常見熱學計量儀器的檢定方法與技術研究

摘要：目前，熱學計量儀器已經被廣泛應用到工業生產、科學研究、醫療衛生等領域，對熱學計量儀器展開檢定、確保儀器量值精確性等具有重要意義。做好儀器檢定與計量，能夠有效確保熱學測量結果的準確性，進而確保各類生產研究工作的質量。基于此，就熱學計量儀器的檢定與計量展開研究，詳細論述目前各領域所應用熱學計量儀器的類型與工作原理，同時就熱學計量儀器檢定計量的方法與技術展開分析，旨在確保熱學計量儀器檢定準確性與可靠性，并為熱學測量領域量值統一奠定技術基礎。

關鍵詞：熱學計量儀器 動態檢定技術[ 5]" 靜態檢定技術[A6]"[A7]

Research on Common Thermal Measuring Instruments and Calibration Methods

XING Xuenan

AVIC Changchun Control Technology Co.， LTD， Changchun， Jilin Province， 130400 China

Abstract： At present， thermal measuring instruments have been widely used in the fields of industrial production， scientific research and medical and health fields， and it is of great significance to calibrate the thermal measuring instruments to ensure the accuracy of the instrument measurement value. Good instrument calibration and measurement， can effectively ensure the accuracy of thermal measurement results， and then ensure the quality of all kinds of production and research work. Based on this， the research on the calibration and measurement of thermal measuring instruments， detailing the types and working principles of thermal measuring instruments currently applied in various fields are discussed in detail. At the same time， the methods and techniques of calibration and measurement of thermal measuring instruments are analyzed， aiming to ensure the accuracy and reliability of thermal measuring instruments calibration and lay the technical foundation for the unified measurement of quantity values in the field of thermal measurement.

Key Words： Thermal; Measuring instrument; Dynamic verification technology; Static verification technology

熱學計量儀是測量溫度、熱流等熱學量的重要儀器，其測量結果的準確性與有效性將會直接影響工業產品生產、科學研究等數據的可靠性。所以，對熱學計量儀器的檢定與計量，已經成為計量學領域研究的重要方向。通過科學的方法對熱學計量儀器展開檢定，可以確保儀器在使用階段的精準度與可靠性，以此為各行業提供更為準確的熱學測量信息數據。

1常見的熱學計量儀器及其工作原理

1.1溫度測量儀器

溫度測量是眾多熱學計量儀器的常見功能，具體包括玻璃液體溫度計、熱電偶溫度計、電熱阻溫度計等。首先，玻璃液體溫度計是日常生活中最為常見的溫度測量儀器，該儀器能夠利用水銀、酒精等液體熱脹冷縮而測量溫度，當溫度出現變化后，儀器內水銀等液體體積就會發生變化，進而在儀器刻度中顯示溫度。玻璃液體溫度計的優勢為造價較低、結構簡單，多應用于日常生活和對熱量測量精度要求不高的工業生產中，但是這種測量儀會受到儀器材料等因素影響，在高溫、低溫環境下的測量結果并不精確^[1]。其次，電熱偶溫度計以賽貝克效應為工作原理，在回路中，若兩接點溫度不同，那么其在熱電勢方面也會存在明顯差異，常規熱電偶材料包括鎳鉻合金、鎳鋁合金、康銅、鎳硅合金等，熱電偶溫度計應用領域非常廣泛，具備響應快速、結構簡單、材質耐用等優勢，但是熱電勢卻容易受到熱電偶材料、測量回路等因素的影響，因此在使用之前需要做好校準工作。再次，熱電阻溫度計以金屬、半導體材料電阻與溫度的關系為基本工作原理，如鉑電阻溫度計在低溫環境測量中將會精確檢測出熱量結果，這是由于其電阻值與溫度變化之間的線性關系非常明顯，但是該檢測儀器的缺陷在于對連接導線的電阻變化同樣非常敏感，因此在使用熱電阻溫度儀測量時應充分考慮導線電阻補償，目前該溫度儀已經被應用到高精度溫度測量中，如在科研項目中低溫實驗和高精度恒溫環境監測中均能夠達到預期檢測效果。最后，紅外溫度計是以物體紅外輻射為工作原理的檢測儀器，依據黑體輻射定律可知，物體紅外輻射強度與溫度為正相關關系，即溫度越高，紅外輻射越強，該檢測儀器具備非接觸式測量優點，可以被應用到不易接觸物體、高溫和快速移動物體的熱量檢測中，但是紅外溫度計會受到物體表面發射率、環境輻射等因素的影響。

1.2熱流測量儀器

常見的熱流測量儀器包括熱流傳感器與熱流計。熱流傳感器是以傅里葉定律為基礎，依據被測量物體自身熱流量而體現該物體表面熱流密度的測量儀器，常見的熱流傳感器為平板式熱流傳感器，該儀器內部存在感溫部件，并且能夠通過的傳感器上下表面溫差與自身熱阻而確定熱流，具有安裝、使用方便等優勢，目前該傳感裝置已經被廣泛應用到墻體熱傳遞測量等領域。熱流計是一類常見的綜合性熱流測量儀器，該儀器屬熱流傳感器升級版，除了具備熱流傳感器以外，還包括熱量電路和顯示單元，依據測量原理不同，可以將熱流計分為傳導型、對流型、輻射熱型等類型：傳導型多被應用于固體熱流測量中；對流性則可以被應用于流體與固體表面之間對流傳熱；輻射型可以被應用到物體由于熱輻射而產生的熱流量值，在熱流計應用中，技術人員應結合不同熱傳遞場景針對性地選擇熱流量儀器^[2]。

1.3其他熱學計量儀器

除了溫度測量儀器以及熱流測量儀器外，常見的熱學計量儀器還包括熱導率測量儀器，該儀器主要測量物體的熱導率，常見測量技術包括穩態法與瞬態法，前者通過對物體熱流、溫度梯度等確定熱導率，而后者則是以測量物體瞬時溫度而確定熱導率，目前熱導率測量儀器多應用到新型隔熱與散熱材料性能評估中。比熱容測量儀是測量物體比熱容的重要儀器，物體在吸收或發出熱量時自身溫度也會出現變化，而比熱容測量儀就是通過計算輸入與輸出值而確定比熱容的方法，比熱容計算是能源儲存和化工生產中的關鍵環節，同時也是評估材料熱性能與能量轉換效率的重要依據。

2常見熱學計量儀器檢測方法與技術[ 8]

2常見熱學計量儀器檢測方法

2.1比較法

比較法屬傳統熱學計量儀器檢測方法，多被應用到溫度計等儀器檢測中。在技術應用中，工作人員將被檢測溫度計與標準溫度計同時放置在恒溫槽中，同時在不同溫度下對二者溫度顯示結果展開比對，而工作人員需要確保恒溫槽內溫度的穩定性，避免由于恒溫槽因素對檢定測量結果造成影響。若檢定溫度計精度較高，那么工作人員還應做好恒溫槽內溫度波動控制工作，從而防止由于溫度波動過大而無法反映溫度計實際情況。為了確保檢測精度，工作人員需要開展多次比較并計算檢定結果平均值，如在對高精度鉑電阻溫度計檢測階段，工作人員需要應用高精度恒溫油槽，然后選擇多個溫度節點展開比較性測量，從而確保檢定結果準確性^[3]。

2.1定點法

定點檢測是溫度計量儀器常見檢定技術，在應用該檢測技術時需要利用國際溫標對儀器展開檢測，如水的三相點作為關鍵固定點之一，在檢測過程中需要將溫度計量儀器放置在水的三相電瓶內，而后檢定儀器在該點的示值。通過定點法檢定溫度計量儀器具備準確性高的特征，該方法可以追溯到國際溫標中，但是檢定過程比較復雜，需要特定設備支持，同時非常容易受到外界環境的影響，因此在檢定過程中要非常注意細節問題。除了水的三相點以外，技術人員還可以通過鎵熔點（29.764 6 ℃）等三相點對溫度計量儀器展開定點檢定^[4]。

3熱學計量儀器檢定技術

3.1動態檢定技術

針對那些響應速度較快的溫度計量儀器，技術人員可以通過動態法對儀器進行檢定，以熱電偶溫度計為例，該技術可以被應用到熱電偶溫度計數據實時采集與分析中，在檢定過程中，動態檢定系統可以實時獲取溫度計在不同溫度環境下發出的信號，這些信號涵蓋溫度計熱電動勢等信息，并且能夠真實體現出熱電偶溫度計對不同溫度的響應速度、響應質量、信號穩定等情況，并由此判斷熱電偶溫度計是否存在信號波動、響應滯后等問題。除此之外，技術人員還可以通過數據處理算法對經過動態檢定后的數據展開分析處理，并利用這些信息數據繪制的熱電偶溫度計動態響應曲線、溫度測量誤差與時間影響變化曲線等，通過這些可視化數據能夠幫助工作人員全面掌握熱電偶溫度計的性能，并為后期溫度計計量校準等提供數據支撐^[5]。在檢定工作中，工作人員也可以通過動態檢定技術對溫度計動態誤差展開分析與修正，熱學計量儀器檢定的最終目的是發現儀器問題并作出修正，在檢定過程中，熱電偶溫度計會受到動態溫度影響而出現誤差，工作人員可以通過動態檢定技術掌握溫度計動態誤差的發生規律，并依據這些規律構建動態誤差模型，以此對熱電偶輸出信號進行修正，整體而言，動態檢定技術不僅能夠發現熱學計量儀器問題，而且還可以控制動態誤差對溫度測量的影響。

3.2靜態檢定技術

靜態檢定是在穩定檢定環境下對熱流測量儀器準確性、穩定性檢測的常見方法，在靜態檢定階段，工作人員需要為檢定工作提供一個溫度差、熱流量相對穩定的環境，這是確保熱流測量儀器檢定穩定的基礎。通常情況下靜態檢定技術能夠應用到熱流測量儀器準確性、穩定性與重復性檢定中。首先，在準確性檢定階段技術人員可以通過該技術確定測量誤差，在將熱流測量儀放置在已知熱流密度環境中，同時比較被檢定儀器測量值與標準數據差后即可確定測量儀器的準確性，若差值處于規定范圍內，則說明儀器準確性符合要求。其次，靜態檢定技術可幫助儀器刻度校準，工作人員可以在各類已知熱流密度下對儀器展開檢定，并結合檢定結果對設備刻度系數進行精確調整，如工作人員可以在100 W/m2、200 W/m2、300 W/m2等多個穩定熱流密度點檢定儀器，在檢定完成后，依托線性回歸方程掌握檢定設備刻度與實際熱流密度之間的關系，從而對熱流測量儀器的刻度進行校準，經過校準后的儀器將會更為精確地表現熱流密度情況^[6]。再次，靜態檢定技術還能夠被應用到熱流測量儀器穩定性檢定中，如工作人員可以在熱流測量儀器長時間工作后對儀器展開檢測，并記錄測量結果，若儀器經過長時間工作后測量值并未出現很大波動，則表明該儀器穩定性良好；反之，則表明儀器穩定性存在問題。最后，靜態檢定技術還能夠被應用到儀器重復性檢測中，工作人員可以通過靜態檢定技術對同一儀器展開多次檢定，但是檢定條件與環境必須相同，在檢測后若偏差不超過±3%，那么表明儀器重復性符合要求。

4結語

綜上所述，熱學計量儀器檢定在保證測量結果準確性、確保量值溯源性、產品生產安全性等方面具有重要作用，熱學計量儀器類型較多。為此，工作人員需要掌握熱學計量儀器的分類標準，對各類熱學計量儀器展開針對性的檢定，確保技術被應用于儀器類型相互匹配，及時發現并解決熱學計量儀器中存在的問題，從而發揮儀器在生產、科研中的最大功效。

參考文獻

[1]崔巍.煤礦安全計量儀器的檢定與校準問題探討[J].礦業裝備，2024（3）：187-189.

[2]黃婷.計量儀器的周期檢定及管理方法探討[J].中國設備工程，2023（15）：142-144.

[3]王麗紅.精密壓力表計量檢定中應注意的問題分析[J].大眾標準化，2023（12）：193-195.

[4]姜海明.計量檢測中天平砝碼檢定誤差原因與控制[J].大眾標準化，2022（1）：184-186.

[5]虞成斌.基于B/S架構的計量儀器檢測管理系統的設計與實現[D].杭州： 浙江工業大學[A10]"，2019.

[6]張銀.基于視覺的千分表計量檢驗方法研究[D].無錫： 江南大學[A11]"，2023.