校准机构天溯计量跟您分享真空干燥箱的校准方法分析及常见问题解析

- 2019-08-02 -

    

     真空箱按其工作室几何形状可分为立方体和圆柱体。真空箱的极限压力一般为-0.1MPa,常见的真空箱的压力指示测量范围一般为(-0.1~0)MPa,每0.02MPa为一个标有数字的分度线。真空箱最高工作温度可分为150℃、200℃和250℃,其他温度等级由制造商与用户协商确定。

 不同最高工作温度的真空箱,其温度均匀度技术要求略有不同:对于最高工作温度≤200℃的真空箱,温度均匀度≤2℃;对于最高工作温度﹥200℃的真空箱,温度均匀度≤3℃。

  不同最高工作温度的真空箱,其温度波动度技术要求为:对于最高工作温度≤200℃的真空箱,温度波动度≤1℃;对于最高工作温度﹥200℃的真空箱,其温度波动度限值为±1℃。

  真空箱所配真空表一般为2.5级,真空表在各个测试点的最大允许误差为±2.5%FS。如有其他等级真空表,可参照执行。

  这里需要说明的是,上述各个指标是国家标准中提及的对真空干燥箱生产上的要求;但实际计量工作中,对真空干燥箱采用的是校准,因此,以上指标在校准工作中仅作为参考。

  1.真空干燥箱温度指标的校准

  一般真空箱的工作空间体积小于0.4m3,因此,选取工作空间的中层作为测试平面。中层为通过工作室几何中心的平行于底面的校准工作面,测试点与工作室内壁的距离不小于各边长的1/10,测试点的位置布局及数量,如图1所示。工作空间体积大于0.4m3的真空箱,测试点的数量可以适当增加至9个或更多,其测试点的位置布置可以参考JJF1101-2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》中的测试点位置布置图。   

                                                                      

                                               图1  测试点位置布局及数量

 按照上述方法,布置好温度传感器,待温度稳定后,就可以记录被校真空干燥箱和标准器的温度示值,从而按照校准规范中的计算方法计算出相应的温度偏差及不确定度、温度均匀度和温度波动度的值。

  这里需要注意的是,真空干燥箱尽管是在真空状态下工作,但是测量其温度指标是在非真空状态下,也就是在常压下进行的。真空干燥箱温度的测量方法,在GB/T29251-2012《真空干燥箱国家标准》以及JB/T9505-1999(2009)《真空干燥箱机械行业标准》中都有详细介绍,这里就不再赘述。同样,笔者起草的地方校准规范中也沿用了这一方法。为什么温度要在常压下进行,而不是在真空状态下进行?笔者认为主要有两方面原因:

  第一,国标中对真空干燥箱的温度指标是这么要求的,这与真空干燥箱在实际计量工作中的特殊性有关。从分子运动论观点看,温度是气体分子运动平均动能的标志,表示气体分子热运动的剧烈程度。气体温度是采用温度计间接测量,当温度计与环境气体达到热平衡后,用温度计温度作为气体温度。但是在真空环境下,气体分子数量少,短时间内不足以使得温度计的温度与气体温度相平衡。因此,真空干燥箱温度指标的校准都是在非真空条件下进行的。另外,由于真空干燥箱生产的特殊性,它没有鼓风,自身没有温度均衡的功能,全靠腔体内温度自我均衡。如果在真空条件下,恒温均匀是需要很长时间的,一般计量工作都是有时间限制的,或者说现场检测的时间是有限制的,检定人员不可能无限制地一直等到它温度均匀。

  这就引出了第二个原因。大部分企业也好,地方计量单位也好,传统的温度计量用的都是“有线”温度传感器,比如常见的工业铂电阻,成本低、准确度高,一直受大家青睐。而真空干燥箱,放入这类“有线”的温度传感器后,就不能再进行抽真空的操作,因为真空干燥箱的工作腔在正常工作时需要密闭,放入了温度传感器,就会使门缝处有缝隙,无法抽真空,也就无法对箱体进行真空状态下的校准。

  如果想进行真空条件下的校准,也不是不可以。首先得有无线温度记录仪器,这样的设备一般都很贵,对于普通企业或者计量机构来说,成本太高。同时,如第一点里所说,无线温度记录仪器需要配合电脑工作,且目前的无线温度记录仪器都不支持在线实时监测,都是事先用电脑设置好,记录完成后,再用电脑读取数据。这样的无线温度记录设备无法实时显示腔体内温度,自然也就无法知晓腔体内何时达到温度平衡及温度均匀,计量检测人员从外观根本看不出来。只有测量在非真空状态下腔体的温度时,才能达到在时间上比较快,同时,计量检测人员又能在显示仪器上观测到腔体内温度是否平衡和均匀,从而达到计量检测的目的。真空干燥箱的腔体一般比较小,如果在非真空条件下测量真空干燥箱的温度,温度偏差还可以的话,那么在真空条件下,对温度影响也不会太大,至少在可控的温度范围内。

  2.真空干燥箱真空压力值指标的校准

  一般真空干燥箱均配置有真空泵,用真空胶管连接真空箱与真空泵的吸气口,使整个真空系统处于密封状态。检测真空箱所配套的真空表时,用三通(或其他同功能器件)将标准真空表连接进入这个真空密闭系统,使其再次成为一个闭合回路(见图2) 。

                                                       图2  真空度偏差测量标准真空表连接示意图

  开启真空泵,当真空箱的真空度接近-0.1MPa时,基本达到真空箱所用真空度使用范围的极限值。待示值稳定后,记录下标准真空表压力示值及真空箱所配真空表压力示值。缓慢放开真空箱的放气阀,使其缓慢且以较均匀的速度放气。在此过程中,当真空箱所配真空表的压力示值指示-0.08MPa、-0.06MPa、-0.04MPa、-0.02MPa四个点时,关闭真空箱的放气阀,待示值稳定后,同时记录标准真空表的压力示值和真空箱所配真空表的压力示值。这四组示值加上之前的极限值示值,共五组示值。比较这五组示值的差值,作为各个测试点的真空度偏差。

 


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