环境试验设备校准中若干问题的探讨

吕　玲　王　杰　崔　超

(浙江省计量科学研究院，杭州 310013)

0　引言

环境试验设备用来模拟各类环境气候，为企业或机构验证原材料、半成品、成品质量提供所需的环境。目的是使用各种环境试验设备进行试验，验证材料和产品是否达到科研、设计、制造中预期的质量目标。因此，该设备广泛应用于大专院校、航空、航天、电工电子、医疗、仪器仪表等众多领域。随着我国对产品质量的重视，尤其目前对食品生产领域的大力监管，这些设备的性能检测就尤其重要。环境试验设备的使用频率高，使用周期长，经常会出现各种各样的问题，因此对此类设备应进行及时校准工作，并要求使用人或保管人正确操作，做好日常维护工作。

1　校准用温度传感器的选择

对温度传感器进行选择时，通常以准确度等级高，线性度好，灵敏度高，稳定性好，价格便宜为原则。本文对比了几种常用温度传感器后，选择T型热电偶为最佳传感器。一方面，对于一般环境试验设备，T型热电偶在准确度等级、稳定性、线性度等方面足够满足要求；另一方面，在灵敏度上，相比铂电阻，T型热电偶有显著优势；其价格易被大众所接受。T型热电偶又称铜-康铜热电偶，正极(TP)为纯铜，负极(TN)为铜镍合金，常称之为康铜，测量范围为-200～350℃。

现通过比较几种不同类型热电偶传感器的允差、稳定性，以及校准规范JJF 1101—2003中对环境试验设备的一些要求，进一步说明T型热电偶的优势。

1.1　几种热电偶允差的比较

按照JB/T 9238—1999 《工业热电偶技术条件》，热电偶置于其制造厂规定的上限温度中维持250h，试验前后最高检测温度点热电动势的变化量(换算成温度的变化量)应不超过表1规定。

表1　不同分度号、不同等级热电偶的允差　℃

一般环境试验设备使用温度低于300℃，从表1中可以看出在低温段T型热电偶热电动势的变化量最小，热电动势稳定性最好。用于环境试验设备校准的温度传感器使用频繁，检定周期为一年，此期间不会做多次期间核查。因此，有必要选择稳定性好的传感器作为测量标准，尽量减少误差。

1.2　校准规范中对环境试验设备的要求

JJF 1101—2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》中对环境试验设备的温度偏差、温度均匀度以及温度波动度的技术要求如表2所示。

表2　温度试验设备的技术要求　℃

比较表1、表2，以Ⅰ级T型热电偶作为环境试验设备的校准标准，在-60～+300℃整个范围内，T型热电偶的允差超出环境试验设备要求的偏差的1/3，例如：在校准温度点150℃时，最大允许误差为±0.004×150=±0.6℃；在250℃时，最大允许误差为±0.004×250=±1℃。在实际使用中，采用加修正值的方式来补偿该偏差，通常采用校准T型传感器与数据采集器组成的测量系统。具体做法比较简单，将T型热电偶放入标准恒温槽，分别在需要校准的几个温度点上，从数据采集器中读出实际测量的温度值，把测量值与标准温度值的差值作为整个系统的修正值。

由此可见，选择T型热电偶为校准传感器以及与数据采集器组成的测量系统加修正值后使用，足以满足对环境试验设备的校准。

2　校准过程中若干常见问题

本人从事多年环境试验设备校准工作，总结了一些经验，通过本文与大家探讨。

2.1　校准温度点的选择

校准温度点一般应选择设备使用范围的下限、上限及中间点，也可根据用户需要选择实际常用的温度点。在实际使用中，设备的下限、上限这两个温度点不常用，校准这两个温度点既浪费时间又影响工作效率，而且对实际使用没有多大意义，所以建议根据实际需要选择常用工作点作为校准温度点。然而，对于新购置设备，在调试验收阶段或者首次校准时，建议选择的温度点必须包含下限、上限及中间点，也可以适当地增加几个温度点，且最好选择在空载条件下进行校准。

2.2　设备设定的处理

将试验设备的温度控制器设定到所需要的温度，使设备正常工作，稳定后再开始测试。每2min记录所有测试点的温度一次，在30min内共测试15次。若当设备显示温度第一次升到设定温度后，即开始测试，则加热后的余热会导致箱体内温度过冲，往往所测得的结果与稳定后的实际温度差异很大，影响校准结果的准确性。

如果设备没有安装压缩机，无制冷功能，设备降温速度会比较慢。工作中为缩短温度稳定时间，可以采用一些简单的办法来弥补温度过冲太大。比如设定时可以先将设定值设在所需温度的95％左右，静观温度变化，当温度上升很慢或开始下降时，再把设定值设在所需的温度；或者将试验设备的温度控制器设定到所要求的温度值，设备显示温度过冲后，可以稍微打开试验箱的门，留一条门缝，待温度稳定在设定温度附近后再关上门，让箱体自动调节温度。这些做法可以节省很多时间。

2.3　几种常用设备控制器的温度校正

设备校准完毕后，经常会发现有些设备的温度偏差很大，已经超出了技术指标，这时可以对该设备的温度控制器进行校正。这里以上海某有限公司生产的生化培养箱为例，该产品性能好，客户使用量大，其温度控制器的设置比较典型。具体步骤：按功能键“SET”约3s，仪表进入参数设定循环状态，继续按功能键“SET”，直到“PV”显示窗口出现“SC”，然后按位移键“<”配合加减键“△”和“▽”操作进行校正，最后按“SET”键确认，校正完成。其它厂家的试验设备的温控仪大同小异，按照温控仪的操作说明书即可修正。但在进行温度修正时需要注意：如果所测量的温度值高于设备显示温度值时，对应的“SC”值适当地增加，相反适当地减小。另外，此温度修正是整体迁移，设备每个温度点的最终测量结果都需相应地减少或者增大，因此，在进行修正时要慎重。

2.4　带鼓风功能设备的注意事项

带鼓风功能装置的设备在进行校准时，一定要打开鼓风开关，使工作室内温度场保持均匀。热电风机属于易耗品，在日常使用时，需要定期检查风机是否正常运行。若风机运行不正常时，会严重影响温度场的均匀性，造成试验箱内较大的温度偏差。若箱内的物品堆积太多，影响空气循环，也会影响温度场的均匀性。有些设备配置了风门调节开关，调节新鲜空气的交换量，根据物品的潮湿程度调整至合适位置，及时排除箱内的湿气。

2.5　试验箱的维护保养

箱体内外应保持清洁干燥，做好日常维护保养工作。每次使用完毕后，应将电源全部切断，保证安全。温湿度环境试验箱，在开机前，先检查水位是否能保证湿度控制。湿度实验完毕后，需擦干工作室或用高温烘干工作室，保持箱内干燥，保证再次工作时湿度要求的正确性。若打开设备使用时，发现箱内声音异常，应立即停机并检查原因，排除故障后再开机。需要定期检查设备箱门密封性是否完好，橡胶密封条长期在高低温运行后容易老化或频繁开关等原因造成设备的箱门密封不严，产生漏风透气现象，对设备内部温度的恒定造成很大影响，需及时维修更换。

3　结束语

环境试验设备的温度校准方法简单，但是涉及很多的行业、企业，使得此项工作尤为重要，这对校准人员提出了很高的要求。环境试验设备在日常使用中，需要注意的问题很多，也在一定程度上对行业、企业的使用人员提出了一定的要求。总而言之，环境试验设备校准工作看似简单、易操作，但实际隐藏着很多方法、技术。掌握了这些方法、技术，将在很大程度上提高工作效率，提高校准结果准确性，提高设备使用寿命。

[1]JB/T 9238—1999工业热电偶技术条件

[2]JJF 1101—2003环境试验设备温度、湿度校准规范

[3]GB/T 16839.2—1997热电偶第2部分:允差

[4]JJG 351—1996工作用廉金属热电偶

[5]JJG 617—1996数字温度指示调节仪