DK178235B1

DK178235B1 - calibrator

Info

Publication number: DK178235B1
Application number: DK200801426A
Authority: DK
Inventors: Jan Haakon Harslund; Folke Galsgaard
Original assignee: Ametek Denmark As
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2015-09-14
Also published as: DK200801426A

Abstract

Kalibreringsapparat til temperaturfølere omfattende et aflangt kalibreringskammer (1) med en åbning (2) til optagelse af en indsats (3), som har kanaler (4) til optagelse af temperaturfølere (6), og hvor kammeret (1) har flere varmeenergielementer (9-11), som er styret af temperaturfølere (12-14). l selve indsatsen findes der en eller flere eksterne følere (7) hver med en eller flere temperatursensorer således, at der findes mindst to sensorer ( 19, 20 eller 15, 17) med respektive uens afstande til en ende af indsatsen (3). Sidstnævnte sensorer er forbundet til elektroniske regulerings- (20,23) og måleenheder (21, 24) for styring af effekttilførslen til varmeenergielementerne.Temperature sensor calibration apparatus comprising an elongated calibration chamber (1) with an opening (2) for receiving an insert (3) having channels (4) for receiving temperature sensors (6) and the chamber (1) having several heat energy elements (9). -11), which is controlled by temperature sensors (12-14). In the insert itself, there are one or more external sensors (7) each with one or more temperature sensors such that there are at least two sensors (19, 20 or 15, 17) with respective unequal distances to one end of the insert (3). The latter sensors are connected to electronic control (20,23) and measuring units (21, 24) for controlling the power supply to the heat energy elements.

Description

Kalibreringsapparatcalibrator

Opfindelsen vedrører et kalibreringsapparat til temperaturfølere omfattende et kalibreringskammer med en åbning til optagelse af en indsats, som har kanaler til optagelse af temperaturfølere, hvor kammeret har flere varmeenergielementer, og hvor apparatet har temperaturfølere og elektriske kredsløb til styring af varmeenergielementerne.The invention relates to a calibration apparatus for temperature sensors comprising a calibration chamber having an opening for receiving an insert having channels for receiving temperature sensors, the chamber having several heat energy elements and the apparatus having temperature sensors and electrical circuits for controlling the heat energy elements.

Et sådant kalibreringsapparat er f.eks. kendt fra WO 99/04231, Sådanne apparater anvendes til kalibrering af temperaturfølere med en nøjagtighed, der kan være så lav som 0,01°. Som følge af den store nøjagtighed er der en række fejlkilder, hvoraf nogle allerede er afhjulpet ved den kendte teknik. Et af de største problemer hidrører fra, at der bortledes varme fra kalibrerings-kammeret i nærheden af åbningen. Dels fordi der ikke kan anbringes noget varmelegeme i åbningen, hvor indsatsen skal indføres, og dels fordi den eller de temperaturfølere, som er anbragt i kanalerne, medfører en ukontrollabel bortledning af varme (eller kulde), også selv om f.eks. varmelegemerne i kalibreringskammeret kan styres til opnåelse af en meget nøjagtig temperatur, varmeenergien fra varmelegemerne skal udbrede sig gennem indsatsen, hvor der er anbragt temperaturfølere i nogle af kanalerne, men måske ikke i alle, og hvor hver af temperaturfølerne bortleder en vis varmeenergi, således at temperaturen netop på det sted, hvor den temperaturføler, som skal kalibreres, befinder sig, slet ikke er den samme som varmelegemernes temperatur. Anvendelsen af flere varmeenergielementer er en kendt metode til at reducere de uønskede og ukendte temperaturradienter, men det har hidtil kun været muligt at styre temperaturen umiddelbart omkring varmeenergielementerne.Such a calibration apparatus is e.g. known from WO 99/04231, Such apparatus is used for calibrating temperature sensors with an accuracy as low as 0.01 °. Due to the high accuracy, there are a number of sources of error, some of which have already been rectified by the prior art. One of the major problems stems from the dissipation of heat from the calibration chamber near the opening. Partly because no heater can be placed in the opening where the insert is to be inserted, and partly because the temperature sensor (s) placed in the ducts entails an uncontrollable dissipation of heat (or cold), even if, e.g. the heaters in the calibration chamber can be controlled to achieve a very accurate temperature; the heat energy from the heaters must propagate through the insert where temperature sensors are located in some of the channels, but may not be in all and where each of the temperature sensors dissipates some heat energy the temperature precisely at the location where the temperature sensor to be calibrated is not at all the same as the temperature of the heaters. The use of several heat energy elements is a known method of reducing the undesirable and unknown temperature gradients, but so far it has only been possible to control the temperature immediately around the heat energy elements.

Formålet med opfindelsen er at angive et kalibreringsapparat, hvor der kan opnås en bedre nøjagtighed ved kalibrering af en temperaturføler, end det hidtil har kunnet opnås.The object of the invention is to provide a calibration apparatus where better accuracy can be obtained in calibrating a temperature sensor than has hitherto been possible.

Dette formål opnås ved at temperaturfølerne omfatter mindst to eksterne temperatursensorer, som er beliggende i uens afstande fra en åbning i indsatsen.This object is achieved by having the temperature sensors comprise at least two external temperature sensors located at different distances from an opening in the insert.

Derved kan der måles en temperaturgradient umiddelbart tæt ved den eller de temperaturfølere, som er anbragt i indsatsens kanaler.Thereby, a temperature gradient can be measured immediately close to the temperature sensor (s) located in the channels of the insert.

Der kan være anbragt en enkelt sensor i hver temperaturføler, og der skal derfor være en kanal i indsatsen til hver af temperaturfølerne.A single sensor may be located in each temperature sensor, and there must therefore be a channel in the insert for each of the temperature sensors.

Ved en anden udførelsesform kan der være to temperatursensorer i en ekstern føler, hvor sensorerne er anbragt med en vis indbyrdes afstand i følerens længderetning. Ved denne udførelsesform omfatter indsatsen en relativt lang kanal til optagelse af en sådan ekstern temperaturføler.In another embodiment, there may be two temperature sensors in an external sensor where the sensors are spaced at a certain distance in the longitudinal direction of the sensor. In this embodiment, the insert comprises a relatively long channel for recording such an external temperature sensor.

Ved en foretrukken udførelsesform findes der to serieforbundne sensorer i en ekstern temperaturføler, og disse er forbundet til de elektriske styrekredsløb for styring af varmeenergielementerne.In a preferred embodiment, two series-connected sensors are provided in an external temperature sensor and these are connected to the electrical control circuits for controlling the heat energy elements.

Der kan også findes tre eller flere sensorer i en enkelt eller flere eksterne temperaturfølere, hvorved det er muligt at styre temperaturen meget nøjagtigt efter ethvert behov.Three or more sensors can also be found in a single or multiple external temperature sensors, enabling the temperature to be controlled very accurately as needed.

Normalt foretrækkes det at anvende separate eksterne temperaturfølere, som kan indføres i en kanal i indsatsen, men det vil kunne forstås, at opfindelsen også dækker den mulighed, at kalibreringskammeret er sammenhængende med en eller flere temperaturfølere, som kan strække sig ind i en kanal i indsatsen.It is usually preferred to use separate external temperature sensors which can be introduced into a channel in the insert, but it will be appreciated that the invention also covers the possibility that the calibration chamber is contiguous with one or more temperature sensors which may extend into a channel. efforts.

Va rmee nerg iel e me nte rn e kan være elektriske varmeelementer og/eller køle-elementer, og eksempelvis anvendes der Peltier-elementer, som rent elektrisk kan omskiftes mellem at være varme- og køleelementer.Heating elements may be electric heating elements and / or cooling elements, and for example Peltier elements which can be electrically switched between being heating and cooling elements are used, for example.

Opfindelsen medfører også helt nye muligheder for elektronisk styring og elektronisk lagring af temperaturforløbet i indsatsen afhængig af varmebort-ledningen fra kalibreringskammeret.The invention also provides entirely new possibilities for electronic control and electronic storage of the temperature course of the insert depending on the heat dissipation line from the calibration chamber.

Opfindelsen vil blive forklaret nærmere ved den følgende beskrivelse af en udførelsesform, idet der henvises til tegningen, hvor fig. 1 viser et eksploderet, perspektivisk billede af et kendt varmekammer, fig. 2 viser et snit gennem et sådant varmekammer, men ændret til at vise en udførelsesform for opfindelsen, fig. 3 viser et snit gennem en anden udførelsesform for opfindelsen, fig. 4 viser en principskitse for styring af kalibreringsapparatet ifølge opfinde sen, mens fig. 5 viser kurver til illustrering af effekten ved opfindelsen.The invention will be explained in more detail by the following description of an embodiment, with reference to the drawing, in which fig. 1 is an exploded perspective view of a known heating chamber; FIG. Figure 2 is a section through such a heating chamber, but modified to show an embodiment of the invention; 3 is a section through another embodiment of the invention; FIG. 4 shows a principle sketch for controlling the calibration apparatus according to the invention, while FIG. 5 shows curves to illustrate the effect of the invention.

På fig. 1 ses et kalibreringskammer 1, som typisk er et aflangt, opretstående kammer med en åbning 2 foroven til optagelse af en indsats 3. Opfindelsen er ikke begrænset til netop denne udformning af kalibreringsapparatet, men dette eksempel vil blive anvendt i det følgende.In FIG. 1 shows a calibration chamber 1, which is typically an elongated upright chamber with an opening 2 at the top for receiving an insert 3. The invention is not limited to this particular design of the calibration apparatus, but this example will be used in the following.

Indsatsen 3 har også åbninger 4 og 5 til optagelse af henholdsvis en tempe- raturføler 6 og en temperatursensor 7.The insert 3 also has apertures 4 and 5 for receiving a temperature sensor 6 and a temperature sensor 7, respectively.

Kalibreringskammeret 1 har også et antal huller til optagelse af elektriske varmelegemer 9-11 og forskellige temperaturfølere 12-14, som er forbundet til elektriske styrekredsløb, som styrer effekttilførslen til varmelegemerne. Det bemærkes, at der også kan forefindes køleelementer for at kalibrere temperaturfølere ved lave temperaturer.The calibration chamber 1 also has a plurality of holes for receiving electric heaters 9-11 and various temperature sensors 12-14 which are connected to electrical control circuits which control the power supply to the heaters. It should be noted that cooling elements may also be provided to calibrate temperature sensors at low temperatures.

Typisk findes der flere typer indsatse 3 med et større eller mindre antal huller af varierende størrelse til optagelse af flere størrelser af følere 6, eventuelt flere følere samtidigt. Dette betyder, at bortledningen af varmeenergi fra kalibreringskammeret er meget afhængig af, hvilken indsats, der er monteret i kalibreringskammeret, og af hvilke og hvor mange følere 6, der er indført i indsatsen 3. Det vil i praksis gøre det vanskeligt at styre temperaturen meget nøjagtigt ved temperaturføleren 6. Ofte udføres der en hel kalibreringskurve for en temperaturføler og et vist temperaturinterval, og der er derfor ikke tid til, at temperaturindstiilingen ager for lang tid.Typically, there are several types of inserts 3 having a larger or smaller number of holes of varying sizes for accommodating multiple sizes of sensors 6, possibly multiple sensors simultaneously. This means that the dissipation of heat energy from the calibration chamber is highly dependent on the insert installed in the calibration chamber and on which and how many sensors 6 are inserted into the insert 3. In practice, it will make it difficult to control the temperature very much. exactly at the temperature sensor 6. Often an entire calibration curve is performed for a temperature sensor and a certain temperature range, and therefore there is no time for the temperature setting to take too long.

Ved den kendte teknik benyttes føleren 13 til at bestemme kalibreringskammerets temperatur, mens følerne 12 og 14 benyttes til at regulere temperaturforskel len mellem top og bund af kalibreringskammeret. I forsøg på at forbedre målenøjagtigheden og reguleringshastigheden er det også kendt at anbringe en temperatursensor 7 i indsatsen 3, således et input fra denne sensor kan reducere de temperaturfejl, som opstår alene ved brug af temperatursensorerne 12-14.In the prior art, sensor 13 is used to determine the temperature of the calibration chamber, while sensors 12 and 14 are used to control the temperature difference between the top and bottom of the calibration chamber. In an attempt to improve the measurement accuracy and the control speed, it is also known to place a temperature sensor 7 in the insert 3, so that an input from this sensor can reduce the temperature errors which occur only by using the temperature sensors 12-14.

Fig. 2 viser et snit gennem et kalibreringsapparat ifølge opfindelsen, hvor de dele, som allerede er forklaret i forbindelse med fig. 1 er vist ved ens henvisningstal. Ifølge opfindelsen findes der i selve indsatsen mindst to separate temperatursensorer, som er anbragt med uens afstand fra varmelegemerne 11 i toppen af varmekammeret 1. Ved den på fig. 2 viste udførelsesform udgøres den ene sensor af sensoren 15 i føleren 7, mens der findes en anden ekstern føler 16 med en sensor 17. Som forklaret tidligere er det vanskeligt at styre temperaturen i toppen af kalibreringskammeret som følge af den varierende termiske belastning fra toppen af indsatsen 3, således at indsatsen overalt har ens temperatur. Ved at man nu ifølge opfindelsen kan måle differensen mellem sensorerne 15 og 17, kan der opnås en bedre styring til fastholdelse af en forudbestemt temperatur, men også en bedre styring til opnåelse af temperaturen, idet temperaturdifferensudviklingen mellem sensorerne 15 og 17 kan benyttes til at give en meget mere effektiv styring af varmelegemerne, især varmelegemerne i toppen 11.FIG. 2 shows a section through a calibration apparatus according to the invention, the parts already explained in connection with FIG. 1 is shown by similar reference numerals. According to the invention, there are at least two separate temperature sensors which are arranged at different distances from the heaters 11 at the top of the heating chamber 1. In the embodiment shown in FIG. 2, one sensor is constituted by sensor 15 in sensor 7, while another external sensor 16 is provided with sensor 17. As explained earlier, it is difficult to control the temperature at the top of the calibration chamber due to the varying thermal load from the top of the sensor. the insert 3 so that the insert everywhere has the same temperature. By now being able to measure the difference between sensors 15 and 17 according to the invention, a better control can be obtained for maintaining a predetermined temperature, but also a better control for obtaining the temperature, since the temperature difference development between sensors 15 and 17 can be used to provide a much more efficient control of the heaters, especially the heaters in the top 11.

På fig. 3 er der vist en anden udførelsesform for opfindelsen, idet der her er anvendt en ekstern føler 18, som indeholder to sensorer 19, 20, som ifølge opfindelsen også er anbragt i uens afstande fra varmelegemerne i toppen af kalibreringskammeret Ved en foretrukken udførelsesform er sensorerne 19 og 20 serieforbundne, således at spændingsforskellen eller den elektriske modstand er udtryk for temperaturdifferencen mellem sensorerne. Det vil således kunne forstås, at der er mange variationsmuligheder for at anbringe eksterne følere ifølge opfindelsen i indsatsen. Ligeledes vil det kunne forstås, at det ikke er nødvendigt, at den eller de eksterne følere indføres udefra i en kanal i indsatsen. Det er også tænkeligt, at en ekstern kan strække sig op fra bunden af kalibreringskammeret, og at indsatsen har en kanal til optagelse af en sådan føler.In FIG. 3, another embodiment of the invention is shown, using here an external sensor 18 containing two sensors 19, 20 which according to the invention are also spaced apart from the heaters at the top of the calibration chamber. In a preferred embodiment, the sensors 19 and 20 in series, such that the voltage difference or electrical resistance reflects the temperature difference between the sensors. Thus, it will be appreciated that there are many variation options for inserting external sensors according to the invention into the insert. It will also be understood that it is not necessary for the external sensor (s) to be inserted from the outside into a duct in the insert. It is also conceivable that an external may extend from the bottom of the calibration chamber and that the insert has a channel for recording such a sensor.

På fig. 4 er der vist et eksempel på et diagram til styring af kalibreringsappa-ratet ifølge opfindelsen.In FIG. 4, an example is shown of a diagram for controlling the calibration apparatus according to the invention.

En første reguleringsenhed 20 styrer på kendt vis basisenergitilførslen til kalibreringskammeret, idet sensoren 13 afgiver et signal via en måleenhed 21. En effektregu lering sen hed 22 styrer strømti Iførsi en til varmeelementet 9.A first control unit 20, in a known manner, controls the base energy supply to the calibration chamber, the sensor 13 emitting a signal via a measuring unit 21. A power control unit 22 controls the current through one to the heating element 9.

Endvidere findes der en anden reguleringsenhed 23, som - også på i og for sig kendt vis - styrer effekttilførsien til varmelegemet 11. Dette sker ved, at temperaturdifferensen mellem sensorerne 13 og 14 måles ved hjælp af en måleenhed 24, hvorefter reguleringsenheden 23 styrer en effektreguleringsenhed 26.Furthermore, there is another control unit 23 which - also known per se - controls the power supply to the heater 11. This is done by measuring the temperature difference between the sensors 13 and 14 by means of a measuring unit 24, after which the control unit 23 controls a power control unit. 26th

Ifølge opfindelsen findes der såvel temperatursensoren 15 som temperatursensoren 17, og differensen mellem temperaturen findes ved hjælp af måleenheden 25. Derved opnås der mulighed for at justere effekttilførslen til varmelegemet 11 ved forskellige temperaturer og forskellige belastninger, således at temperaturgradienten i indsatsen 3 bliver uafhængig af den termiske belastning fra temperaturfølerne 6 og 7. F.eks. kan reguleringsenheden 20 og 23 være indrettet til at lagre tabeller for, hvorledes den hurtigste opvarmning til en eksakt temperatur opnås i forbindelse med forskellige termiske belastninger hidrørende fra følerne 6 og 7 i indsatsen 3 Donne information kan også benyttes til at indskyde en temperatur-offset mellem temperaturfø- ierne 12 og 14.According to the invention, both the temperature sensor 15 and the temperature sensor 17 are present, and the difference between the temperature is found by the measuring unit 25. This allows the power supply to the heater 11 at different temperatures and different loads to be adjusted so that the temperature gradient in the insert 3 becomes independent of it. thermal load from temperature sensors 6 and 7. For example. For example, the control unit 20 and 23 may be arranged to store tables for how the fastest heating to an exact temperature is achieved in connection with various thermal loads resulting from the sensors 6 and 7 in the insert 3. Donne information may also be used to insert a temperature offset between temperature sensors 12 and 14.

Fig. 5 viser nogle kurver, som illustrerer effekten ved opfindelsen.FIG. 5 shows some curves illustrating the effect of the invention.

Temperaturen T repræsenterer den ideelle temperatur, som helst skulle herske i hele indsatsen. Kurven K1 viser imidlertid, at dette ikke er tilfældet i praksis, når indsatsen belastes termisk af en temperaturføler. Temperaturen falder stort set jævnt fra indsatsens bund imod dens top. Kurverne K2 og K3 viser temperaturfordelingen i indsatsen ved et kalibreringsapparat ifølge opfindelsen. K2 viser temperaturfordelingen uden termisk belastning f.eks. fra den temperaturføler, som skal kalibreres, mens K3 viser, hvorledes varmen fordeler sig i indsatsens længderetning, når indsatsen er belastet med en temperaturføler.The temperature T represents the ideal temperature that should prevail throughout the insert. However, curve K1 shows that this is not the case in practice when the insert is thermally loaded by a temperature sensor. The temperature drops almost evenly from the bottom of the insert to its peak. Curves K2 and K3 show the temperature distribution in the insert of a calibration apparatus according to the invention. K2 shows the temperature distribution without thermal load e.g. from the temperature sensor to be calibrated, while K3 shows how the heat distributes in the longitudinal direction of the insert when the insert is loaded with a temperature sensor.

Claims

A calibration apparatus for calibrating temperature sensors (6), comprising: - an oblong calibration chamber (1) with an opening (2) for receiving an insert (3), - several types of inserts (3) having a larger or smaller number holes of varying sizes for recording multiple sizes of temperature sensors (6) to be calibrated, possibly multiple sensors simultaneously, and which can be placed in the calibration chamber (1) - wherein the chamber (1) has several heat energy elements (9, 10, 11) accommodated in a plurality of holes in the chamber (1), wherein the apparatus has temperature sensors (7, 12, 13, 14, 16, 18) connected to electric control circuits (20, 23) for controlling the power supply to the heat energy elements (9, 10, 11), wherein an insert (3) disposed in the calibration chamber (1) has openings (4, 5) for recording temperature sensors (6) to be calibrated and for recording external temperature sensors (7, 16, 18) for controlling the heat distribution in the chamber (1). characterized in that the apparatus further comprises at least two external temperature sensors (15, 17, 19, 20) in said one or more external temperature sensors (7, 16, 18) located in the insert (3), wherein said at least two external temperature sensors (15, 17, 19, 20) are, seen in a longitudinal direction of the elongated calibration chamber, located at different distances from an opening in the insert (3), and in which the electric control circuits (20, 23) are arranged to controlling the heat energy elements (9, 10, 11) in response to signals from said at least two external temperature sensors (15, 17, 19, 20).

Apparatus according to claim 1, characterized in that the temperature sensors (15, 17) are arranged in each of their external temperature sensors (7, 16), which are arranged in each opening in the insert (3).

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that there are two temperature sensors 19, 20) in an external sensor (18), wherein the external sensors (19, 20) are arranged at some distance from each other in the longitudinal direction of the external sensor. sensor (18).

Apparatus according to claim 3, characterized in that the external temperature sensor (18) comprises two series-connected external sensors (19, 20) which are spaced longitudinally of the external temperature sensor (18) and which are connected to the electric control circuitry for generating a control signal in response to the temperature difference between the external temperature sensors (19, 20).

Apparatus according to claim 3, characterized in that there are three or more sensors in each external temperature sensor.

Apparatus according to claims 1-4, characterized in that one of the external temperature sensors (7, 16, 18) protrudes upwards from the bottom of the calibration chamber (1) and the insert (3) has a hole for accommodating such a feel.

Apparatus according to claims 1-6, characterized in that the thermal energy elements (9, 10, 11) are electric heating elements.

Apparatus according to claims 1-6, characterized in that the heat energy elements (9, 10, 11) are cooling elements.

Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the heat energy elements are Peltier elements.

Apparatus according to claims 1-9, characterized in that the electric control circuits comprise a digital storage for storing the connection between temperature gradients at different locations in the insert (3), depending on a given discharge and supply of heat energy to the thermal energy elements (9, 10, 11) and that the temperature sensors in the calibration chamber (1) are adapted to be offset adjustable depending on the information in the storage.