真空干燥箱溫度指標的校準
真空箱的工作空間體積一般小于0.4m3,因此選擇工作空間的中間層作為測試平面。中間層是平行于穿過工作室幾何中心的底面的校準工作面。測試點與工作室內壁的距離不小于每邊長度的1/10。測試點的位置布局和數量如圖1所示。對于工作空間體積大于0.4m3的真空箱,測試點數量可適當增加至9個及以上,測試點布置可參考JJF1101-2003 《環境試驗設備溫度、濕度校準規范》中的測試點布置。
根據上述方法,設置溫度傳感器,在溫度穩定后,可以記錄校準后的真空干燥箱和標準裝置的溫度指示值,從而可以根據校準規范中的計算方法計算出相應的溫度偏差和不確定度、溫度均勻性和溫度波動。
這里需要注意的是,雖然真空干燥箱在真空下工作,但溫度指標是在非真空條件下,即在常壓下測量的。真空干燥箱溫度的測量方法在GB/T29251-2012 《真空干燥箱國家標準》和JB/T9505-1999(2009) 《真空干燥箱機械行業標準》中有詳細描述,這里不再贅述。同樣,作者起草的地方校準標準也采用了這種方法。
為什么要在常壓下進行升溫而不是真空?筆者認為,主要有兩個原因:(1)國家標準對真空干燥箱的溫度指標有要求,這與真空干燥箱在實際計量工作中的特殊性有關。從分子運動理論的角度來看,溫度是氣體分子平均動能的標志,表明氣體分子熱運動的強度。氣體溫度由溫度計間接測量。當溫度計與環境氣體達到熱平衡時,溫度計溫度用作氣體溫度。但是在真空環境下,氣體分子數量少,不足以在短時間內平衡溫度計的溫度和氣體溫度。因此,真空干燥箱的溫度指數的校準是在非真空條件下進行的。此外,由于真空干燥箱生產的特殊性,它沒有鼓風,也沒有溫度平衡功能,這取決于腔內溫度的自平衡。如果在真空條件下需要長時間保持恒溫和均勻,一般計量工作是有時間限制的,或者現場檢查的時間有限,所以檢查人員不可能無限期地等到溫度均勻。
(2)這就引出了第二個原因。大多數企業和地方計量單位使用的都是“有線"溫度傳感器,比如常見的工業鉑電阻,成本低、精度高,一直以來都受到大家的青睞。這種“有線"溫度傳感器放入真空干燥箱后,真空干燥箱就不能再抽真空了,因為真空干燥箱的工作腔在正常工作時需要密封,而溫度傳感器又放在里面,這樣就無法對門抽真空,也無法在真空下校準箱體。如果要在真空下校準,也不是不可能。首先要有無線溫度記錄儀,一般很貴,對于普通企業或者計量機構來說成本太高。同時,如上所述,無線溫度記錄儀器需要與計算機配合工作,目前的無線溫度記錄儀器不支持在線實時監測,是由計算機預先設置,記錄后再由計算機讀取數據。這樣的無線溫度記錄設備無法實時顯示腔體內部的溫度,自然也無法知道腔體內部何時達到溫度平衡和溫度均勻,這是計量測試人員從外觀上無法看到的。只有在非真空狀態下測量腔體的溫度,時間才能更快,同時測量檢驗人員可以在顯示儀上觀察腔體內部的溫度是否平衡均勻,從而達到測量檢驗的目的。真空干燥箱的腔體一般比較小。如果在非真空條件下測量真空干燥箱的溫度,溫度偏差還可以,那么在真空條件下,至少在可控的溫度范圍內,溫度不會受到太大的影響。
真空干燥箱真空壓力指數的校準
一般真空干燥箱都裝有真空泵,用真空軟管連接真空箱和真空泵的吸入口,使整個真空系統處于密封狀態。
打開真空泵,當真空箱的真空度接近-0.1MPa時,基本達到真空箱所用真空度的極限值。指示值穩定后,記錄標準真空表壓指示值和真空箱真空表壓指示值。慢慢松開真空箱的放氣閥,使其緩慢均勻地放氣。在此過程中,當裝有真空箱的真空計的壓力指示為-0.08MPa、-0.06MPa、-0.04MPa和-0.02MPa四點時,關閉真空箱的放空閥,指示穩定后記錄標準真空計和裝有真空箱的真空計的壓力指示。這四組指示值加上先前的極限值指示值,總共五組指示值。將五組指示值之間的差異作為每個測試點的真空度偏差進行比較。
真空箱根據其工作室的幾何形狀可分為立方體和圓柱體。真空箱的極限壓力一般為-0.1MPa,普通真空箱的壓力指示測量范圍一般為(-0.1 ~ 0) MPa,每0.02MPa為一條標有數字的刻度線。真空箱的工作溫度可分為150、200和250,其他溫度等級由廠家和用戶協商確定。
不同工作溫度的真空箱對溫度均勻性的技術要求略有不同。工作溫度200的真空箱,溫度均勻性2;工作溫度200的真空箱,溫度均勻性3。不同工作溫度的真空箱溫度波動程度的技術要求為:工作溫度200的真空箱,溫度波動度1;工作溫度為200的真空箱,溫度波動極限為1。
真空干燥箱的真空計一般為2.5級,每個測試點的真空計允許誤差為2.5%FS。
