虹科分享 | 如何避免干井校准操作的常见误区（二）-电子发烧友网

校准短小的传感器

在加工厂中，针对个别公司的需求而设计几种不同的传感器是很常见的。尤其是在生命科学和食品/饮料行业。然而，这些传感器可能很短，并且制造成奇怪的形状，使校准变得困难。根据一般经验，传感器必须完全浸没在校准设备中，且直径至少为传感器直径的15倍才能被视为准确。因此，传感器的活动部分需要处于温度均匀区。使用油槽是解决该问题的一种方法，因为传感器完全浸没在轴向泵送的液体中，从而确保温度的均匀性。

然而，对于不会被油渣污染传感器的“纯”校准，采用双区技术的干井是答案。在某些情况下，可以使用特殊插件来减少或消除温度耗散。

由于干井中的热负荷而产生的热梯度通过双区技术进行补偿。这意味着校准器能够感知和控制散热，允许通过简单地提升参考探头以匹配水平面来校准短型传感器。

干井设计

原则上，正确测量干井温度的方法有两种：

• 内置控制器传感器用作内部参考传感器，可将干井转换成自己的参考仪器

• 通过插件安装的外部参考传感器（例如ETS），从而将干井转变成散热器

两种方法分别代表不确定性的各种影响：

使用内部参考传感器校准：

内部参考传感器默认放置在干井内。测量装置通常放置在井底附近，围绕插件。由于其定位，内部参考传感器并不会测量被测传感器所在的插件内部的温度，而是测量其周围区域的温度。由于插件和干井之间的热阻，温度测量并不那么准确。这只会因温度的变化而恶化，因为插件温度通常比干井其他部分的温度变化要慢。如果校准进行得太快，且没有等待适当的稳定时间，这可能会导致有害的错误。除此之外，重新校准内部参考传感器也是一个麻烦的问题，因为只有干井制造商能够进行这种校准。

使用外部参考传感器校准：

外部参考传感器与被测传感器一起被直接放置在插件中，因此温度测量更加精确。为了具有与被校准传感器相同的热特性，参考传感器最好具有相同的尺寸和热导率，以便准确地跟踪温度的变化。然而，这种情况很少发生，因此必须考虑延长保持时间（停留时间）。与内部参考传感器相比，使用外部参考传感器（如ETS）的最佳因素之一是其结果更准确，不确定性更小。在提高精确度的基础上，外部选项还提供了发生错误时的可靠性和独立性——因为无需检查整个干井单元即可检查外部参考传感器。

负载干井只要环境温度与干井温度不同，就几乎不可能避免热量通过传感器传导，这种现象称为干式传导。放在同一插件内的传感器越多，温度就会“泄漏”的越多——这也适用于更厚的传感器。除此之外，环境和插件之间的温差越大，泄漏就越多。在实践中，这将意味着干井运行的温度越高，泄漏的越多。这就导致靠近顶部的插件比底部的更容易冷却，从而产生温度梯度。为了避免这种情况，可以通过使用两个或更多的加热/冷却区来减少或几乎消除负载效应。对于内部参考传感器，负载效应通常更为严重，因为参考传感器放置在底部附近，测量的是井周围的温度，而不是插件内部的温度，这导致负载效应无法被识别，从而无法得到补偿。因此，在使用外部参考传感器时，由负载效应引起的误差要小得多，因此不确定性要好得多。

温度可靠的温度源

良好的温度均匀性和稳定性对于干井至关重要，因为被测传感器可能具有不同的测量区域。即使在处理大型热负荷（例如多个或“重型”传感器）时，这一重要因素也需要保持正确，为了解决上述热问题，双区域设计的加热井将是消除被测传感器绝缘需求的最佳步骤，从而使校准所有类型的直型传感器成为可能。

设计包括两个独立的区域，每个区域都可主动控制温度：

•井的下部的均匀性水平接近实验室油槽，并控制校准温度。

•井的上部通过补偿井顶部和被测传感器之间的热量损失，确保良好的均匀性并且独立于负载。

实现温度均匀性

插件垂直方向（长度）上的温差被称为轴向均匀性。干井底部的温度与顶部的温度不同很常见。这主要是由于顶部的温度向周围“泄漏”。

传感器中的实际测量元件可能以不同的长度放置，因为一些元件比其他元件更靠近尖端。这使得确保不同的传感器暴露在相同温度下变得极为重要。为了实现这一点，井底的均质区必须足够深。因此，传感器应保持在该区域内，其深度通常规定在40至60mm之间，以消除或减少不确定性，或至少在相同深度插入和对齐。

温度分布

无论插件是否具有良好的热导率，井之间总是会出现温差。这通常是由以下原因引起的：

• 一个插件比另一个更易接触到井体

• 插件负载不均，例如，一个插件可能比另一个更厚或有更多的传感器

•两侧的加热器和冷却器的公差可能受到影响

幸运的是，井之间的温差通常非常小。仍应通过热分布研究来考虑和确定它们。

温度稳定性

在运行期间温度必须保持稳定，因为不同传感器通常具有不同热特性，因此需要不同的时间来稳定。如果温度持续变化，不同的传感器的读数可能不同。例如，将校准设备放置在“非受控”区域的情况下，使用外部参考传感器将提供更准确的结果。长期稳定性规范通常是制造商文件的一部分。

结论：

缓慢而稳定赢得比赛-使您的校准完全自动化

众所周知，温度变化通常相当缓慢，由于系统的被动性质，系统每个部分都需较长时间才能稳定在相同的温度，从而达到平衡。校准需要时间，因为匆忙进行干井温度校准会带来最大的不确定性来源。因此，了解您的系统非常重要，例如通过测试校准程序中的各个步骤需要花费多长时间。这对于内部参考传感器尤其重要，因为这些传感器达到所需温度的速度比被测传感器快得多。因此，在过程中过早接受结果将导致重大错误。对于外部温度传感器来说，这并没有那么严重，因为在平衡之前得出结果它们仍然准确。

虹科干井校准解决方案

虹科提供一系列可移动的干井校准器，用于-100至+425°C（+700°C）之间的温度校准。使用装有需要校准的传感器/探头的受控加热装置创建稳定的温度曲线。