用于热电偶参考端的热管型零度恒温器

一、概述

工业测温中广泛使用的热电偶，其热电势的大小与热电偶两端(测温端与参考端)的温差有关，热电势与温度值间关系是以参考端的温度为O℃作前提，在实际工业测温场合使用热电偶测量温度时，参考端的温度常以补偿电桥方法作补偿处理，由补偿电桥自动地补偿由于热电偶参考端变化而产生的测量误差;而在分度标定热电偶时，往往把热电偶的参考端置于0℃。通常以冰瓶存放冰水混合物获得0℃温度值置放热电偶的参考端。这种方法极为常用，但也有许多缺点。先决条件一定要有冰块，并且，每次使用前都需要人工制备冰水混合物的准备过程，在工作过程中也要不断地添加冰块，使用这种冰水混合物作热电偶参考端的温度就显示极不方便，自动化程度很不高。本文介绍热管型的零度恒温器，以先进的热管技术配用优良的控制电路获得稳定性好、各插孔温度极为一致的零度恒温器，满足各类热电偶分度校准时参考端所需的零摄氏度温度值之需。

二、热管原理

热管的基本工作原理如图一所示。密闭的管内，在抽空形成负压后充入少量工作介质，管的内壁上贴有多孔物质，一般为金属丝网，称为吸液芯。在热管的一端加热后，吸液芯中工作介质吸收热量而汽化为蒸汽，在微小的压差下即能迅速地流向热管另一端，并向外界放出热量重新凝结为液体，液体借助于吸液芯的毛细吸力返回到加热段，并再次受热汽化，这种反复循环过程，使热量不断地从加热端转移到另一端，完成热量的迅速传输作用，热管就是依这种规律运行，成为热传导良好的导热体。

由于热管具有极好热传导性能，因而以热管制作的恒温器，其恒温器工作部位各处温度极为一致，与热传导性能极其优良的紫铜材料制作的恒温器相比，其温度均匀性方面性能更为优越。

三、热管型零度恒温器基本构成原理

由于热管具有极为优良的热传导性能，因而确保用作为热电偶参考端时，各支热电偶的参考端的温度就极为一致，只要使热管的工作温度稳定在O℃值，便构成了理想的热管型零度恒温器，其基本结构如图二所示。

为便于安置多支热电偶的参考端，热管设计成多插孔的结构:要使热管工作在零摄氏温度值，在热管安置半导体致冷器，使热管由室温降至0℃，通过控温元件检测热管的工作温度，并由适合的控温电路控制半导体致冷器的致冷功率，便使热管维持在所要求的工作温度O℃值。为达到实用目的，又获得所要求的控温性，温度控制电路采用时间比例控制，其控制原理方框图如图三所示。

四、实验结果

为确定热管型零度恒温器基本性能能否满足用作为热电偶参考端之需，对恒温器的工作温度稳定性(包括长时间工作温度稳定性)、各插孔温度一致性、插孔垂向温度分布等性能作了多次试验，现汇总其试验结果。

1.工作温度稳定性试验结果

以小型恺装铂热电阻配用884OA数字多用表测定恒温器插孔的工作温度变化，连续9小时测试结果列于表1，测试结果表明9小时内工作温度变化不超过士0.015℃。

2.插孔温度一致性试验结果

以二支小型恺装铂热电阻配用884OA数字多用表，采用更换插孔的方法逐孔检测其各插孔温度，测试结果表明各插孔的温度一致性优于0.02℃。如表2所示

3长时间工作温度变化试验结果

为测定零度恒温器长时间工作期内工作温度变化情况，以最小分度间隔为0.02℃的液体玻璃温度计，在近二个月期间内不定期的开机，并读取液体玻璃温度计示值，记录汇总后列于表3，代表了可以看出玻璃温度计示值最大最小值之差不超过0.1℃。

4插孔垂向温度分布测试结果

以二支小型恺装铂热电阻测试插孔温度，其中一支用于监视恒温槽的工作温度，另一支自插孔底部起每提升10mm距离测定其温度分布情况，测试结果汇总于表4。为比较热管型零度恒温器与普通零度恒温器的性能，同时测定了普通零度恒温器的垂向温度分布，测定结果也汇总于表4。从表4可以看出，热管型的零度恒温器在性能方面明显优于普通的零度恒温器。

讨论

1.热管型零度恒温器充分利用了热管热传导性能好的特点，使恒温器各方面性能都得到改善，并由于设计合理，配置的控温电路极其有效，使恒温器在结构上极具特色、在性能上极为优良、在使用上极方便、实用，成为分度校验各类热电偶时必不可少的试验设备。与传统以冰水混合物作为热电偶参考端的方法相比，有自动化程度高、很大程度上降低了计量工作人员劳动强度，以及可靠性高等多方面的特点。

2.检验各类热电偶时，对用作为热电偶参考端的工作区，其工作温度应不超出士0.1℃范围，对其稳定性要求应不超过士0.05℃，通过对热管型零度恒温器在多方面性能测试结果表明，恒温器的各项性能都远优于上述的要求，因而在用作为热电偶参考端时具备足够的精度，完全不影响分度校验热电偶的测试结果。

3.非热管型的零度恒温器，虽然也可达到一定的目的，但在性能上完全不能与热管型的零度恒温器相比，因而热管型的零度恒温器更具广泛应用前景。