专利名称：精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种标定装置，特别涉及一种精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置及方法。
背景技术：
T型热电偶结构简单，使用方便，并且具有时间常数小，不存在电流的自加热问题等优点，被广泛应用于温度测量。恒温水浴箱的主要作用是提供一个温度恒定的环境，用于标定等科学实验。在实验中，有时候需要用到多根T型热电偶，而每根T型热电偶测得的温度都是有偏差的，为了减少这个偏差需要对T型热电偶进行标定。在实验要求的温度范围内(_20°C 50°C)，使用恒温水浴箱对T型热电偶每一度进行标定。现有产品存在以下缺陷第一、试验时水浴受机器运行影响波动大，对流换热产生温差，造成温度波动问题，温度标定不稳定的问题；第二、在实验的过程中需要若干点温度的稳定值，恒温水浴箱温度不能持续稳定每一个温度， 试验环境不能达到预期目标，存在标定精度不高的问题。综上所述，针对现有技术的缺陷，特别需要一种精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置以解决以上提到的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置，可以在试验中温度难以稳定的特殊情况下，精确标定T型热电偶，同时还提供了该多点温度标定装置的操作方法。本发明是通过以下技术方案实现的精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置，包括恒温水浴箱，该恒温水浴箱内设置一保温箱体、与保温箱体相配套设置的保温盖，所述保温箱体内设置温度平衡外管，该温度平衡外管内放置温度平衡内管，所述保温箱体内的水位高于温度平衡外管内的水位，所述温度平衡外管内的水位高于温度平衡内管内的水位，所述温度平衡外管和温度平衡内管之间设置一防互触装置，该防互触装置将温度平衡内管固定在温度平衡外管的中央，且不触及温度平衡外管的底部和侧壁，所述温度平衡内管内设置钼电阻、T型热电偶， 所述温度平衡内管的管口处设置一支架，该支架将钼电阻、T型热电偶固定在温度平衡内管里，且不触及温度平衡内管的底部和侧壁，所述钼电阻、T型热电偶连接一数据采集仪，该数据采集仪连接计算机。优选地，所述温度平衡外管和温度平衡内管之间的防互触装置采用由泡沫塑料制成的中央设有开口的支撑装置。优选地，所述温度平衡内管管口处的支架为一由泡沫塑料制成的开有多个孔的上盖。优选地，所述保温盖采用聚氨酯发泡或者泡沫塑料制成。
优选地，所述保温盖上设置供所述钼电阻、T型热电偶和数据采集仪进行通信的开□。优选地，所述温度平衡内管采用玻璃材质或者不锈钢材质。优选地，所述T型热电偶可以由K型热电偶来替换。优选地，所述钼电阻采用标定过的钼电阻。优选地，所述数据采集仪采用Fluke数据采集仪。精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置的操作方法步骤如下(1)往恒温水浴箱的保温箱体中倒入一定量的水，放入温度平衡外管，在温度平衡外管中放入温度平衡内管；(2)用防互触装置把温度平衡内管固定在温度平衡外管中央，且不触及温度平衡外管的杯底和杯壁，保证保温箱体的液面高于温度平衡外管内的液面，温度平衡外管中的液面高于温度平衡内管中的液面；(3)将数根T型热电偶和标定过的钼电阻用支架固定在温度平衡内管的中央，且不触及温度平衡内管的杯壁和杯底，同时也互不触碰；(4)将T型热电偶和钼电阻的另一端连接到数据采集仪上，盖上保温盖，再将数据采集仪连接到计算机上；(5)将数据采集仪的模式设置为每30s读取一个温度数值，这样就可以在计算机上实时观测到温度的变化，当调试到所需温度值时就可以采集温度稳定后的数值了，将每根T型热电偶在同一温度下与钼电阻的温度值进行对比和修正；(6)按照步骤(5)的方法，依次标定所需温度范围内每一度的温度值。有益效果本发明能精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定，结构简单、制造装配容易，适用于多种盐水、变压机油，玻璃容器适用不同规格及尺寸的烧杯、玻璃试管、 U型管、不锈钢制品等简易常用实验仪器，且可在试验中温度范围大(_20°C 50°C)的特殊情况下，进行标定试验；尤其适宜在标定精度要求较高的环境试验场合的运用。具有标定快速、方便、精度高、适用包括K型热电偶在内的多种类的热电偶。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1为本发明标定装置的内部结构示意图。图2为本发明标定装置的外观结构示意图。图3为本发明中温度平衡内管管口处的支架的结构示意图。图4为直接将T型热电偶与流体接触的标定过程稳定后温度波动曲线图。图5为增加一个玻璃容器的标定过程稳定后温度波动曲线图。图6为增加两个玻璃容器的标定过程稳定后温度波动曲线图。图中1.恒温水浴箱；11.保温箱体；2、钼电阻；3. T型热电偶；4.温度平衡外管； 5.温度平衡内管；6.数据采集仪；7.计算机；8.支架；9.保温盖；10.防互触装置。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，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不限于下述的实施例。如图1、图2和图3所示，图中包括恒温水浴箱1，恒温水浴箱1内设置有保温箱体 11、与保温箱体11相配套设置的保温盖9，保温盖9采用聚氨酯发泡或者泡沫塑料制成，保温盖9上设置有开口，以供钼电阻2、T型热电偶3和数据采集仪6进行通信的电路通过。保温箱体11内设置温度平衡外管4，该温度平衡外管4内放置温度平衡内管5，保温箱体11内的水位高于温度平衡外管4内的水位，温度平衡外管4内的水位高于温度平衡内管5内的水位。温度平衡内管5采用玻璃材质或者不锈钢材质，以防止热量散发。温度平衡外管4和温度平衡内管5之间设置防互触装置10，防互触装置10采用泡沫塑料制成，防互触装置10中央设有开口，嵌在温度平衡外管4内，用来支撑温度平衡内管 5，防互触装置10将温度平衡内管5固定在温度平衡外管4的中央，且不触及温度平衡外管 4的底部和侧壁。温度平衡内管5内设置一钼电阻2、数根T型热电偶3，温度平衡内管5的管口处设置支架8，支架8为一由泡沫塑料制成的开有多个孔的上盖，钼电阻2、T型热电偶3分别穿过支架8上的孔，支架8将钼电阻2、Τ型热电偶3的一端固定在温度平衡内管5里，且不触及温度平衡内管5的底部和侧壁，钼电阻2、T型热电偶3的另一端连接数据采集仪6的输入端，数据采集仪6的输出端连接计算机7。数据采集仪6采用Fluke数据采集仪。本发明标定装置的操作方法步骤(1)往恒温水浴箱的保温箱体中倒入一定量的水，放入温度平衡外管，在温度平衡外管中放入温度平衡内管；(2)用防互触装置把温度平衡内管固定在温度平衡外管中央，且不触及温度平衡外管的杯底和杯壁，保证保温箱体的液面高于温度平衡外管内的液面，温度平衡外管中的液面高于温度平衡内管中的液面；(3)将数根T型热电偶和标定过的钼电阻用支架固定在温度平衡内管的中央，且不触及温度平衡内管的杯壁和杯底，同时也互不触碰；(4)将T型热电偶和钼电阻的另一端连接到数据采集仪上，盖上保温盖，再将数据采集仪连接到计算机上；(5)将数据采集仪的模式设置为每30s读取一个温度数值，这样就可以在计算机上实时观测到温度的变化，当调试到所需温度值时就可以采集温度稳定后的数值了，将每根T型热电偶在同一温度下与钼电阻的温度值进行对比和修正；(6)按照步骤(5)的方法，依次标定所需温度范围内每一度的温度值。实验原理说明由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的边界层，根据牛顿冷却公式可以得知，表面换热系数是控制流体传热量的关键，即传热系数越大，传热过程越强烈，反之越小。因此，减小传热系数是控制水浴箱内温度波动的核心问题。变换
公式Φ = 可以看出换热量是温差与热阻的比值，因此可以发现要控制水浴温Φ =
MawU度波动，只需增h = Φ/[Aaw-D]大热阻即可。恒温水浴箱工作时，箱内温度由于加热或冷却产生周期性波动，并通过流体介质传给被测物体表面。此时，保温箱体内部等同于一个均质的半无限大的物体，而物体表面的温度亦会呈周期性变化，即θ =Awcos τ (θ为物体表面的瞬时过余温度，表示流体的瞬时温度与平均温度差，Aw为表面温度的波动幅度，ω为波动频率，τ为时间)并由简谐波的变化反应其波动特征，受初始温度分布影响，物体温度的周期性变化在初期阶段不规则， 随后进入稳态阶段，此时，由分离变量法可以得出0 = AW exp( -J—x)COS (ωτ - J—χ)
V 2αV 2α( α为材料的热扩散率，χ为物体温度波幅的位置)。在χ 处的波动幅度= Aw exp(-^x)。说明随着深入，物体内部波动幅度减小，这是周期性导热的重要特征，即温度波的波幅随着里表面距离的加大逐步衰减现象。本发明工作时，保温箱体内部由于存在的大温度平衡内管，增加了热阻，减小了换热，从而获得一个良好的恒温环境。在保温箱体与温度平衡外管、温度平衡外管与温度平衡内管之间的玻璃热阻可防止试验中因对流换热而引起的温度波动。其原理为根据波尔豪森对自然对流边界层方程的解析解及施密特·贝克曼的测定结果可知，对流换热下，不均勻温度场仅发生在靠近换热壁面的薄层之内，在保温箱体内放置温度平衡外管、温度平衡外管内放置温度平衡内管，由于玻璃容器的存在，增加了热电偶在标定过程中与壁面间的距离，即增加了热电偶离表面距离，衰减温度波的波幅，可有效防止因对流换热而引起的温度波动。本发明的恒温水浴箱外形尺寸LXWXH(mm) :250X200X200，工作槽口径 180 X 140，容量6L，温度调节范围-30 100°C，温控精度士0. 02°C。标准绝热玻璃容器尺寸DXH(mm)大号100X 120，小号75X 100，可选材料低于标准规格的烧杯、玻璃试管、U型管等简易常用耐高温、耐低温实验仪器。聚氨酯发泡隔热保温盖涂有纳米气凝胶的泡沫玻璃或泡沫塑料。尺寸 LXWXH(mm) :250X200X 100。实施例以水为实验介质，调节恒温水浴箱温度为20°C，按上述测试方法标定。若将T型热电偶直接接触流体，温度波的波幅离T型热电偶表面距离为零。由于玻璃容器的存在，温度波的波幅随之衰减，以达到减小温度波动的目的，减小标定误差，使T型热电偶标定更为精度。如图4、图5和图6所示，图4为直接将T型热电偶与流体接触的标定过程稳定后温度波动曲线图；图5为增加一个玻璃容器的标定过程稳定后温度波动曲线图；图6为增加两个玻璃容器的标定过程稳定后温度波动曲线图。结果表明，直接将T型热电偶与流体接触的标定温度波波幅为0. 075°C，增加一个和两个玻璃容器的标定温度波波幅分别为0. 03 和0. 02，这说明，增加壁阻与T型热电偶表面的距离可以达到精确标定的目的。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置，包括恒温水浴箱，该恒温水浴箱内设置一保温箱体、与保温箱体相配套设置的保温盖，所述保温箱体内设置温度平衡外管，该温度平衡外管内放置温度平衡内管，其特征在于，所述保温箱体内的水位高于温度平衡外管内的水位，所述温度平衡外管内的水位高于温度平衡内管内的水位，所述温度平衡外管和温度平衡内管之间设置一防互触装置，该防互触装置将温度平衡内管固定在温度平衡外管的中央，且不触及温度平衡外管的底部和侧壁，所述温度平衡内管内设置钼电阻、T 型热电偶，所述温度平衡内管的管口处设置一支架，该支架将钼电阻、T型热电偶固定在温度平衡内管里，且不触及温度平衡内管的底部和侧壁，所述钼电阻、T型热电偶连接一数据采集仪，该数据采集仪连接计算机。
2.根据权利要求1所述的精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置，其特征在于，所述温度平衡外管和温度平衡内管之间的防互触装置采用由泡沫塑料制成的中央设有开口的支撑装置。
3.根据权利要求1所述的精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置，其特征在于，所述温度平衡内管管口处的支架为一由泡沫塑料制成的开有多个孔的上盖。
4.根据权利要求1所述的精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置，其特征在于，所述保温盖采用聚氨酯发泡或者泡沫塑料制成。
5.根据权利要求1所述的精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置，其特征在于，所述保温盖上设置供所述钼电阻、T型热电偶和数据采集仪进行通信的开口。
6.根据权利要求1所述的精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置，其特征在于，所述温度平衡内管采用玻璃材质或者不锈钢材质。
7.根据权利要求1所述的精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置，其特征在于，所述T型热电偶可以由K型热电偶来替换。
8.根据权利要求1所述的精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置，其特征在于，所述钼电阻采用标定过的钼电阻。
9.根据权利要求1所述的精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置，其特征在于，所述数据采集仪采用Fluke数据采集仪。
10.一种如权利要求1所述的精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置的操作方法，包括如下步骤(1)往恒温水浴箱的保温箱体中倒入一定量的水，放入温度平衡外管，在温度平衡外管中放入温度平衡内管；(2)用防互触装置把温度平衡内管固定在温度平衡外管中央，且不触及温度平衡外管的杯底和杯壁，保证保温箱体的液面高于温度平衡外管内的液面，温度平衡外管中的液面高于温度平衡内管中的液面；(3)将数根T型热电偶和标定过的钼电阻用支架固定在温度平衡内管的中央，且不触及温度平衡内管的杯壁和杯底，同时也互不触碰；(4)将T型热电偶和钼电阻的另一端连接到数据采集仪上，盖上保温盖，再将数据采集仪连接到计算机上；(5)将数据采集仪的模式设置为每30s读取一个温度数值，这样就可以在计算机上实时观测到温度的变化，当调试到所需温度值时就可以采集温度稳定后的数值了，将每根T型热电偶在同一温度下与钼电阻的温度值进行对比和修正；(6)按照步骤(5)的方法，依次标定所需温度范围内每一度的温度值。
全文摘要
本发明公开了一种精确控制恒温水浴箱温度波动的多点温度标定装置，包括恒温水浴箱，该恒温水浴箱内设置一保温箱体、与保温箱体相配套设置的保温盖，所述保温箱体内设置温度平衡外管，该温度平衡外管内放置温度平衡内管，所述温度平衡内管内设置铂电阻、T型热电偶，所述温度平衡内管的管口处设置一支架，该支架将铂电阻、T型热电偶固定在温度平衡内管里，且不触及温度平衡内管的底部和侧壁，所述铂电阻、T型热电偶连接一数据采集仪，该数据采集仪连接计算机。本发明具有标定快速、方便、精度高、适用包括K型热电偶在内的多种类的热电偶。
文档编号G01K15/00GK102494807SQ20111044181
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者卢佳华, 张敏, 车贞花, 陈健华 申请人:上海海洋大学