“RT69+FY60”溫度校驗裝置組合體及其在滅菌柜溫度校驗的應用

張立新 周秀成 刁國榮 成韋 姚如意

1.淄博飛雁先行測控技術有限公司，山東淄博255087; 2.山東新華醫療器械股份有限公司，山東淄博255000

一、前言

目前大多數藥廠周期檢定溫度傳感器需要把整個設備停車、停產，拆下所有的溫度傳感器送到計量部門去校驗。校驗過程耗時、耗力而且繁瑣，生產線停滯若干時間，這種校驗方式耗時長、且效率低。對校驗時間的及時性、校驗的方便性的需求給溫度校驗裝置生產研發提出新的需求。快速高效的生產節奏需要更精準、快捷、讀數方便的校驗檢測裝置。構成溫度校驗裝置中兩個要素就是溫度傳感器和溫場，即溫度計和溫度校驗油槽，設計和生產一種便攜、精準的高精度數字溫度計和溫度校驗油槽組合裝置，保證藥品的質量是非常必要的。

二、RT69高精度數字溫度計

1、簡介

目前大多數的數字溫度計采用熱電阻Pt100作為測溫核心元件。通過對Pt100溫度傳感器進行采集得到阻值，用查表的方式對應出相應的溫度值。現有技術中，由于熱電阻本身存在一定的數值誤差，溫度偏差值與溫度值之間并非為線性關系，且常規的信號采集及處理方法存在較大的誤差。因此僅通過查表方式得到的溫度值并不能達到所要測出的高精度溫度值。同時現有數字溫度計電路設計復雜、校準繁瑣，更需要更高精度的溫度計和恒溫設備來校驗，造成生產制造和校準成本非常高。

RT69高精度數字溫度計（圖1）是一種高精度智能溫度儀器。通過先進的算法設計，實現了接觸式測溫的最小偏差；高性能的感溫元件和電子元器件應用，確保優異的長期穩定性；旋轉連接件能夠讓顯示部分90°旋轉，方便觀測；配備電源鍵、數據鎖定鍵，內置零度校準鍵。它具有測量精度高、使用方便、現場校準、安全環保等優點，是二等標準水銀溫度計的升級換代產品，徹底避免水銀泄漏污染。表1為RT69高精度數字溫度計性能參數。

表1 RT69高精度數字溫度計性能參數表

2、RT69高精度數字溫度計工作原理

RT69高精度數字溫度計溫度采集單元的敏感元件采用鉑電阻溫度傳感器Pt100。Pt100是利用其電阻與溫度成一定函數關系而制成的溫度傳感器。由于鉑電阻的特性曲線是非線性的, 標準的電阻與溫度關系是以分度表的形式給出的, 而在IEC 60751-2008國際通用標準里是用電阻-溫度多項式函數進行表示。

本方案溫度采集單元的工作原理是讓敏感元件和高精度比率電阻通過相同的恒流源供電和信號處理，然后通過阻值比較的方法求出熱電阻的阻值，然后根據IEC 60751-2008標準里Pt100與電阻的對應計算公式通過算法將溫度值計算出來。由于比率電阻和熱電阻在A/D轉換單元內經過的恒流供電、信號處理模塊、A/D轉換模塊以及SPI通訊模塊的相應處理電路完全相同，所以大大降低了信號處理誤差，避免了恒壓供電、分立信號處理時增加的額外誤差對信號的影響，及通過查表得到溫度值時誤差較大的弊端，使測量更為精確。圖2為RT69電氣原理框圖。

同時RT69有數據鎖定功能，通過數據鎖定功能使得產品在離開測量介質時依然可以保持測量數據，為數據記錄提供方便；通過進行零度校準能夠求出并存儲溫度傳感器在0℃時的誤差，從而方便在后續的計算中將該誤差去除，提高整個產品的精度。

3、軟件設計

本方案中的主程序設計流程圖如圖3所示，系統上電后先進行系統初始化、A/D轉換初始化、A/D轉換，CPU分別讀取兩通道轉換數據，對轉換數據進行比率計算得到溫度傳感器Pt100的電阻值，通過電阻-溫度對應關系計算出測量溫度，根據是否進行過零度校準和數據鎖定顯示測量數據。

圖4為A/D轉換流程圖，溫度采集單元的兩路信號送入A/D轉換單元之后，經過信號切換模塊分別選通兩路輸入通道，進行信號放大、轉換、數據濾波，中央處理單元通過SPI通訊模塊讀取轉換數據。

4、信號處理電路測試

鉑電阻Pt100和高精度比率電阻兩端的模擬電壓信號分別輸入至 A/D 轉換器的通道 1 和通道 2，由A/D 轉換器進行A/D轉換。由于 A/D 轉換器的兩個通道在內部使用多路選擇開關進行切換，兩個通道的使用同一放大器和參考電壓源，因此放大倍數和參考電壓大小相等，最后將轉換的數據通過數字接口輸入至CPU。

輸入信號用ZX25P型直流電阻器（精度等級0.02級）模擬Pt100的電阻值，顯示采用五位段碼式數字液晶模塊。

表2為 RT69高精度數字溫度計信號處理測試數據表。由表中數據可知，其最大絕對誤差是400℃時的0.04℃，經計算得出測量點溫度的相對誤差為0.01%，相比實際應用要求的精度此誤差可忽略不計。

表2 RT69高精度數字溫度計信號處理測試數據表

三、FY60高精度溫度校驗油槽

1、FY60簡介

溫度傳感器等的測量值的準確性直接關系到產品的質量及安全和人員的生命安全，生產工藝等要求周期性的溫度傳感器校驗是非常普遍的。生產現場需要有方便和準確的校驗裝置，校驗裝置要具有溫場均勻、波動度小、體積小、攜行方便、操作簡單等特點。FY60高精度溫度校驗油槽就是在這個需求下被研發和設計的。

FY60高精度溫度校驗油槽是一種用外部220VAC供電的便攜式的工業現場及實驗室的小巧型精密溫度源，如圖5所示。采用微電腦進行整體控制，通過結構設計的優化及合理運用攪拌方式，合理的加熱設計，示值多點修正，PID比例、微分、積分算法及控制保證全量程誤差小于0.1℃，垂直誤差不大于0.01℃。根據《JJF 1030-2010 恒溫槽技術性能測試規范》檢測。表3為FY60高精度溫度校驗油槽性能參數。

表3 FY60高精度溫度校驗油槽性能參數表

FY60高精度溫度校驗油槽是以液體為導熱介質，通過溫度控制系統以及攪拌裝置的作用，達到設定溫度，并保持內部工作區域溫度穩定均勻，用來檢定、校準各類溫度計或其他計量去器具的恒溫裝置。

2、性能測試

根據《JJF 1030-2010 恒溫槽技術性能測試規范》對FY60高精度溫度校驗油槽進行穩定性和均勻性性能測試。

溫度穩定性和均勻性，溫度均勻性包括上水平面溫差、下水平面溫差和工作區域最大溫差。根據規范進行具體測試。波動性和均勻性測試抽測了恒溫槽溫度范圍內100℃點進行測試。（圖6、圖7）

通過測試和溫差計算，在100℃點15min 溫度波動最大誤差±0.008℃，水平溫場上平面最大溫差8mK，下平面最大溫差6mK，垂直溫場最大垂直溫差6mK。

3、FY60使用操作

主界面顯示測量值、設定值、當前PID、控制輸出量和自整定指示燈。上電開機之后，默認設定值為20℃，并自動進行控溫。

點擊主界面“設定”右面數字，將會彈出數字輸入鍵盤，輸入設定值，點擊確定即可完成設定值的設定。

點擊主界面“參數設置”，彈出數字鍵盤。輸入“密碼”進入參數設置界面

4、導熱介質和注意事項

FY60高精度溫度校驗油槽導用熱油（介質）為專用介質，為避免影響設備精度及穩定性，請勿隨意使用其他品種油類介質。微型智能槽設備在加熱至100℃～200℃是會產生油煙，校驗測試時注意排風。

四、RT69+FY60溫度校驗裝置組合體在滅菌柜傳感器校驗的實踐

在藥品生產過程中，滅菌是一個非常重要的環節，如大輸液、水針劑、口服液等，甚至在固體制劑原料中的中藥材，都需要通過滅菌來保證其藥品質量。在滅菌過程中，如果滅菌溫度不精確或者不穩定，將直接導致滅菌不完善和生產藥品的不合格。要想得到精確的溫度，用來測溫的溫度傳感器的精確度就顯得尤為重要，所以定期的、精確的傳感器校驗是藥品生產中一個非常重要的環節。

2016年11月29日，應某德資制藥公司委托，為正在停產檢修的水浴滅菌器設備進行溫度傳感器校驗。滅菌柜內部為臥式矩形箱體結構。整個滅菌柜的通道內部均布6個進口的高精度溫度傳感器，分別在入口處t1/t2、中間部位t3/t4、末端出口部位t5/t6，通常視情況還要對滅菌柜進水口和出水口的的兩個溫度傳感器進行校驗。這次的主要任務就是對6個溫度傳感器分別進行116℃和121℃兩次校驗。

校驗前的準備階段，接通FY60高精度溫度校驗油槽的電源。首先設定好第一個校驗溫度值116℃，然后進入升溫階段。半個小時左右溫場穩定到設定值，用RT69高精度數字溫度計插入FY60油槽的校驗通道內，兩者溫度值相互比對，保證溫場實際溫度的準確性，二者完美準確的溫度顯示，驗證這個檢測校驗系統的精確性和可靠性。

校驗油槽內溫場穩定地達到116℃，油槽的蜂鳴器發出“嘀嗒，嘀嗒”的提示音，取出入口兩邊的高精度溫度傳感器t1和t2插入到校驗油槽的溫度通道中，待t1、t2在溫場中大約穩定5min左右，控制室內記錄了t1/t2的顯示溫度，和實際溫度116℃比較，在計算機中修正了誤差，這樣入口處的兩個溫度點校準完畢。取出兩個溫度傳感器擦拭完畢放在一邊，把托盤連同校驗油槽順著導軌方向往前推到滅菌柜中間部位和末端出口部位，以同校方法校準t3、t4和t5、t6。

在116℃把6個溫度傳感器校驗完以后，開始第二個校驗點121℃的校驗，設定校驗油槽的校驗溫度點為121℃，油槽又開始了升溫過程。半個多小時達到穩定后，又在121℃點分別校驗了6個溫度傳感器。

又對出水口tL溫度的雙只鎧裝熱電阻進行了116℃和121℃校驗。以往需要把溫度傳感器拆下來到計量部門的實驗室去測試校驗。有時候整個生產設備或者生產線因此要全部停下來，送檢校驗最快大約也要3-5天時間，會給企業造成經濟損失。這次近用時3個多小時，完美地校驗了所有的高精度溫度傳感器。這樣藥廠節省了寶貴的時間，設備就可以提早恢復運行。

五、結論

使用這套“RT69+FY60”校驗裝置組合體現場校驗大約用3h左右，經過開機驗證后，便可恢復生產。為企業降低時間成本，同時避免傳感器的拆卸、再安裝的麻煩，省時省力，從而增進效益。這樣一套校驗裝置，除了周期校驗使用外，根據需要還可隨時隨地校驗設備或生產線上的高精度溫度傳感器，保證產品質量，從而保證用藥患者的生命安全。

RT69高精度數字溫度計和FY60溫度校驗油槽完美結合的校驗裝置組合體，在制藥、食品、生物制劑、精細化工、消毒、殺菌、實驗室、溫度儀表校驗等廣泛應用，為產品質量和生命安全把關。實踐驗證了這套校驗裝置組合體的準確性、可靠性、便捷性和高效性。