適合されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
7. 前記キャリブレータ本体（３）の材料は弾性を有することを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載の装置。
8. 前記キャリブレータ本体（３）の内壁（８；２８）の前記熱伝達媒体（５；２５）に面する側は、最大の熱伝達を確実にする表面増大構造を有し、内壁（８；２８）のセンサ（１０；３０）に面する側は、最適の接触表面および熱伝達を確実にする構造を有することを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載の装置。
9. 前記キャリブレータ本体（３；２３；３４）には、入口（３５）および出口（３６）が設けられて、前記キャリブレータ本体（３４）を通って熱伝達媒体（３９）を循環させるためのポンプ（３８）を有する循環システム（３７）に接続することを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれかに記載の装置。
10. 前記熱伝達媒体（３９）を加熱／冷却するための前記手段（４０）は、前記循環システム（３７）に接続され、媒体流れ内に配置されるいくつもの温度センサ（Ｔ）から制御信号を与える規制回路（Ｃ）によって制御されることを特徴とする、請求項９に記載の装置。

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