1、电热鼓风干燥箱温度校准 樊蕾 程绍杨 中核(天津)机械有限公司 摘 要： 电热鼓风干燥箱在工业上应用非常广泛, 本文主要介绍了电热鼓风干燥箱温度校准仪器、校准方法、测试点的布置以及数据处理。关键词： 电热鼓风干燥箱; 温度校准; 校准方法; 数据处理; 作者简介：樊蕾, 女, 工程师。工作单位:中核 (天津) 机械有限公司。作者简介：程绍杨, 中核 (天津) 机械有限公司 (天津 300300) 。收稿日期：2017-07-10Temperature Calibration of Electric Drying Oven with Forced ConvectionFan Lei Cheng
2、Shaoyang Received： 2017-07-101 概述电热鼓风干燥箱又名烘箱, 顾名思义是采用电加热的方式进行鼓风循环干燥试验。电热鼓风干燥箱专为干燥热敏性、易分解和易氧化物质而设计, 能够向内部充入惰性气体, 特别是一些成分复杂的物品也能进行快速干燥。2 温度校准2.1 温度校准仪器采用由铂电阻、热电偶传感器及二次仪表组成的温度测量系统, 其测量结果的扩展不确定度 (k=2) 不大于被检温度允许偏差的 1/3。铂电阻传感器应符合 IEC 60751 的等级 A, 热电偶传感器应符合 GB/T 16839.1的规定。传感器在空气中的 50%响应时间应在 (1040) s 之间, 温
3、度测量系统的响应时间应小于 40s。2.2 温度的校准方法电热鼓风干燥箱的校准有三种不同的方法, 即在无负载条件下开展校准、在有负载条件下开展校准、在使用过程中的实时测量。本文采用无负载条件下校准的方法对电热鼓风干燥箱的温度性能进行评估。具体校准方法如下:按规定位置布放温度测量传感器, 传感器不应受冷热源的直接辐射, 将试验设备的温度控制器设定到所要求的标称温度上, 使设备正常工作。自设备进入控温状态 (当设备控制器的温度示值达到设定值偏差带时起, 可视为进入控温状态) 后稳定 30min (稳定时间最长不超过 2h) , 开始记录各测量点的温度和设备指示温度。2.3 测试点的数量选择与布置电
4、热鼓风干燥箱的内腔尺寸为 350mm450mm450mm, 容积约为 0.07m2m, 温度测试点选择 9 个, 分为上、中、下三层布放, 中层为通过工作室几何中心的平行于底面的校准工作面, 具体布放位置如图 1 所示。图 1 温度测试点布放位置示意图 下载原图2.4 温度测试按图 1 所示布放温度传感器, 将电热鼓风干燥箱的温度控制器设定到标称温度 (95) , 使设备正常工作。稳定后开始读数, 每 2min 记录所有测试点的温度一次, 在 30min 内共测试 15 次, 温度数据如表 1 所示。3 温度偏差、温度均匀度和温度波动度的计算3.1 温度偏差的计算式中:T max温度上偏差,
5、;T min温度下偏差, ;Tmax各测量点在 30min 内的实测最高温度值, ;Tmin各测量点在 30min 内的实测最低温度值, ;TN标称温度值, 。依据上述公式计算得:表 1 电热鼓风干燥箱 95校准时温度数据记录表 下载原表 3.2 温度均匀度的计算式中:T u温度均匀度, ;Tjmax各测量点在第 j 次测量中的实测最高温度值, ;Tjmin各测量点在第 j 次测量中的实测最低温度值, 。依据上述公式计算得:3.3 温度波动度的计算式中:T j试验设备工作空间第 j 点温度波动度, ;Tjmax试验设备工作空间第 j 点在 30min 内的实测最高温度值, ;Tjmin试验设备
6、工作空间第 j 点在 30min 内的实测最低温度值, 。取 T j的最大值为设备的温度波动度。依据上述公式计算得:4 温度偏差校准结果的不确定度分析4.1 测量模型式中:t d温度偏差, ;td被检设备温度显示仪表显示温度, ;to数字温度显示仪读数, ;t o温度测量装置的修正值 (指整体检定) , 。4.2 方差与灵敏系数上式中 to, td, t o互为独立, 因而得4.3 不确定度来源及分析(1) 不确定度的来源针对电热鼓风干燥箱温度测量时, 不确定度的来源主要有:(1) 由电热鼓风干燥箱上的温度显示仪表读数 td引入的不确定度;(2) 由温度测量装置数字显示仪读数 to引入的不确定
7、度;(3) 由温度测量装置 (整套设备) 自身精度 t o引入的不确定度;(4) 由于电热鼓风干燥箱自身密封性原因造成的热量扩散引入的不确定度, 因为该热量损失正常情况下很小, 因此该项不确定度可以忽略不计;(5) 由于电热鼓风干燥箱内部无支架, 因此在安放热电偶时需要连同专用的支架一同放入, 以便在热电偶安放在空间指定位置上, 这样一来就给电热鼓风干燥箱带来了负载, 但是该负载远远小于电热鼓风干燥箱正常工作时的负载, 可以忽略不计, 因此该负载引入的测量不确定度忽略不计。(2) 由 td引入的不确定度对电热鼓风干燥箱做 15 次独立重复测量, 从设备显示仪上读取 15 次显示值, 记为 td
8、1, td2, , td15, 平均值记为 , 其测量值如表 2 所示。表 2 设备显示仪读数列表 下载原表 根据公式(3) 由 to引入的不确定度对电热鼓风干燥箱做 15 次独立重复测量, 从数字温度显示仪上读取 15 次显示值, 记为 to1, to2, , to15, 平均值记为 , 其测量值如表 3 所示。表 3 数字温度显示仪读数列表 下载原表 根据公式(4) 由 t o引入的不确定度从检定证书知:温度测量装置修正值 t o的扩展不确定度 U95=0.06, 以正态分布估计, k 95=1.960, u3=u (t o) =0.06/1.960=0.03, 3=。4.4 不确定度分量
9、一览表表 4 不确定度分量一览表 下载原表 4.5 合成标准不确定度根据公式 , 计算得出电热鼓风干燥箱温度偏差的合成标准不确定度为:4.6 扩展不确定度针对电热鼓风干燥箱温度偏差的 3 个不确定度分量大小接近, 且相互独立, 其合成仍接近正态分布, 取置信水平 p=0.95, 查 t 分布表得扩展因子 k95=2.01, 故得:4.7 校准方法的验证依据JJF 1059-1999 测量不确定度评定与表示的规定, 测量结果的扩展不确定度 (k=2) 不应大于被检参数允许偏差的 1/3。由 , 因此可以判定该校准方法可行, 该温度测量装置精度满足要求。5 校准结果的表达即该电热鼓风干燥箱在设定为 95时, 温度偏差处于 (1.321.48) 范围内的可信度是 95%。参考文献1GB/T 5170.2-2008电工电子产品环境试验设备检验方法温度试验设备S.2IEC 60751-2008工业铂电阻温度计和铂温度传感器S. 3GB/T 16839.1-1997热电偶分度表S. 4JJF 1101-2003环境试验设备温度、湿度校准规范S. 5黄正贵.校准恒温箱温度偏差和测量结果的不确定度分析J.计量与测试技术, 2006 (9) :3334. 6JJF 1059-1999测量不确定度评定与表示S.
