熱管檢定爐在溫度計量中的應用初探

陳曉雷

摘要：隨著科學技術的發展，熱管檢定爐作為新型溫度源，因其本身的優秀性能和特點，在溫度計量工作中得到了廣泛應用，因此本文針對熱管檢定爐的應用進行了全面的分析，首先針對熱管檢定爐的工作原理進行簡單了解，然后對熱管檢定爐技術中的性能進行深入探究，在此基礎上，將其和其他同類型設備進行比較，從而全面了解熱管檢定爐的特點，以期為關注該問題的相關人員提供參考和建議。

關鍵詞：熱管檢定爐；計量性能；溫度檢定

引言：常見的溫度計量器具的檢定和校準工作一直都使用油槽和水槽作為溫度源，其中液體恒溫槽本身的穩定性和均勻性較強，因此在計量部門中得到了廣泛應用。但是，熱管檢定爐的推出，為溫度計量器具的檢定和校準工作帶來了全新的溫度源，這種溫度源本身對環境沒有污染，且能夠測量的溫度范圍較大，測量速度快，是國家近年來，推出的性能最優的溫度計量儀器。加強對熱管檢定爐的研究，具有十分重要的意義。

一、熱管檢定爐的工作原理

熱管是熱管檢定爐的核心零部件，也是熱管檢定爐中一種高效能的傳熱裝置，是熱管檢定爐工作原理的關鍵。熱管檢定爐就是利用封閉在金屬內部的熱管反復進行物理相變，從而達到傳遞熱量目的。此外，熱管也被稱為是一種依靠管內介質的蒸發和循環流動而傳遞熱量的部件。常見的熱管是重力型熱管，在熱管檢定爐內工作的過程中，可以從四個部分來看，首先，在蒸發段因為加熱，熱管上的毛細材料中的工作介質蒸發，形成汽化，此時蒸發段內的蒸汽壓力上升，段內帶有潛熱的蒸汽流向冷凝段。然后，冷凝段內因為大量的散熱能力，降低了蒸汽內的介質溫度。其次，降低了的工作介質通過了主體管外部的散熱器后，徹底凝結成液體。最后，液體沿著熱管檢定爐中的多孔，依靠毛細管力的作用下，重新回到蒸發段。以此形成了一個循環過程，這也就是熱管檢定爐的工作原理。

二、熱管檢定爐技術的性能

在明確了熱管檢定爐工作原理的基礎上，還要利用相應的實驗，對熱管檢定爐技術的性能進行研究。熱管檢定爐中最為明顯的兩大特色就是穩定性和均勻性。

（一）熱管檢定爐技術的穩定性

首先了解熱管檢定爐的穩定性，在熱管檢定爐的溫度達到了熱平衡后，在15min內，每隔1min對標準鉑電阻溫度計的溫度值進行記錄，最后取出15個溫度值中的最大值和最小值，計算出兩者的1/2差值，作為熱管檢定爐的波動性。本文針對200℃、300℃、390℃的標準鉑電阻溫度計進行測試，測試后發現在15min內，溫度波動度分別為±0.009℃、±0.012℃、±0.020℃。由此可知，熱管檢定爐的穩定性較強。

（二）熱管檢定爐技術的均勻性

1.熱管檢定爐軸向溫場的均勻性

在對熱管檢定爐軸向溫場均勻性的實驗中，可以從兩個方面進行，首先是從熱管檢定爐的中心點到底部的軸向溫場，其次是從距離熱管檢定爐口上55mm到底部的軸向溫場。前者的測試方法和和多孔均勻性的測試方法相同，但后者需要選擇三支石油閃點玻璃溫度計進行試驗，且只在200℃和300℃的溫度點上進行，其中還要將閃點溫度計和標準鉑電阻溫度進行對比分析。最終發現在200℃時，三支閃點溫度計在距離開口55mm處的孔間溫差為0.4℃，而底部的最大溫差為0.7℃；在300℃時，三支閃點溫度計在距離開口55mm處的孔間溫差為0.4℃，而底部的最大溫差為0.3℃。由此可知，熱管檢定爐在200℃時，溫差相差較大，而在300℃時，溫差相差較小，均勻性性能較好。

2.熱管檢定爐多孔之間的均勻性

熱管檢定爐多孔之間的均勻性也是極為重要，可以通過選擇相對距離最遠的兩孔，測量孔之間的最大溫差，從而判斷多孔之間的均勻性。依舊是在200℃、300℃、390℃，這三個溫度上進行測試，選擇兩支標準鉑電阻溫度計進行分別測試，形成對比性，保證結論的準確。測試后發現，空間溫差分別為：0.013℃、0.018℃、0.040℃。由此可知，熱管檢定爐多孔之間的溫差除了在390℃時，稍有波動意外，其余兩個溫度點，溫差都控制在了0.02以下，因此可以得出熱管檢定爐多孔均勻性較強[1]。

三、熱管檢定爐的性能比較

在全面的了解熱定檢定爐在溫度計量中的應用性能后，還要將其和液體恒溫槽、干體校驗爐等同類型設備進行比較，具體分析熱管檢定爐在溫度計量中的應用。

（一）和液體恒溫槽的性能比較

恒溫油槽一般使用的是甲基硅油，如果超過180℃，就會產生大量的油煙，對周圍環境造成污染，雖然后期加入了排煙機進行抽煙，但是依然會遺留部分油煙，給操作人員的身體健康帶來嚴重的影響。可以通過具體的實驗進行檢測，首先簡單了解液體恒溫油槽的波動度、均勻度以及穩定性，然后對熱管檢定爐的技術性能指標進行的檢測。以溫度均勻度為例，液體恒溫槽在200℃下，溫度均勻度為0.005℃，而在300℃下，溫度均勻度為0.003℃，但是在200℃-300℃的范圍內，熱管檢定爐任意兩點的溫差都≤0.02℃。由此可知，熱管檢定爐的性能相對較優。

（二）和干體式校驗爐的性能比較

除了液體恒溫槽以外，在干體式校驗爐也是現階段較為常見的一種溫度計量儀器，將其和熱管檢定爐進行比較后，發現熱管檢定爐的性能和技術性能指標滿足國家對溫度計量的相關要求。和液體恒溫槽相同，也可以通過具體的測驗證明，選擇9144型干體校驗爐，將溫度范圍控制在（50-650）℃范圍內，讓鉑電阻插入150mm深的位置處，得出來具體的溫度波動度、孔間溫差、軸向溫場均勻性[2]。以孔間溫差為例，干體校驗爐在200℃和300℃下的溫差分別為0.049℃、0.036℃，而HKT-008型的便攜式熱管檢定爐，工作溫度范圍為（200-400）℃，而在（200-300）℃的溫度范圍內任意兩點的溫差≤0.02℃。由此可知，不只是性能指標上優于干體校驗爐，熱管檢定爐在一定成上擴大了溫度工作范圍，并且保證了良好的計量性能，以及計量值的準確性。

（三） 熱管檢定爐和液體恒溫槽的比較案例

1.雙金屬溫度計

利用兩件金屬溫度計，分別對熱管檢定爐和液體恒溫槽中進行測試，在溫度點穩定后，讀取雙金屬溫度計的顯示數值，再進行對比分析。

2.數字溫度計

利用三件數字溫度計，依然在熱管檢定爐和液體恒溫槽中進行測試，在溫度點穩定后，讀取數字溫度計的顯示數值，再進行對比分析。

經過對數據的對比后發現，雙金屬溫度計在液體恒溫槽和熱管檢定爐中的數據完全一致，而數字溫度計的測量結果基本一致，數據之間的相差在±1范圍內。但是，恒溫油槽使用的硅油價格相對較高，可使用周期較短。而恒溫鹽槽中的硝酸鹽會對槽體、溫度計、攪拌葉片等零部件造成腐蝕，增加使用過程中的危險性。但是熱管檢定爐內在高溫時沒有油煙，也不會對環境造成污染，操作人員可以在一個良好的環境中完成工作[3]。此外在和干體校驗爐對比實驗時使用的便攜式熱管檢定爐，升溫速度較快、從室溫到300℃，只需要1h左右，因此隨著科學技術發展，熱管檢定爐會在溫度計量中得到更加廣泛的應用。

總結：綜上所述，熱管檢定爐本身的性能優異，升溫快、范圍廣、無污染，準確性高，但是在實際生活中，還有部分地區，依然使用這其他溫度檢測儀器，對熱管檢定爐不了解。想要讓熱管檢定爐的應用得到進一步應用，就要深入了解熱管檢定爐的各項技術以及具體的指標參數，通過上文對熱管檢定爐的大量實驗和對比試驗，證明熱管檢定爐滿足溫度計量的要求，從而讓熱管檢定爐得到全面的應用。

參考文獻：

[1]宋姍姍， 胡涵星， 郁龍水，等. 熱管檢定爐在溫度計量中的應用[J]. 儀器儀表標準化與計量， 2017（1）：46-48.

[2]李洪衛， 呂麗紅， 謝忠善. 熱電偶檢定爐溫度場測量結果不確定度評定[J]. 科技創業月刊， 2015， 28（6）：112-113.

[3]張銀蘋. 基于機器視覺的溫度計檢定與處理的應用研究[D]. 聊城大學， 2015.