環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)技巧分析

【摘要】環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備是進(jìn)行多種試驗(yàn)的常見設(shè)備，環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)關(guān)系到最終測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此在日常工作中，必須做好對設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)工作，才能保證其校準(zhǔn)的精準(zhǔn)度?；诖?，本文依據(jù)JJF 1101—2019《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度參數(shù)校準(zhǔn)規(guī)范》，就環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備在校準(zhǔn)過程中存在的問題以及校準(zhǔn)技巧進(jìn)行深入探析，有助于為后續(xù)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)提供必要的參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備；校準(zhǔn)；注意事項(xiàng)

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.05.015

Calibration Skill Analysis of Environmental Testing Equipment

JIAO Huiyang

（Yangzhou Inspection and Testing Center， Yangzhou 225000， China）

Abstract： The environmental testing equipment is the common equipment to do various tests ， the calibration of the environmental testing equipment is related to the data accuracy of the final measurement， so in the daily work， must do a good job of equipment maintenance and maintenance， in order to ensure the accuracy of calibration. Based on the JJF 1101—2019 Calibration Specification for Environmental Testing Equipment for Temperature and Humidity Parameters， this paper discusses the problems in the calibration process of environmental testing equipment and calibration skills， it is helpful to provide necessary reference for subsequent calibration of environmental testing equipment.

Key words： environmental testing equipment； calibration； matters needing attention

0引言

環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備能夠模擬一種或一種以上的環(huán)境條件。環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備包含的種類比較多，如干燥箱、培養(yǎng)箱、霉菌培養(yǎng)箱、交變濕熱試驗(yàn)箱等。進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備校準(zhǔn)時，主要依據(jù)JJF 1101—2019《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度參數(shù)校準(zhǔn)規(guī)范》進(jìn)行。在整個校準(zhǔn)過程中，借助主機(jī)、傳感器、采集設(shè)備、存儲設(shè)備等，對設(shè)備校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄分析，以此實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的校準(zhǔn)，確保環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備滿足檢測使用要求。

1環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的使用和校準(zhǔn)時存在的問題

1.1過沖問題

環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備在使用中，若出現(xiàn)溫度過沖的情況，應(yīng)該及時對設(shè)備的控溫系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)進(jìn)行分析，查看是否存在設(shè)計缺陷或者參數(shù)設(shè)置不合理的問題。老式的溫度試驗(yàn)設(shè)備在相應(yīng)的設(shè)施配置時，通常是配備溫度控制儀表進(jìn)行調(diào)節(jié)。位式調(diào)節(jié)的控制原理是溫度達(dá)到設(shè)定值時，控制儀表會切斷相應(yīng)的輸出信號，但在這種情況下，由加熱絲組成的加熱系統(tǒng)依然處于高溫狀態(tài)，而在高溫狀態(tài)下產(chǎn)生的熱量會轉(zhuǎn)移到箱體內(nèi)形成溫度過沖。對于新式的PID控制系統(tǒng)，在設(shè)備溫度接近設(shè)置值時，會不斷減小輸出功率，具有輸出和設(shè)備散熱之間最終達(dá)到平衡的功能，在這種情況下可以實(shí)現(xiàn)恒溫效果，也能有效地避免溫度過沖的情況發(fā)生。但在實(shí)際情況中，還是會存在PID控制參數(shù)之間的設(shè)置不夠合理的情況，過沖問題依舊會發(fā)生。箱內(nèi)傳感器的反應(yīng)速度出現(xiàn)滯后時，也會導(dǎo)致加熱器在達(dá)到相應(yīng)的溫度時還會繼續(xù)工作一段時間，從而造成溫度過沖。

1.2波動問題

在環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備均勻性不好的情況下，需要及時考慮環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的鼓風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)是否開啟。對設(shè)備的風(fēng)扇進(jìn)行檢查，觀察風(fēng)扇是否轉(zhuǎn)動。通常當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行不正常時，會嚴(yán)重影響到溫度場的實(shí)際均勻性，造成環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)的均勻度較差。對設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)時，環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備最好采取空載檢測的方式。如果設(shè)備內(nèi)滿載物品，而物品具有極強(qiáng)的吸熱或吸濕性特點(diǎn)，在這種情況下，環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備內(nèi)的溫度會迅速上升，或有較為明顯的加濕變慢的情況。相關(guān)檢測校準(zhǔn)人員受到各種因素的制約，往往會在不夠平衡或者準(zhǔn)備不充分的情況下對設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，造成校準(zhǔn)不夠準(zhǔn)確的情況發(fā)生。當(dāng)設(shè)備的負(fù)載物品之間存在比熱容不相同的情況時，也會導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)的溫度在設(shè)定的溫度點(diǎn)附近發(fā)生較長時間和較大幅度的振蕩，這種情況下會產(chǎn)生比空載時更加復(fù)雜的溫度平衡過程，也會導(dǎo)致設(shè)備很難達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

2環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備校準(zhǔn)時的注意事項(xiàng)

2.1選擇正確的校準(zhǔn)點(diǎn)

在進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備校準(zhǔn)時，必須選擇正確的校準(zhǔn)點(diǎn)，而選擇校準(zhǔn)點(diǎn)通常是根據(jù)JJF 1101—2019《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度參數(shù)校準(zhǔn)規(guī)范》的要求進(jìn)行。在校準(zhǔn)點(diǎn)的選擇中，既可以選擇設(shè)備使用的上、下限和中間點(diǎn)，也可以根據(jù)客戶的實(shí)際情況，對溫度和濕度點(diǎn)進(jìn)行選擇。對于全新購買的設(shè)備，在對設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)時要選擇設(shè)備溫度和濕度的上下限以及中間點(diǎn)，以便全面驗(yàn)證設(shè)備的性能。對已投入使用的設(shè)備而言，基于其實(shí)際工作的情況，選擇設(shè)備日常所使用的溫度點(diǎn)和濕度點(diǎn)進(jìn)行對應(yīng)的校準(zhǔn)即可。

2.2做好測試點(diǎn)的布置

通常在對環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)時，對應(yīng)的傳感器必須按照校準(zhǔn)規(guī)范的要求進(jìn)行布置，對于測試點(diǎn)而言，還應(yīng)該保證與設(shè)備內(nèi)壁的距離邊長不得小于其十分之一的長度。在設(shè)備校準(zhǔn)時，如果遇到有風(fēng)道，則應(yīng)該增加距離，但需要保證距離不得超過500 mm，當(dāng)遇到環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備帶有樣品架或者樣品車的情況時，對應(yīng)的下層測量點(diǎn)的布放應(yīng)該保證在樣品架或者樣品車上方的10 mm位置即可。

2.3及時進(jìn)行誤差的修正

大部分的數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀進(jìn)行溫度差的控制測量時，通常都具有一定的誤差修正功能。因此用戶在對設(shè)備誤差進(jìn)行校準(zhǔn)時，可以根據(jù)設(shè)備所出具的校準(zhǔn)報告，同時結(jié)合自身的實(shí)際情況以及使用說明書對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行具體的修正處理。但由于儀表的設(shè)計原理存在很大的差異，誤差修正可能存在零位修正或者非線性修正的情況，這時進(jìn)行修正往往只對單個校準(zhǔn)點(diǎn)有效果。

2.4改進(jìn)溫度偏差計算方法

在對環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)的過程中，相對于中心位置的計算方法，上下偏差值的計算方法有利于給使用者提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)參考。因此在實(shí)際的計算過程中，需要對上下偏差值提供必要的參考指標(biāo)，而在該參考指標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行對比和調(diào)整，有利于實(shí)現(xiàn)對溫度偏差的精準(zhǔn)計算。當(dāng)上下偏差值不小于零時，設(shè)備內(nèi)部的實(shí)際溫度則不會小于設(shè)備顯示溫度值，采用上下偏差法對設(shè)備進(jìn)行比對修正即可，而當(dāng)上下偏差不大于零時，那么設(shè)備內(nèi)部的實(shí)際溫度則不大于設(shè)備顯示的溫度值，也可以使用上下偏差值的方式進(jìn)行修正。但如果上下偏差中，一個值不小于零，而另外一個值不大于零時，那么需要結(jié)合實(shí)際的情況和設(shè)備檢測的結(jié)果給予修正。

3環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)技巧分析

3.1提前進(jìn)行預(yù)熱或者預(yù)冷處理

在對環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)時，由于環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的體積通常都比較大，所以校準(zhǔn)人員需要到現(xiàn)場對設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。而整個過程中想要更好地節(jié)省時間，則應(yīng)該提前對設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱或者預(yù)冷處理，預(yù)熱或者預(yù)冷必須根據(jù)實(shí)際的溫度情況進(jìn)行，等校準(zhǔn)人員到現(xiàn)場后進(jìn)行布線處理，并將儀器設(shè)置溫度改為實(shí)際需要校準(zhǔn)的溫度，有利于避免布線時因?yàn)闇囟容^高而發(fā)生燙傷情況。而當(dāng)設(shè)備需要進(jìn)行低溫校準(zhǔn)時，則應(yīng)該將溫度設(shè)置到最低的溫度點(diǎn)，這是由于降溫通常需要較長的時間，對于溫度點(diǎn)可以按照從低到高的順序進(jìn)行逐一校準(zhǔn)。

3.2采取先布線后校準(zhǔn)的方式

針對客戶現(xiàn)場需要進(jìn)行多臺設(shè)備校準(zhǔn)的情況，為了更加方便和快速地進(jìn)行校準(zhǔn)，通常采取先布線后檢測的方式。當(dāng)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備開機(jī)預(yù)熱后，檢測人員可以根據(jù)現(xiàn)場不同設(shè)備的溫度和濕度穩(wěn)定速度決定對應(yīng)的校準(zhǔn)順序，而在這種情況下，就必須對校準(zhǔn)使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備配備足夠多的傳感器，這樣才能方便布線，以便及時、準(zhǔn)確、有效地校準(zhǔn)。

3.3選用能夠快速連接和分離的傳感器

在環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)過程中，進(jìn)行溫度和濕度校準(zhǔn)時，通常需要不斷地切換傳感器以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的校準(zhǔn)。由于需要不斷地來回切換傳感器，因此在環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備校準(zhǔn)的過程中，對傳感器的可靠性要求比較高，需要傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的連接和分離。因此在傳感器的選擇時，通常選擇以插頭為主的連接方式，能夠有效避免需要借助外界進(jìn)行連接和分離的情況，最終確保對環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備快速、精準(zhǔn)地校準(zhǔn)。

3.4針對移動存儲功能的使用

當(dāng)前，環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備在實(shí)際校準(zhǔn)的過程中，會借助計算機(jī)上的軟件采集檢測數(shù)據(jù)，同時將獲得的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機(jī)并繪制成對應(yīng)的曲線圖。但如果檢測涉及的數(shù)量比較多，尤其是檢測設(shè)備比較分散時，還需要來回搬動標(biāo)準(zhǔn)器和計算機(jī)。在這種情況下，如果能夠?qū)⒅鳈C(jī)以及帶有移動存儲功能的數(shù)據(jù)給予有效的保存處理，如將數(shù)據(jù)存儲在SD卡或者U盤中，后續(xù)再次導(dǎo)入到計算機(jī)中，通過這種脫機(jī)方式，在檢測過程中只需要搬動主機(jī)就可以，這樣能有效節(jié)省檢測人員的體力，完成對多臺設(shè)備的檢測。

3.5電源和通信方式的選擇

在環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)中，對于電源的使用分為交流電源的使用和直流電源的使用兩種情況。這是由于溫度和濕度校準(zhǔn)時，必須使用移動標(biāo)準(zhǔn)器，但在使用中會遇到檢測設(shè)備附近沒有電源插座的情況，所以通常標(biāo)準(zhǔn)器會自帶備用電池以便可以進(jìn)行直接檢測。這種備用電池屬于直流電，但如果有可以直接使用的電源，在檢測中使用交流電也可。由此可見，標(biāo)準(zhǔn)器必須支持直流和交流這兩種不同的電源方式。而在通信方式的選擇中，當(dāng)前市場中的計算機(jī)并不具備RS232接口，主要以USB接口為主。因此當(dāng)主機(jī)和電腦的連接線為USB接口時，對應(yīng)的USB接口電平為5 V的TTL電平。在強(qiáng)干擾的環(huán)境下，有線通信很容易受到各種干擾而影響到校準(zhǔn)的結(jié)果。在這種情況下，通常將有線接口改為無線通信方式，如藍(lán)牙無線通信，有利于大幅度提高通信的可靠性。

3.6選用可保留曲線數(shù)據(jù)以及帶數(shù)據(jù)截取的標(biāo)準(zhǔn)器

在環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備校準(zhǔn)規(guī)范的要求中，穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行讀數(shù)時，需要對每一臺環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的溫度或者濕度等變化情況進(jìn)行數(shù)據(jù)截取。而這種數(shù)據(jù)的截取可以分為兩種不同的狀態(tài)，一種是控制效果好、溫度和濕度變化小的曲線，這種曲線近似于直線，另外一種是溫度和濕度變化呈等幅周期振蕩的曲線，這種情況相對而言不容易確定開始的讀數(shù)時間，只有采用足夠多的數(shù)據(jù)后，才能充分掌握曲線的實(shí)際變化趨勢，在這種情況下往往會延誤讀數(shù)的時機(jī)。所以對于校準(zhǔn)軟件而言，需要校準(zhǔn)軟件具備有效保留曲線數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)截取的功能，還能根據(jù)曲線的實(shí)際變化趨勢截取相對穩(wěn)定的部分，實(shí)現(xiàn)獲取可靠校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的目的。

4結(jié)束語

環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備是提供溫度和濕度的熱工類計量儀器，環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)準(zhǔn)確與否，會直接影響到最終的試驗(yàn)結(jié)果，所以在環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)過程中，必須選擇合適的方法進(jìn)行校準(zhǔn)，并針對設(shè)備做到提前預(yù)熱或預(yù)冷處理，以及布線位置等方面的準(zhǔn)備，才能達(dá)到有效校準(zhǔn)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的目的。

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【作者簡介】

焦慧揚(yáng)，女，1990年出生，工程師，研究方向?yàn)闊峁ゎ愑嬃科骶叩臋z定、校準(zhǔn)。

（編輯：李加鵬）