常見熱學(xué)計(jì)量?jī)x器的檢定方法與技術(shù)研究

摘要：目前，熱學(xué)計(jì)量?jī)x器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域，對(duì)熱學(xué)計(jì)量?jī)x器展開檢定、確保儀器量值精確性等具有重要意義。做好儀器檢定與計(jì)量，能夠有效確保熱學(xué)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而確保各類生產(chǎn)研究工作的質(zhì)量。基于此，就熱學(xué)計(jì)量?jī)x器的檢定與計(jì)量展開研究，詳細(xì)論述目前各領(lǐng)域所應(yīng)用熱學(xué)計(jì)量?jī)x器的類型與工作原理，同時(shí)就熱學(xué)計(jì)量?jī)x器檢定計(jì)量的方法與技術(shù)展開分析，旨在確保熱學(xué)計(jì)量?jī)x器檢定準(zhǔn)確性與可靠性，并為熱學(xué)測(cè)量領(lǐng)域量值統(tǒng)一奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：熱學(xué)計(jì)量?jī)x器 動(dòng)態(tài)檢定技術(shù)[ 5]" 靜態(tài)檢定技術(shù)[A6]"[A7]

Research on Common Thermal Measuring Instruments and Calibration Methods

XING Xuenan

AVIC Changchun Control Technology Co.， LTD， Changchun， Jilin Province， 130400 China

Abstract： At present， thermal measuring instruments have been widely used in the fields of industrial production， scientific research and medical and health fields， and it is of great significance to calibrate the thermal measuring instruments to ensure the accuracy of the instrument measurement value. Good instrument calibration and measurement， can effectively ensure the accuracy of thermal measurement results， and then ensure the quality of all kinds of production and research work. Based on this， the research on the calibration and measurement of thermal measuring instruments， detailing the types and working principles of thermal measuring instruments currently applied in various fields are discussed in detail. At the same time， the methods and techniques of calibration and measurement of thermal measuring instruments are analyzed， aiming to ensure the accuracy and reliability of thermal measuring instruments calibration and lay the technical foundation for the unified measurement of quantity values in the field of thermal measurement.

Key Words： Thermal; Measuring instrument; Dynamic verification technology; Static verification technology

熱學(xué)計(jì)量?jī)x是測(cè)量溫度、熱流等熱學(xué)量的重要儀器，其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性與有效性將會(huì)直接影響工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)、科學(xué)研究等數(shù)據(jù)的可靠性。所以，對(duì)熱學(xué)計(jì)量?jī)x器的檢定與計(jì)量，已經(jīng)成為計(jì)量學(xué)領(lǐng)域研究的重要方向。通過科學(xué)的方法對(duì)熱學(xué)計(jì)量?jī)x器展開檢定，可以確保儀器在使用階段的精準(zhǔn)度與可靠性，以此為各行業(yè)提供更為準(zhǔn)確的熱學(xué)測(cè)量信息數(shù)據(jù)。

1常見的熱學(xué)計(jì)量?jī)x器及其工作原理

1.1溫度測(cè)量?jī)x器

溫度測(cè)量是眾多熱學(xué)計(jì)量?jī)x器的常見功能，具體包括玻璃液體溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、電熱阻溫度計(jì)等。首先，玻璃液體溫度計(jì)是日常生活中最為常見的溫度測(cè)量?jī)x器，該儀器能夠利用水銀、酒精等液體熱脹冷縮而測(cè)量溫度，當(dāng)溫度出現(xiàn)變化后，儀器內(nèi)水銀等液體體積就會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而在儀器刻度中顯示溫度。玻璃液體溫度計(jì)的優(yōu)勢(shì)為造價(jià)較低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多應(yīng)用于日常生活和對(duì)熱量測(cè)量精度要求不高的工業(yè)生產(chǎn)中，但是這種測(cè)量?jī)x會(huì)受到儀器材料等因素影響，在高溫、低溫環(huán)境下的測(cè)量結(jié)果并不精確^[1]。其次，電熱偶溫度計(jì)以賽貝克效應(yīng)為工作原理，在回路中，若兩接點(diǎn)溫度不同，那么其在熱電勢(shì)方面也會(huì)存在明顯差異，常規(guī)熱電偶材料包括鎳鉻合金、鎳鋁合金、康銅、鎳硅合金等，熱電偶溫度計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，具備響應(yīng)快速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材質(zhì)耐用等優(yōu)勢(shì)，但是熱電勢(shì)卻容易受到熱電偶材料、測(cè)量回路等因素的影響，因此在使用之前需要做好校準(zhǔn)工作。再次，熱電阻溫度計(jì)以金屬、半導(dǎo)體材料電阻與溫度的關(guān)系為基本工作原理，如鉑電阻溫度計(jì)在低溫環(huán)境測(cè)量中將會(huì)精確檢測(cè)出熱量結(jié)果，這是由于其電阻值與溫度變化之間的線性關(guān)系非常明顯，但是該檢測(cè)儀器的缺陷在于對(duì)連接導(dǎo)線的電阻變化同樣非常敏感，因此在使用熱電阻溫度儀測(cè)量時(shí)應(yīng)充分考慮導(dǎo)線電阻補(bǔ)償，目前該溫度儀已經(jīng)被應(yīng)用到高精度溫度測(cè)量中，如在科研項(xiàng)目中低溫實(shí)驗(yàn)和高精度恒溫環(huán)境監(jiān)測(cè)中均能夠達(dá)到預(yù)期檢測(cè)效果。最后，紅外溫度計(jì)是以物體紅外輻射為工作原理的檢測(cè)儀器，依據(jù)黑體輻射定律可知，物體紅外輻射強(qiáng)度與溫度為正相關(guān)關(guān)系，即溫度越高，紅外輻射越強(qiáng)，該檢測(cè)儀器具備非接觸式測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)，可以被應(yīng)用到不易接觸物體、高溫和快速移動(dòng)物體的熱量檢測(cè)中，但是紅外溫度計(jì)會(huì)受到物體表面發(fā)射率、環(huán)境輻射等因素的影響。

1.2熱流測(cè)量?jī)x器

常見的熱流測(cè)量?jī)x器包括熱流傳感器與熱流計(jì)。熱流傳感器是以傅里葉定律為基礎(chǔ)，依據(jù)被測(cè)量物體自身熱流量而體現(xiàn)該物體表面熱流密度的測(cè)量?jī)x器，常見的熱流傳感器為平板式熱流傳感器，該儀器內(nèi)部存在感溫部件，并且能夠通過的傳感器上下表面溫差與自身熱阻而確定熱流，具有安裝、使用方便等優(yōu)勢(shì)，目前該傳感裝置已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到墻體熱傳遞測(cè)量等領(lǐng)域。熱流計(jì)是一類常見的綜合性熱流測(cè)量?jī)x器，該儀器屬熱流傳感器升級(jí)版，除了具備熱流傳感器以外，還包括熱量電路和顯示單元，依據(jù)測(cè)量原理不同，可以將熱流計(jì)分為傳導(dǎo)型、對(duì)流型、輻射熱型等類型：傳導(dǎo)型多被應(yīng)用于固體熱流測(cè)量中；對(duì)流性則可以被應(yīng)用于流體與固體表面之間對(duì)流傳熱；輻射型可以被應(yīng)用到物體由于熱輻射而產(chǎn)生的熱流量值，在熱流計(jì)應(yīng)用中，技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合不同熱傳遞場(chǎng)景針對(duì)性地選擇熱流量?jī)x器^[2]。

1.3其他熱學(xué)計(jì)量?jī)x器

除了溫度測(cè)量?jī)x器以及熱流測(cè)量?jī)x器外，常見的熱學(xué)計(jì)量?jī)x器還包括熱導(dǎo)率測(cè)量?jī)x器，該儀器主要測(cè)量物體的熱導(dǎo)率，常見測(cè)量技術(shù)包括穩(wěn)態(tài)法與瞬態(tài)法，前者通過對(duì)物體熱流、溫度梯度等確定熱導(dǎo)率，而后者則是以測(cè)量物體瞬時(shí)溫度而確定熱導(dǎo)率，目前熱導(dǎo)率測(cè)量?jī)x器多應(yīng)用到新型隔熱與散熱材料性能評(píng)估中。比熱容測(cè)量?jī)x是測(cè)量物體比熱容的重要儀器，物體在吸收或發(fā)出熱量時(shí)自身溫度也會(huì)出現(xiàn)變化，而比熱容測(cè)量?jī)x就是通過計(jì)算輸入與輸出值而確定比熱容的方法，比熱容計(jì)算是能源儲(chǔ)存和化工生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)也是評(píng)估材料熱性能與能量轉(zhuǎn)換效率的重要依據(jù)。

2常見熱學(xué)計(jì)量?jī)x器檢測(cè)方法與技術(shù)[ 8]

2常見熱學(xué)計(jì)量?jī)x器檢測(cè)方法

2.1比較法

比較法屬傳統(tǒng)熱學(xué)計(jì)量?jī)x器檢測(cè)方法，多被應(yīng)用到溫度計(jì)等儀器檢測(cè)中。在技術(shù)應(yīng)用中，工作人員將被檢測(cè)溫度計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)同時(shí)放置在恒溫槽中，同時(shí)在不同溫度下對(duì)二者溫度顯示結(jié)果展開比對(duì)，而工作人員需要確保恒溫槽內(nèi)溫度的穩(wěn)定性，避免由于恒溫槽因素對(duì)檢定測(cè)量結(jié)果造成影響。若檢定溫度計(jì)精度較高，那么工作人員還應(yīng)做好恒溫槽內(nèi)溫度波動(dòng)控制工作，從而防止由于溫度波動(dòng)過大而無法反映溫度計(jì)實(shí)際情況。為了確保檢測(cè)精度，工作人員需要開展多次比較并計(jì)算檢定結(jié)果平均值，如在對(duì)高精度鉑電阻溫度計(jì)檢測(cè)階段，工作人員需要應(yīng)用高精度恒溫油槽，然后選擇多個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)展開比較性測(cè)量，從而確保檢定結(jié)果準(zhǔn)確性^[3]。

2.1定點(diǎn)法

定點(diǎn)檢測(cè)是溫度計(jì)量?jī)x器常見檢定技術(shù)，在應(yīng)用該檢測(cè)技術(shù)時(shí)需要利用國(guó)際溫標(biāo)對(duì)儀器展開檢測(cè)，如水的三相點(diǎn)作為關(guān)鍵固定點(diǎn)之一，在檢測(cè)過程中需要將溫度計(jì)量?jī)x器放置在水的三相電瓶?jī)?nèi)，而后檢定儀器在該點(diǎn)的示值。通過定點(diǎn)法檢定溫度計(jì)量?jī)x器具備準(zhǔn)確性高的特征，該方法可以追溯到國(guó)際溫標(biāo)中，但是檢定過程比較復(fù)雜，需要特定設(shè)備支持，同時(shí)非常容易受到外界環(huán)境的影響，因此在檢定過程中要非常注意細(xì)節(jié)問題。除了水的三相點(diǎn)以外，技術(shù)人員還可以通過鎵熔點(diǎn)（29.764 6 ℃）等三相點(diǎn)對(duì)溫度計(jì)量?jī)x器展開定點(diǎn)檢定^[4]。

3熱學(xué)計(jì)量?jī)x器檢定技術(shù)

3.1動(dòng)態(tài)檢定技術(shù)

針對(duì)那些響應(yīng)速度較快的溫度計(jì)量?jī)x器，技術(shù)人員可以通過動(dòng)態(tài)法對(duì)儀器進(jìn)行檢定，以熱電偶溫度計(jì)為例，該技術(shù)可以被應(yīng)用到熱電偶溫度計(jì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與分析中，在檢定過程中，動(dòng)態(tài)檢定系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲取溫度計(jì)在不同溫度環(huán)境下發(fā)出的信號(hào)，這些信號(hào)涵蓋溫度計(jì)熱電動(dòng)勢(shì)等信息，并且能夠真實(shí)體現(xiàn)出熱電偶溫度計(jì)對(duì)不同溫度的響應(yīng)速度、響應(yīng)質(zhì)量、信號(hào)穩(wěn)定等情況，并由此判斷熱電偶溫度計(jì)是否存在信號(hào)波動(dòng)、響應(yīng)滯后等問題。除此之外，技術(shù)人員還可以通過數(shù)據(jù)處理算法對(duì)經(jīng)過動(dòng)態(tài)檢定后的數(shù)據(jù)展開分析處理，并利用這些信息數(shù)據(jù)繪制的熱電偶溫度計(jì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線、溫度測(cè)量誤差與時(shí)間影響變化曲線等，通過這些可視化數(shù)據(jù)能夠幫助工作人員全面掌握熱電偶溫度計(jì)的性能，并為后期溫度計(jì)計(jì)量校準(zhǔn)等提供數(shù)據(jù)支撐^[5]。在檢定工作中，工作人員也可以通過動(dòng)態(tài)檢定技術(shù)對(duì)溫度計(jì)動(dòng)態(tài)誤差展開分析與修正，熱學(xué)計(jì)量?jī)x器檢定的最終目的是發(fā)現(xiàn)儀器問題并作出修正，在檢定過程中，熱電偶溫度計(jì)會(huì)受到動(dòng)態(tài)溫度影響而出現(xiàn)誤差，工作人員可以通過動(dòng)態(tài)檢定技術(shù)掌握溫度計(jì)動(dòng)態(tài)誤差的發(fā)生規(guī)律，并依據(jù)這些規(guī)律構(gòu)建動(dòng)態(tài)誤差模型，以此對(duì)熱電偶輸出信號(hào)進(jìn)行修正，整體而言，動(dòng)態(tài)檢定技術(shù)不僅能夠發(fā)現(xiàn)熱學(xué)計(jì)量?jī)x器問題，而且還可以控制動(dòng)態(tài)誤差對(duì)溫度測(cè)量的影響。

3.2靜態(tài)檢定技術(shù)

靜態(tài)檢定是在穩(wěn)定檢定環(huán)境下對(duì)熱流測(cè)量?jī)x器準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性檢測(cè)的常見方法，在靜態(tài)檢定階段，工作人員需要為檢定工作提供一個(gè)溫度差、熱流量相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，這是確保熱流測(cè)量?jī)x器檢定穩(wěn)定的基礎(chǔ)。通常情況下靜態(tài)檢定技術(shù)能夠應(yīng)用到熱流測(cè)量?jī)x器準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性與重復(fù)性檢定中。首先，在準(zhǔn)確性檢定階段技術(shù)人員可以通過該技術(shù)確定測(cè)量誤差，在將熱流測(cè)量?jī)x放置在已知熱流密度環(huán)境中，同時(shí)比較被檢定儀器測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)差后即可確定測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確性，若差值處于規(guī)定范圍內(nèi)，則說明儀器準(zhǔn)確性符合要求。其次，靜態(tài)檢定技術(shù)可幫助儀器刻度校準(zhǔn)，工作人員可以在各類已知熱流密度下對(duì)儀器展開檢定，并結(jié)合檢定結(jié)果對(duì)設(shè)備刻度系數(shù)進(jìn)行精確調(diào)整，如工作人員可以在100 W/m2、200 W/m2、300 W/m2等多個(gè)穩(wěn)定熱流密度點(diǎn)檢定儀器，在檢定完成后，依托線性回歸方程掌握檢定設(shè)備刻度與實(shí)際熱流密度之間的關(guān)系，從而對(duì)熱流測(cè)量?jī)x器的刻度進(jìn)行校準(zhǔn)，經(jīng)過校準(zhǔn)后的儀器將會(huì)更為精確地表現(xiàn)熱流密度情況^[6]。再次，靜態(tài)檢定技術(shù)還能夠被應(yīng)用到熱流測(cè)量?jī)x器穩(wěn)定性檢定中，如工作人員可以在熱流測(cè)量?jī)x器長(zhǎng)時(shí)間工作后對(duì)儀器展開檢測(cè)，并記錄測(cè)量結(jié)果，若儀器經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間工作后測(cè)量值并未出現(xiàn)很大波動(dòng)，則表明該儀器穩(wěn)定性良好；反之，則表明儀器穩(wěn)定性存在問題。最后，靜態(tài)檢定技術(shù)還能夠被應(yīng)用到儀器重復(fù)性檢測(cè)中，工作人員可以通過靜態(tài)檢定技術(shù)對(duì)同一儀器展開多次檢定，但是檢定條件與環(huán)境必須相同，在檢測(cè)后若偏差不超過±3%，那么表明儀器重復(fù)性符合要求。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，熱學(xué)計(jì)量?jī)x器檢定在保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性、確保量值溯源性、產(chǎn)品生產(chǎn)安全性等方面具有重要作用，熱學(xué)計(jì)量?jī)x器類型較多。為此，工作人員需要掌握熱學(xué)計(jì)量?jī)x器的分類標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各類熱學(xué)計(jì)量?jī)x器展開針對(duì)性的檢定，確保技術(shù)被應(yīng)用于儀器類型相互匹配，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決熱學(xué)計(jì)量?jī)x器中存在的問題，從而發(fā)揮儀器在生產(chǎn)、科研中的最大功效。

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