專利名稱：精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種標定裝置，特別涉及一種精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置及方法。
背景技術(shù)：
T型熱電偶結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，并且具有時間常數(shù)小，不存在電流的自加熱問題等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于溫度測量。恒溫水浴箱的主要作用是提供一個溫度恒定的環(huán)境，用于標定等科學實驗。在實驗中，有時候需要用到多根T型熱電偶，而每根T型熱電偶測得的溫度都是有偏差的，為了減少這個偏差需要對T型熱電偶進行標定。在實驗要求的溫度范圍內(nèi)(_20°C 50°C)，使用恒溫水浴箱對T型熱電偶每一度進行標定?，F(xiàn)有產(chǎn)品存在以下缺陷第一、試驗時水浴受機器運行影響波動大，對流換熱產(chǎn)生溫差，造成溫度波動問題，溫度標定不穩(wěn)定的問題；第二、在實驗的過程中需要若干點溫度的穩(wěn)定值，恒溫水浴箱溫度不能持續(xù)穩(wěn)定每一個溫度， 試驗環(huán)境不能達到預(yù)期目標，存在標定精度不高的問題。綜上所述，針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，特別需要一種精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置以解決以上提到的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置，可以在試驗中溫度難以穩(wěn)定的特殊情況下，精確標定T型熱電偶，同時還提供了該多點溫度標定裝置的操作方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置，包括恒溫水浴箱，該恒溫水浴箱內(nèi)設(shè)置一保溫箱體、與保溫箱體相配套設(shè)置的保溫蓋，所述保溫箱體內(nèi)設(shè)置溫度平衡外管，該溫度平衡外管內(nèi)放置溫度平衡內(nèi)管，所述保溫箱體內(nèi)的水位高于溫度平衡外管內(nèi)的水位，所述溫度平衡外管內(nèi)的水位高于溫度平衡內(nèi)管內(nèi)的水位，所述溫度平衡外管和溫度平衡內(nèi)管之間設(shè)置一防互觸裝置，該防互觸裝置將溫度平衡內(nèi)管固定在溫度平衡外管的中央，且不觸及溫度平衡外管的底部和側(cè)壁，所述溫度平衡內(nèi)管內(nèi)設(shè)置鉬電阻、T型熱電偶， 所述溫度平衡內(nèi)管的管口處設(shè)置一支架，該支架將鉬電阻、T型熱電偶固定在溫度平衡內(nèi)管里，且不觸及溫度平衡內(nèi)管的底部和側(cè)壁，所述鉬電阻、T型熱電偶連接一數(shù)據(jù)采集儀，該數(shù)據(jù)采集儀連接計算機。優(yōu)選地，所述溫度平衡外管和溫度平衡內(nèi)管之間的防互觸裝置采用由泡沫塑料制成的中央設(shè)有開口的支撐裝置。優(yōu)選地，所述溫度平衡內(nèi)管管口處的支架為一由泡沫塑料制成的開有多個孔的上蓋。優(yōu)選地，所述保溫蓋采用聚氨酯發(fā)泡或者泡沫塑料制成。
優(yōu)選地，所述保溫蓋上設(shè)置供所述鉬電阻、T型熱電偶和數(shù)據(jù)采集儀進行通信的開□。優(yōu)選地，所述溫度平衡內(nèi)管采用玻璃材質(zhì)或者不銹鋼材質(zhì)。優(yōu)選地，所述T型熱電偶可以由K型熱電偶來替換。優(yōu)選地，所述鉬電阻采用標定過的鉬電阻。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集儀采用Fluke數(shù)據(jù)采集儀。精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置的操作方法步驟如下(1)往恒溫水浴箱的保溫箱體中倒入一定量的水，放入溫度平衡外管，在溫度平衡外管中放入溫度平衡內(nèi)管；(2)用防互觸裝置把溫度平衡內(nèi)管固定在溫度平衡外管中央，且不觸及溫度平衡外管的杯底和杯壁，保證保溫箱體的液面高于溫度平衡外管內(nèi)的液面，溫度平衡外管中的液面高于溫度平衡內(nèi)管中的液面；(3)將數(shù)根T型熱電偶和標定過的鉬電阻用支架固定在溫度平衡內(nèi)管的中央，且不觸及溫度平衡內(nèi)管的杯壁和杯底，同時也互不觸碰；(4)將T型熱電偶和鉬電阻的另一端連接到數(shù)據(jù)采集儀上，蓋上保溫蓋，再將數(shù)據(jù)采集儀連接到計算機上；(5)將數(shù)據(jù)采集儀的模式設(shè)置為每30s讀取一個溫度數(shù)值，這樣就可以在計算機上實時觀測到溫度的變化，當調(diào)試到所需溫度值時就可以采集溫度穩(wěn)定后的數(shù)值了，將每根T型熱電偶在同一溫度下與鉬電阻的溫度值進行對比和修正；(6)按照步驟(5)的方法，依次標定所需溫度范圍內(nèi)每一度的溫度值。有益效果本發(fā)明能精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定，結(jié)構(gòu)簡單、制造裝配容易，適用于多種鹽水、變壓機油，玻璃容器適用不同規(guī)格及尺寸的燒杯、玻璃試管、 U型管、不銹鋼制品等簡易常用實驗儀器，且可在試驗中溫度范圍大(_20°C 50°C)的特殊情況下，進行標定試驗；尤其適宜在標定精度要求較高的環(huán)境試驗場合的運用。具有標定快速、方便、精度高、適用包括K型熱電偶在內(nèi)的多種類的熱電偶。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1為本發(fā)明標定裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明標定裝置的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明中溫度平衡內(nèi)管管口處的支架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為直接將T型熱電偶與流體接觸的標定過程穩(wěn)定后溫度波動曲線圖。圖5為增加一個玻璃容器的標定過程穩(wěn)定后溫度波動曲線圖。圖6為增加兩個玻璃容器的標定過程穩(wěn)定后溫度波動曲線圖。圖中1.恒溫水浴箱；11.保溫箱體；2、鉬電阻；3. T型熱電偶；4.溫度平衡外管； 5.溫度平衡內(nèi)管；6.數(shù)據(jù)采集儀；7.計算機；8.支架；9.保溫蓋；10.防互觸裝置。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1、圖2和圖3所示，圖中包括恒溫水浴箱1，恒溫水浴箱1內(nèi)設(shè)置有保溫箱體 11、與保溫箱體11相配套設(shè)置的保溫蓋9，保溫蓋9采用聚氨酯發(fā)泡或者泡沫塑料制成，保溫蓋9上設(shè)置有開口，以供鉬電阻2、T型熱電偶3和數(shù)據(jù)采集儀6進行通信的電路通過。保溫箱體11內(nèi)設(shè)置溫度平衡外管4，該溫度平衡外管4內(nèi)放置溫度平衡內(nèi)管5，保溫箱體11內(nèi)的水位高于溫度平衡外管4內(nèi)的水位，溫度平衡外管4內(nèi)的水位高于溫度平衡內(nèi)管5內(nèi)的水位。溫度平衡內(nèi)管5采用玻璃材質(zhì)或者不銹鋼材質(zhì)，以防止熱量散發(fā)。溫度平衡外管4和溫度平衡內(nèi)管5之間設(shè)置防互觸裝置10，防互觸裝置10采用泡沫塑料制成，防互觸裝置10中央設(shè)有開口，嵌在溫度平衡外管4內(nèi)，用來支撐溫度平衡內(nèi)管 5，防互觸裝置10將溫度平衡內(nèi)管5固定在溫度平衡外管4的中央，且不觸及溫度平衡外管 4的底部和側(cè)壁。溫度平衡內(nèi)管5內(nèi)設(shè)置一鉬電阻2、數(shù)根T型熱電偶3，溫度平衡內(nèi)管5的管口處設(shè)置支架8，支架8為一由泡沫塑料制成的開有多個孔的上蓋，鉬電阻2、T型熱電偶3分別穿過支架8上的孔，支架8將鉬電阻2、Τ型熱電偶3的一端固定在溫度平衡內(nèi)管5里，且不觸及溫度平衡內(nèi)管5的底部和側(cè)壁，鉬電阻2、T型熱電偶3的另一端連接數(shù)據(jù)采集儀6的輸入端，數(shù)據(jù)采集儀6的輸出端連接計算機7。數(shù)據(jù)采集儀6采用Fluke數(shù)據(jù)采集儀。本發(fā)明標定裝置的操作方法步驟(1)往恒溫水浴箱的保溫箱體中倒入一定量的水，放入溫度平衡外管，在溫度平衡外管中放入溫度平衡內(nèi)管；(2)用防互觸裝置把溫度平衡內(nèi)管固定在溫度平衡外管中央，且不觸及溫度平衡外管的杯底和杯壁，保證保溫箱體的液面高于溫度平衡外管內(nèi)的液面，溫度平衡外管中的液面高于溫度平衡內(nèi)管中的液面；(3)將數(shù)根T型熱電偶和標定過的鉬電阻用支架固定在溫度平衡內(nèi)管的中央，且不觸及溫度平衡內(nèi)管的杯壁和杯底，同時也互不觸碰；(4)將T型熱電偶和鉬電阻的另一端連接到數(shù)據(jù)采集儀上，蓋上保溫蓋，再將數(shù)據(jù)采集儀連接到計算機上；(5)將數(shù)據(jù)采集儀的模式設(shè)置為每30s讀取一個溫度數(shù)值，這樣就可以在計算機上實時觀測到溫度的變化，當調(diào)試到所需溫度值時就可以采集溫度穩(wěn)定后的數(shù)值了，將每根T型熱電偶在同一溫度下與鉬電阻的溫度值進行對比和修正；(6)按照步驟(5)的方法，依次標定所需溫度范圍內(nèi)每一度的溫度值。實驗原理說明由于流體的粘性和受壁面摩擦阻力的影響，緊貼壁面處會形成速度梯度很大的邊界層，根據(jù)牛頓冷卻公式可以得知，表面換熱系數(shù)是控制流體傳熱量的關(guān)鍵，即傳熱系數(shù)越大，傳熱過程越強烈，反之越小。因此，減小傳熱系數(shù)是控制水浴箱內(nèi)溫度波動的核心問題。變換
公式Φ = 可以看出換熱量是溫差與熱阻的比值，因此可以發(fā)現(xiàn)要控制水浴溫Φ =
MawU度波動，只需增h = Φ/[Aaw-D]大熱阻即可。恒溫水浴箱工作時，箱內(nèi)溫度由于加熱或冷卻產(chǎn)生周期性波動，并通過流體介質(zhì)傳給被測物體表面。此時，保溫箱體內(nèi)部等同于一個均質(zhì)的半無限大的物體，而物體表面的溫度亦會呈周期性變化，即θ =Awcos τ (θ為物體表面的瞬時過余溫度，表示流體的瞬時溫度與平均溫度差，Aw為表面溫度的波動幅度，ω為波動頻率，τ為時間)并由簡諧波的變化反應(yīng)其波動特征，受初始溫度分布影響，物體溫度的周期性變化在初期階段不規(guī)則， 隨后進入穩(wěn)態(tài)階段，此時，由分離變量法可以得出0 = AW exp( -J—x)COS (ωτ - J—χ)
V 2αV 2α( α為材料的熱擴散率，χ為物體溫度波幅的位置)。在χ 處的波動幅度= Aw exp(-^x)。說明隨著深入，物體內(nèi)部波動幅度減小，這是周期性導熱的重要特征，即溫度波的波幅隨著里表面距離的加大逐步衰減現(xiàn)象。本發(fā)明工作時，保溫箱體內(nèi)部由于存在的大溫度平衡內(nèi)管，增加了熱阻，減小了換熱，從而獲得一個良好的恒溫環(huán)境。在保溫箱體與溫度平衡外管、溫度平衡外管與溫度平衡內(nèi)管之間的玻璃熱阻可防止試驗中因?qū)α鲹Q熱而引起的溫度波動。其原理為根據(jù)波爾豪森對自然對流邊界層方程的解析解及施密特·貝克曼的測定結(jié)果可知，對流換熱下，不均勻溫度場僅發(fā)生在靠近換熱壁面的薄層之內(nèi)，在保溫箱體內(nèi)放置溫度平衡外管、溫度平衡外管內(nèi)放置溫度平衡內(nèi)管，由于玻璃容器的存在，增加了熱電偶在標定過程中與壁面間的距離，即增加了熱電偶離表面距離，衰減溫度波的波幅，可有效防止因?qū)α鲹Q熱而引起的溫度波動。本發(fā)明的恒溫水浴箱外形尺寸LXWXH(mm) :250X200X200，工作槽口徑 180 X 140，容量6L，溫度調(diào)節(jié)范圍-30 100°C，溫控精度士0. 02°C。標準絕熱玻璃容器尺寸DXH(mm)大號100X 120，小號75X 100，可選材料低于標準規(guī)格的燒杯、玻璃試管、U型管等簡易常用耐高溫、耐低溫實驗儀器。聚氨酯發(fā)泡隔熱保溫蓋涂有納米氣凝膠的泡沫玻璃或泡沫塑料。尺寸 LXWXH(mm) :250X200X 100。實施例以水為實驗介質(zhì)，調(diào)節(jié)恒溫水浴箱溫度為20°C，按上述測試方法標定。若將T型熱電偶直接接觸流體，溫度波的波幅離T型熱電偶表面距離為零。由于玻璃容器的存在，溫度波的波幅隨之衰減，以達到減小溫度波動的目的，減小標定誤差，使T型熱電偶標定更為精度。如圖4、圖5和圖6所示，圖4為直接將T型熱電偶與流體接觸的標定過程穩(wěn)定后溫度波動曲線圖；圖5為增加一個玻璃容器的標定過程穩(wěn)定后溫度波動曲線圖；圖6為增加兩個玻璃容器的標定過程穩(wěn)定后溫度波動曲線圖。結(jié)果表明，直接將T型熱電偶與流體接觸的標定溫度波波幅為0. 075°C，增加一個和兩個玻璃容器的標定溫度波波幅分別為0. 03 和0. 02，這說明，增加壁阻與T型熱電偶表面的距離可以達到精確標定的目的。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置，包括恒溫水浴箱，該恒溫水浴箱內(nèi)設(shè)置一保溫箱體、與保溫箱體相配套設(shè)置的保溫蓋，所述保溫箱體內(nèi)設(shè)置溫度平衡外管，該溫度平衡外管內(nèi)放置溫度平衡內(nèi)管，其特征在于，所述保溫箱體內(nèi)的水位高于溫度平衡外管內(nèi)的水位，所述溫度平衡外管內(nèi)的水位高于溫度平衡內(nèi)管內(nèi)的水位，所述溫度平衡外管和溫度平衡內(nèi)管之間設(shè)置一防互觸裝置，該防互觸裝置將溫度平衡內(nèi)管固定在溫度平衡外管的中央，且不觸及溫度平衡外管的底部和側(cè)壁，所述溫度平衡內(nèi)管內(nèi)設(shè)置鉬電阻、T 型熱電偶，所述溫度平衡內(nèi)管的管口處設(shè)置一支架，該支架將鉬電阻、T型熱電偶固定在溫度平衡內(nèi)管里，且不觸及溫度平衡內(nèi)管的底部和側(cè)壁，所述鉬電阻、T型熱電偶連接一數(shù)據(jù)采集儀，該數(shù)據(jù)采集儀連接計算機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置，其特征在于，所述溫度平衡外管和溫度平衡內(nèi)管之間的防互觸裝置采用由泡沫塑料制成的中央設(shè)有開口的支撐裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置，其特征在于，所述溫度平衡內(nèi)管管口處的支架為一由泡沫塑料制成的開有多個孔的上蓋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置，其特征在于，所述保溫蓋采用聚氨酯發(fā)泡或者泡沫塑料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置，其特征在于，所述保溫蓋上設(shè)置供所述鉬電阻、T型熱電偶和數(shù)據(jù)采集儀進行通信的開口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置，其特征在于，所述溫度平衡內(nèi)管采用玻璃材質(zhì)或者不銹鋼材質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置，其特征在于，所述T型熱電偶可以由K型熱電偶來替換。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置，其特征在于，所述鉬電阻采用標定過的鉬電阻。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集儀采用Fluke數(shù)據(jù)采集儀。
10.一種如權(quán)利要求1所述的精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置的操作方法，包括如下步驟(1)往恒溫水浴箱的保溫箱體中倒入一定量的水，放入溫度平衡外管，在溫度平衡外管中放入溫度平衡內(nèi)管；(2)用防互觸裝置把溫度平衡內(nèi)管固定在溫度平衡外管中央，且不觸及溫度平衡外管的杯底和杯壁，保證保溫箱體的液面高于溫度平衡外管內(nèi)的液面，溫度平衡外管中的液面高于溫度平衡內(nèi)管中的液面；(3)將數(shù)根T型熱電偶和標定過的鉬電阻用支架固定在溫度平衡內(nèi)管的中央，且不觸及溫度平衡內(nèi)管的杯壁和杯底，同時也互不觸碰；(4)將T型熱電偶和鉬電阻的另一端連接到數(shù)據(jù)采集儀上，蓋上保溫蓋，再將數(shù)據(jù)采集儀連接到計算機上；(5)將數(shù)據(jù)采集儀的模式設(shè)置為每30s讀取一個溫度數(shù)值，這樣就可以在計算機上實時觀測到溫度的變化，當調(diào)試到所需溫度值時就可以采集溫度穩(wěn)定后的數(shù)值了，將每根T型熱電偶在同一溫度下與鉬電阻的溫度值進行對比和修正；(6)按照步驟(5)的方法，依次標定所需溫度范圍內(nèi)每一度的溫度值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種精確控制恒溫水浴箱溫度波動的多點溫度標定裝置，包括恒溫水浴箱，該恒溫水浴箱內(nèi)設(shè)置一保溫箱體、與保溫箱體相配套設(shè)置的保溫蓋，所述保溫箱體內(nèi)設(shè)置溫度平衡外管，該溫度平衡外管內(nèi)放置溫度平衡內(nèi)管，所述溫度平衡內(nèi)管內(nèi)設(shè)置鉑電阻、T型熱電偶，所述溫度平衡內(nèi)管的管口處設(shè)置一支架，該支架將鉑電阻、T型熱電偶固定在溫度平衡內(nèi)管里，且不觸及溫度平衡內(nèi)管的底部和側(cè)壁，所述鉑電阻、T型熱電偶連接一數(shù)據(jù)采集儀，該數(shù)據(jù)采集儀連接計算機。本發(fā)明具有標定快速、方便、精度高、適用包括K型熱電偶在內(nèi)的多種類的熱電偶。
文檔編號G01K15/00GK102494807SQ20111044181
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者盧佳華, 張敏, 車貞花, 陳健華 申請人:上海海洋大學