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温度测量和传感器校准的挑战,第一部分

经过比尔施韦尔|2021年6月14日

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温度是一个被广泛测量的现实世界物理变量,但要得到可靠的结果比看起来要难,即使是对于厨房烤箱这样的简单设备。

传感器及其相关电子通道的校准在使临界测量或监控系统性能进行临界测量或监控系统之前是许多情况下的常见要求。在某些情况下,重要的是要将传感器准确到相对严格的规格,例如优于一个甚至十分之一的Celsius(C);在其他情况下,需要多度或减少几个度C的宽松标准,并且甚至存在读取这是“仅”为十个或更多学位的案例是可接受的。校准挑战由两个不同的部分组成:传感器本身,另一个是独立于传感器的电子和读数。

单独校准电子器件相对容易。您可以使用电子单元,该电子单元产生具有看起来像传感器产生的那样的已知和可调电信号(例如电压,电流或频率)。例如,Omega Engineering CL540ZA热电偶模拟器可以模拟14种不同的热电偶类型的输出(图1)。

图1:该单元模拟标准热电偶的输出电压,使其易于校准温度测量通道的电子学独立于热电偶本身。(图片:ω工程)

它的使用很简单:你只需要将它连接到实际热电偶的位置,选择你想要模拟的热电偶类型,然后将表盘设置到真实热电偶将感知的“温度”。然后该单元产生的电压与真正的热电偶在指定温度下产生的电压相同。它自动修正了与每一种热电偶类型相关的塞贝克效应的众所周知的标准非线性。根据范围和热电偶类型的不同,这种模拟器的精度在0.1到0.5⁰C之间。

校准传感器

与传感器通道的校准相比,温度传感器如热电偶本身的校准是困难的。首先,与长度、质量或力不同,“温度”在某种程度上是无形的。很难创建和验证材料或腔室处于所需的温度(想想如何证明环大大简化了质量和力传感器的校准)。其次,还有一个问题,按难度排序,是在哪里进行校准:

  • 对于一个传感器在工作台或测试设置,这似乎很容易(但不是)。
  • 在使用它的实际系统中,但与不实际使用的系统一起使用。
  • 当系统正在被使用时(想象一架飞行中的飞机)。

即使是第一个和最简单的情况也是校准挑战。理论上,您可以使用“盒子”校准传感器,该“盒子”形成已知的温度环境腔室,然后将传感器插入该室内的评估。或者,您可以通过将其输出与可在温度控制的室中的已知更好的输出进行比较来校准传感器。

例如,Fluke Calibration 9118A热电偶校准炉是一个水平的开放式管状炉,温度范围为300⁰C到1200⁰C(图2)。它用于通过对次级标准热电偶进行评估的热电偶进行校准。它包含一个内部等温块,以获得最高精度,以确保参考热电偶和被测的一个如可能的热量彼此接近。

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图2:Fluke 9118A热电偶校准炉用于校准针对已知的“更好”的热电偶,其被测单元插入前部的炉孔中。(图像:Fluke Corp.)

本文的下一部分将介绍一些温度基础知识。

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参考文献

侥幸。”如何校准热电偶
侥幸。”9118A热电偶校准炉
ω工程”,校准热电偶的常用技术
电子设计。”红外温度计读数0.001°C,精度,稳定性
nist,“k:介绍
nist,“SI单位 - 温度
nist,“热电偶及热电偶材料的校正
IEEE谱。”Nathan Myhrvold的烤箱食谱
Ampleon。”RF固态烹饪白纸“


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