專利名稱：一種溫度傳感器校準裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種溫度傳感器校準裝置，包括一個放置待校準傳感器的腔體、腔體內傳感器周圍的熱傳導介質以及將介質加熱/冷卻到預期溫度的裝置。
隨著元器件和設備的老化，以及溫度變化和機械勞損，(溫度傳感器的)主要性能會降低。這種現象稱為“漂移(drift)”。當發(fā)生漂移時，人們不會再相信先前的性能測試，這可能導致開發(fā)及生產的低質量。既然人們無法避免漂移現象發(fā)生，就必須通過校準對儀器進行檢測，以消除漂移影響。
眾所周知，校準就是將設備的性能與公認的標準比較。那些標準由國家及國際授權的校準實驗室保管。
目前，人們對工業(yè)界在測量精度及質量保證方面的要求日益增強。因此，需要開發(fā)一種滿足新要求、符合溫度校準新標準的校準設備。
以前的校準設備通?？煞譃閮煞N類型的校準器，即液浴(liquid bath)型和干塊(dry block)型。
液浴型校準器在液浴型校準器中，待校準的傳感器被放入預定參照溫度的液體中攪動。這種類型的校準器的優(yōu)缺點概述如下優(yōu)點 液體與參照溫度計之間以及液體與待校準的傳感器/溫度計之間具有確定的適當的熱傳導/溫度差別； 攪動中的液體具有平滑的溫度分布特性，技術上便于控制，而且可校準長短相差較大的傳感器。缺陷 對于不同的溫度范圍，可能需要不同的液體； 液體可能溢出造成損害，尤其是處于極限溫度時； 校準后需要對溫度傳感器進行干燥處理，也可能需要擦干凈； 液體在搬運時比較麻煩，手持使用也不方便。
干塊型校準器在干塊型校準器中，傳感器被放入一個腔孔中，腔孔隨即填充空氣。調節(jié)腔體周圍的溫度使其盡可能接近預定參照溫度。這種校準器的優(yōu)缺點概述如下優(yōu)點 簡單、干凈； 非常適合手持設備，因而適用于現場校準。缺陷 空氣與傳感器之間通過自然對流進行的熱傳導很慢，而且難以進行物理確定，輻射率也不清楚，以至于傳感器溫度與參照溫度之差不能及時清楚確定； 對被校準溫度傳感器的熱傳導性能較敏感； 需要在塊的幾何形狀與質量(mass)之間權衡優(yōu)化以便達到較好的溫度分布特性，在腔孔同一溫度與小塊組合之間權衡優(yōu)化以便迅速改變溫度圖； 需要保持塊及腔孔干凈，以維持影響精度的熱傳導性能； 需要技術控制； 腔孔內深淺不同的地方難以達到相同溫度； 比液浴型校準器測量的不確定性更高。
例如，國際專利申請No.PCT/NO98/00218中就介紹了一種類型的裝置。這種校準器具有上述兩種主要類型的絕大部分優(yōu)點，但仍然具有一些缺陷，包括校準器塊大而沉，填充有液體的襯墊與液浴型校準器一樣有清潔的問題。
本發(fā)明的主要目的，就是提供一種能夠將液浴型校準器的高精度與干塊型校準器的簡單及環(huán)境優(yōu)勢(干凈)結合起來的校準裝置。
本發(fā)明的一個更具體的目的，是提供一種能夠獲得可物理確定的預期參照溫度且可快速調節(jié)溫度的校準裝置。
此外，本發(fā)明還期望提供能滿足下列要求的校準裝置 整個裝置盡可能最輕便、最小巧； 能量要求盡可能最低； 使用者因接觸過熱或過冷的液體或組件而受到傷害的可能性最小； 只需對裝置結構和組件做盡可能最小的改動就可覆蓋較大的溫度范圍。
本發(fā)明介紹的一種類型的校準裝置就能滿足上述要求，在這種裝置中，腔體內至少有一個圍繞傳感器的校準體，該校準體壁很薄，是用一種熱傳導性很好的柔性材料做成的，其內部填充了一種熱傳導介質；校準體的內壁形成一個內開口以便放置傳感器，校準體具有壓敏性，受壓后其內壁可緊緊包住傳感器甚至多個傳感器。
該裝置中的熱傳導介質可以是液體或氣體。為便于使用，校準體的材料可具有彈性。
在該裝置的一個優(yōu)選實施例中，校準體內壁接觸熱傳導介質的那一面具有表面可拉伸性以允許最大的熱傳導，而另一面與傳感器充分接觸，也具有熱傳導性。
調節(jié)填充氣體或液體的壓強，使其比周圍的壓強低或壓強一樣，以便放入溫度傳感器時形成足夠大的開口；而在校準時調節(jié)填充物的壓強使其高于周圍的壓強，以保證校準體與傳感器最充分接觸。此外，也可以調節(jié)填充氣體或液體的壓強使其便于放置與校準體全面或部分接觸的傳感器。
在用來填充的液體或氣體本身壓強就很高，或者周邊給校準體施加外部壓力，或采用其它機械裝置施加外部壓力的情況下，可以將校準體內的壓強調高。
填充的液體或氣體在校準體內部對流，供應或散發(fā)熱能，以使校準體達到預期的參照溫度。
一個或多個溫度傳感器被放在適當的位置，其周邊的液流或氣流象控制電路的發(fā)端一樣控制熱能的供應或散發(fā)(可能通過控制流動率來實現)，以使校準體周邊達到預期的參照溫度。
為避免不必要的熱能供應或流失，填充液體或氣體的部分都具有適當的熱絕緣性。
根據本發(fā)明的裝置可以做到結構緊湊，比先前的類型更小巧更輕便；還有可能使其能耗低，只需用自身附帶的電源即可。因而，本發(fā)明特別適用于手持溫度校準器。
以下結合附圖所示的實施范例對本發(fā)明做進一步說明，其中附

圖1A所示為根據本發(fā)明的第一實施例處于狀態(tài)1時的縱向截面圖(沿附圖1B中的1A-1A線所示方向看)；附圖1B所示為橫截面圖(沿附圖1A中的1B-1B線所示方向看)；附圖2A、2B所示為第一實施例處于狀態(tài)2時與附圖1A、1B相對應的縱向截面和橫向截面圖；附圖3所示為根據本發(fā)明的第二實施例處于狀態(tài)1時沿附圖4中的III-III線所示方向看的橫截面圖；附圖4所示為沿附圖3中的IV-IV線所示方向看的截面圖；附圖5、6所示為第二實施例處于狀態(tài)2時與附圖3、4相對應的截面圖；附圖7所示為與一個帶有熱傳導介質溫度調節(jié)電路的循環(huán)系統(tǒng)相連的校準體。
附圖1和2所示根據本發(fā)明的實施例中，腔體為圓柱形，腔體外罩1用適當材料(如金屬)做成。罩內的腔體2中有一個薄壁的校準體3，該校準體由熱傳導性很好的一種彈性材料制成，例如在一定溫度范圍內適用的橡膠材料。校準體3以外的腔體內填充某種液體或氣體熱傳導介質。
校準體3與外罩1之間設有熱絕緣材料6。與絕緣材料緊貼的是校準體外壁7，校準體的內壁8沿容器1的縱軸形成中心開口9，可以放置待校準的溫度傳感器10。校準體3上端是彈性熱絕緣材料11，開口9可從上端打開以將溫度傳感器10放入。
如附圖所示，校準體3有一個入口12及一個出口13與循環(huán)系統(tǒng)相連，附圖7中有進一步的描述。該循環(huán)系統(tǒng)可促使介質5在校準體3內部對流，還可以使校準體3內的介質增壓或減壓。
附圖所示的出入口位置僅是示例。在附圖1和2所示的實施例中，出入口也可以放在切線位置，以便在腔體內形成旋渦狀的對流。一般地，為使溫度梯度最小，需設計出對流均衡的位置及結構。
在附圖1A和1B所示的裝置中，介質5處于低壓狀態(tài)。校準體內壁8(在空氣壓力下)脹大，并形成適當的開口9以便放置待校準的溫度傳感器10。在附圖2A及2B所示狀態(tài)下，傳感器已放入開口9中，介質被施加高壓，使得校準體內壁8緊緊夾住傳感器10。這樣，彈性內壁8經過變形包住傳感器，使得校準體與傳感器完全或基本上完全緊貼，達到最好的熱傳導效果。
附圖3-6所示為根據本發(fā)明的第二實施例。在該實施例中，腔體橫截面圖為矩形，如附圖3、5所示，腔體外罩21為上開口；腔體22中有兩個同樣的校準體23，校準體壁較薄，由某種彈性材料制成，或者由某種可適當變形的柔軟的非彈性材料制成。兩個校準體23內部都填充某種熱傳導介質25(氣體或液體)。
在校準體23與腔體側壁及底部之間是熱絕緣材料26。校準體23的外壁27緊貼絕緣材料26，內壁28在腔體中間形成槽形開口29以便放置兩個或更多的待校準傳感器，在示例中有3個傳感器30。在這些傳感器中，可能有一個是特定參照傳感器，它對溫度及熱量的反應與待校準傳感器很相似，因而可將其作為精度很高的校準參照。
與第一實施例一樣，校準體23與腔體側壁及底部之間的絕緣材料26是一種固體材料。校準體23上端是彈性熱絕緣材料31，開槽29可從上端打開以將傳感器30放入。
與第一實施例類似，每個校準體23有一個入口32及一個出口33與一個循環(huán)系統(tǒng)相連，該循環(huán)系統(tǒng)可促使介質25在校準體3內部適當對流，還可以根據需要使介質增壓。
在附圖3和4所示的裝置中，介質25處于低壓狀態(tài)1。校準體內壁28(在空氣壓力下)脹大，開槽29打開以放置溫度傳感器30。在附圖5及6所示狀態(tài)2下，校準體中的介質被施加高壓，使得內壁28經過變形，一部分彼此緊貼，一部分緊緊包住傳感器30。
附圖7所示為與一個循環(huán)系統(tǒng)相連的校準體34，該循環(huán)系統(tǒng)中有調節(jié)校準體內介質溫度或對流速度的電路。
校準體34的入口35、出口36與帶有泵38的管道37相連，構成介質39的循環(huán)系統(tǒng)。在管道37中，還連接有熱調節(jié)單元40，該單元由標為“C”的一個調節(jié)電路控制。該調節(jié)電路通過置于介質流中適當位置的多個溫度傳感器產生控制信號。調節(jié)電路可以通過單元40及控制器41來調控供熱或散熱，也可通過控制泵38的速度來調節(jié)介質對流的速度，從而使得校準體34中的介質達到預期參照溫度。
管道37上還連接有通過調節(jié)介質壓強來改變校準體體積的壓強-體積調節(jié)裝置42。如附圖所示，裝置42上有一個泵43，該泵經由帶有閥門45的管線44與液壓容器46相連，容器46與管道37連接。在本實施例中介質預定為液體。
若采用氣體代替液體作為熱傳導介質，則不需要液壓容器46。在極高或極低溫度條件下，采用氣體可能比較有利。
權利要求
1.一種溫度傳感器校準裝置，包括一個接受待校準傳感器(10，30)的腔體(2，22)、腔體內傳感器周圍的熱傳導介質(5，25)以及將介質加熱/冷卻到預期溫度的裝置(40)，其特征在于腔體(2，22)內至少有一個圍繞傳感器的薄壁校準體(3，23)，該校準體是用一種具有高熱傳導率的柔性材料做成的且它限定了一個空間(4，24)，該空間填充了一種熱傳導介質；校準體(3，23)的內壁(8，28)限定了一個內開口(9，29)的至少一部分，該內開口用于接受至少一個傳感器(10，30)；校準體(3，23)得到適當設置從而受到壓力的作用，從而使校準體的限定開口的壁(8，28)與傳感器(10)或多個傳感器(30)緊密地鄰接。
2.根據權利要求1的裝置，其特征在于校準體(3，23，34)或每個校準體與壓強-體積調節(jié)裝置(42)相連，該裝置(42)得到適當設置以將熱傳導介質(5，25，39)置于過壓狀態(tài)，從而使校準體與傳感器(10，30)緊密地鄰接。
3.根據權利要求1或2的裝置，其特征在于熱傳導介質(5，25)為液體或氣體；
4.根據權利要求1-3之一的裝置，其特征在于校準體(3，23)被置于腔體罩(1，21)內的熱絕緣材料(6，26)所包圍；
5.根據權利要求4的裝置，其特征在于腔體外罩(1)為一個大體圓柱形容器，該容器內置有具有相應形狀的校準體(3)，校準體(3)限定了沿容器的縱軸延伸并適合于接收待校準的溫度傳感器10的一個中心開口(9)。
6.根據權利要求4的裝置，其特征在于腔體外罩(21)形成了一個容器，該容器具有大體矩形的橫截面，且容器內至少有一個校準體(23)，該校準體限定了一個槽形開口(29)，該開口(29)在容器的相對側之間的中心延伸并適合于接受兩個或更多的待校準傳感器(30)。
7.根據前述權利要求之一的裝置，其特征在于校準體(3)所用材料具有彈性。
8.根據前述權利要求之一的裝置，其中校準體(3)的內壁(8，28)對著熱傳導介質(5，25)的一側具有增大表面的結構以保證最大的熱傳導，而壁(8，28)對著傳感器(10，30)的一側具有保證最優(yōu)接觸表面和熱傳導的結構。
9.根據權利要求8的裝置，其特征在于增大表面的結構由肋、表面不平整等構成。
10.根據前述權利要求之一的裝置，其特征在于每個校準體(34)有與帶有泵(38)的循環(huán)系統(tǒng)管道(37)相連的入口(35)和出口(36)，用于使熱傳導介質(39)循環(huán)通過校準體(34)。
11.根據權利要求10的裝置，其中循環(huán)系統(tǒng)管道(37)中連接有加熱/冷卻熱傳導介質(39)的裝置(40)，該裝置(40)由調節(jié)電路(C)控制，該調節(jié)電路通過置于介質流中的多個溫度傳感器(T)產生控制信號，調節(jié)電路(C)也控制所述泵(38)以調節(jié)介質對流速度。
全文摘要
一種溫度傳感器校準裝置,包括一個放置待校準傳感器的腔體(2)、腔體內傳感器(10)周圍的熱傳導介質(5)以及將介質加熱/冷卻到預期溫度的裝置。腔體(2)內至少有一個圍繞傳感器的校準體(3),該校準體壁很薄,是用一種熱傳導性很好的柔性材料做成的,其內部(4)填充了一種熱傳導介質。校準體(3)的內壁(8)形成內開口(9)以便放置傳感器(10);校準體(3)具有壓敏性,受壓后其內壁(8)可緊緊包住傳感器(10)甚至多個傳感器。
文檔編號G01K15/00GK1349609SQ00806895
公開日2002年5月15日 申請日期2000年4月28日 優(yōu)先權日1999年4月29日
發(fā)明者奧勒·埃納爾·布朗倫德 申請人:奧勒·埃納爾·布朗倫德