4 - Teknik og Viden

10
Sammenligningsmetoden
er en af de mest anvendte
metoder til kalibrering
af termometre.
Af Morten Kristensen,
INSAtech
TEMPERATURMÅLING.
Metoder og udstyr der
anvendes ved kalibrering
med sammenligningsmetoden
er mange. Valget er
afhængigt af temperatur
området, opgaven/sted (i
laboratoriet eller ude på
proceslinjen), nøjagtigheden
hvorved kalibreringen
ønskes foretaget, og selvfølgelig
prisen.- I laboratoriet
ses oftest relativt store
stationære væskebade,
hvorimod valget oftest er
en tørblok kalibrator når
udstyret skal være transportabelt.
For alle temperatur
kalibratorer, uanset om
det er væske eller en fast
blok (tørblok), så gælder
det om at skabe en isotermisk
volumen, der er
homogen, uafhængig af
omgivelserne og de emner
der sættes ned i denne. -
Dette lykkedes med varierende
succes. Der er altid
tale om kompromiser.
Det ville være yderst
vanskeligt at slæbe et stort
væskebad (høj nøjagtighed)
med 10liter volumen
med ud på proceslinien.
Desuden ville man næppe
kunne leve med ved indreguleringens-tiden
på
den store volumen.
Kalibreringsbade
Omrørte væskebade er
midlet til at opnå en høj
nøjagtighed ved sammenlignings
kalibrering.
Væsken tilsikrer den bedste
overførelse og termiske
kontakt mellem den isotermiske
volumen,
arbejds- og reference termometeret.
Badet kan
anvendes til at kalibrere
store komplekse former,
samt mulighed for kalibrering
af mange termometre
samtidig.
Et væskebad er i princippet;
en beholder med
væske, et varme/køleelement
styret af en controller,
der kan opretholde en
reguleret stabil temperatur
i væsken, samt en forceret
omrøring, der skal tilsikre
en homogen temperatur i
hele beholderen. -
Løsninger og konstruktioner
af væskebade er mange
og vidt forskellige.
Eksempler på tre forskellige
løsninger:
Se figur 1
Temperaturen er normalt
begrænset af udstyret,
men også af den type
væske der anvendes:
Se figur A
Valg af væskebad
Laboratorieudstyr, hvor
der ønskes stor grad af
fleksibilitet og nøjagtighed,
er det primært en stor
volumen og stationært
væskebad der vil være en
løsning. Men her skal man
især være opmærksom på
væske mængden der skal
til for at fylde badet.
Silikone olier kan koste
1000 kr. pr. liter. Det er
derfor af afgørende betydning
om der skal anvendes
15 liter eller 7 liter for at
opnå den samme kalibereringsvolumen.
Se skitsen
over det koncentriske bad
kontra parallelle rør. -
Nogle fabrikanter vælger
endda firkantede bade,
hvilket kun forøger væskemængden
og desuden indfører
en masse døde vinkler
for den forcerede
omrøringen, hvilket medfører
en forringelse af
homogeniteten af temperaturen
i den isometriske
volumen.
Ved transportabel /
slæbbar løsning, vælges
typisk en væske/tørblok
kalibrator, der med sin
mindre volumen selvfølgelig
giver en reduceret fleksibilitet
med hensyn til
størrelse af prober og antal
der samtidigt kan kalibreres.
Men grundet den mindre
volumen har denne en
betydelig hurtigere indregulering
af den ønskede
temperatur, hvilket giver
mulighed for at udføre
flere målinger og målepunkter
inden for en given
september/oktober 2004
Temperatur-kalibrering:
Udstyr til termometerkalibrering – sammenlignings metoden
Figur 1
Figur A
tid, sammenlignet med de
store stationære bade.
Se figur 2
Fluidiseret kalibreringsbad
Dette bad indeholder et
tørt pulver der ved gennemblæsning
af luft bliver
“flydendegjort”. Badet er
forseglet så pulveret ikke
Figur 2
forurener laboratoriet. Det
kontinuerlige flow af pulver
giver en homogen temperatur
fordeling. Denne
Figur 4
Figur 3
metode giver et større
arbejdsområde temperaturmæssigt
end der normalt
kan opnås med et olie
eller nitrat bad.
Se figur 3
Som det fremgår af de
to viste eksempler er der
stor forskel på kapabiliteten
af de to enheder.
Specielt for temperatur
områdets begrænsninger.
Fysiske barrierer i de
teknisk valgte løsninger og
sikkerhedsmæssige hensyn
er den primære årsag til
dette. - Ved høje temperaturer
kan det derfor være
nødvendigt med anvende
andre medier end væsker
til den isotermiske volumen.
Væske, salt bade og flydendegjort
(fluidiseret)
pulver dækker kun en del
af temperaturområdet, der
kan være relevant ved
kalibreringen af termome-
tre. Hovedparten af temperaturmålingerne
i industrien
ligger i området - 200
°C til 1100 °C hvilket gør
det nødvendigt også at
have kalibreringsudstyr
Figur 5
der kan dække dette område.
Se Figur B
Figur B
Når en temperatur
under - 80 °C skal opnås,
er det flydende nitrogen
der er løsningen. -
Kogepunktet for rent flydende
nitrogen giver en
temperatur på - 195,798
°C. Til at fremskaffe en
temperatur mellem ~ -196
°C og - 80 °C anvendes en
Cryostat. En Cryostat er i
princippet en metalblok
med varmelegeme og en
reference probe tilsluttet
en controller der kan regulere
denne. Blokken nedsænkes
i flydende nitrogen.
Blokken “varmes” herefter
op til den ønskede
temperatur. Nøjagtigheden
på en Cryostat vil være
bedst, jo tættere temperaturen
er på de ~ - 196 °C,
grundet den mindre temperaturforskel
der skal
reguleres og opretholdes.
Til den anden ydergrænse
af temperatur
spekteret, når der skal
kalibreres med høj nøjagtighed
for temperaturer
over 700 °C, anvendes
deciderede heatpibes.
Kernen i en heatpibe er
specialdesignet til at give
en meget lille termisk gradient
i kalibreringskammerets
længde. Opbygnings
princippet er to parallelle
rør, et indre og et ydre, der
f.eks. imellem sig har en
indkapslet og forseglet
mængde nitrat.
Se figur 4
Heatpipes anvendes for
det meste til en gradient fri
smeltning og frysning af
Fikspunkts celler i primære
laboratorier.
Heatpiben kan anvendes
til følgende fikspunkter:
Der eksisterer selvfølge-
lig også transportabelt
udstyr til industrielle laboratorier
i form af tørblok
kalibratorer, der kan
anvende til kalibrering ved
høje temperaturer.
Se figur 5.
Dette var en række
eksempler på udstyr der kan
anvendes ved sammenligningskalibreringer.
Valg af udstyr hænger
utvivlsomt sammen med
metoden og derved de forbehold
man skal være
opmærksom på ved kalibreringen.
- Jeg vil i en senere
artikel beskæftige mig med
de problemer, der kan opstå
og løsninger, der kan anvendes
ved kalibrering af industrielle
sensorer.