温度传感器的一致性标定系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种温度传感器的一致性标定系统和方法。所述一致性标定系统包括恒温箱和标定容器，所述标定容器置于所述恒温箱中，所述恒温箱提供一级恒温域以实现一级恒温；所述标定容器提供二级恒温域以实现二级恒温；并且当所述二级恒温域在所述一级恒温域中达到热平衡时，所述二级恒温域能够用于对温度传感器进行温度一致性标定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及温度的一致性标定，尤其涉及一种温度传感器的一致性标定系统和方法。
技术介绍
近年来，实验研究和野外观测发现，岩石温度可以用来监测地壳应力的变化，称为“热测力学”。根据现有的实验结果，1MPa的应力变化可引起1mK的温度变化，测量几个MPa的应力变化引起的温度变化，温度测量的精度需要达到mK(0.001K)量级。高精度的温度观测系统，是“热测力学”的关键技术。在基岩地温观测中，采用的是多深度观测，即多温度传感器观测方式。不同温度传感器的一致性问题，对观测结果的后继解释工作具有重要的影响。如何实现高精度温度传感器(mK)的标定，是一个重要的技术问题。尤其是，一致性标定是标定技术研发的优先方向。在这类多温度传感器的观测中，一致性的标定远比准确度更加重要。不同温度传感器的一致性标定，本质上就是找出一个空间变化幅度达到要求的已知温度场。目前的温度标定，多采用恒温槽(常用介质为水或油)来实现。常用方法是把被标定温度传感器与已被标定好的更高一级精度的温度传感器，紧靠在一起，共同置于可调节的恒温槽中，分别把槽温调节到所选择的若干温度点，比较和记录两者的读数，获得一系列对应差值，经多次升温、降温、重复测试，若这些差值稳定，则把记录下的这些差值作为被标定温度传感器的修正量，就成了对被标定温度传感器的标定。其中，提高温度标定的精度的思路是尽量地提高恒温槽的精度。由于水或油的流动性，决定了达到一定程度后，尤其是垂直方向上，稳定性很难提高。通常情况下，实现0.1K的精度比较容易；达到0.01K的精度，已属于比较高的精度，并且此时对恒温域的大小有限制；达到0.001K的精度，是非常困难的，并且当要求达到0.001K精度时，无论是温度采集系统还是温度传感器的标定，实现起来均有相当难度。同时，在这种观测精度要求下，对软硬件技术以及结构设计等方面，均有相当高的要求，且价格不菲。目前，市场上缺乏满足要求的成熟的温度测量产品，其中一些产品的某些技术指标达到要求，但整体性能往往差强人意。温度传感器的一致性标定一直是野外基岩地温观测的难题之一。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种成本低并且能够高精度地实现温度标定的温度传感器的一致性标定系统和方法。为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种温度传感器的一致性标定系统，所述一致性标定系统包括恒温箱和标定容器，所述标定容器置于所述恒温箱中，所述恒温箱提供一级恒温域以实现一级恒温；所述标定容器提供二级恒温域以实现二级恒温；并且当所述二级恒温域在所述一级恒温域中达到热平衡时，所述二级恒温域能够用于对温度传感器进行温度一致性标定。进一步地，所述恒温箱采用恒温水槽或恒温油槽进行一级恒温。进一步地，所述标定容器由热导率不同的多层材料构成，并且热导率较大的材料所在的区域用作所述二级恒温域。进一步地，所述标定容器由热导率不同的两层材料构成，其中，内层材料的热导率大于外层材料的热导率，并且等厚的外层材料从四周包裹内层材料。进一步地，所述标定容器的两层材料各自的热导率和厚度与所述一级恒温域的温度波动幅度和所述二级恒温域的温度波动幅度满足下式：其中，ΔTc为所述二级恒温域的温度波动幅度；ΔT为所述一级恒温域的温度波动幅度；a＝K2/K1，K1为所述外层材料的热导率，K2为所述内层材料的热导率；b＝x1/x2，x1为所述外层材料的厚度，x2为所述内层材料的厚度。进一步地，所述标定容器在所述内层材料的上部设有多个用于插置温度传感器的温度传感器孔。进一步地，所述多个温度传感器孔中的一个用于放置标准温度传感器，其余的温度传感器孔用于放置待标定的温度传感器，所述标准温度传感器和所述待标定的温度传感器通过引线连接到温度采集系统。一种温度传感器的一致性标定方法，所述一致性标定方法包括：提供一级恒温域；提供二级恒温域；当所述二级恒温域在所述一级恒温域中达到热平衡时，所述二级恒温域能够用于对温度传感器进行一致性标定。进一步地，所述一致性标定方法还包括：通过采用恒温水槽或恒温油槽进行一级恒温的恒温箱来提供所述一级恒温域；通过由热导率不同的多层材料构成的标定容器来提供所述二级恒温域，其中，所述标定容器中热导率较大的材料所在的区域用作所述二级恒温域。进一步地，所述一致性标定方法还包括：根据温度传感器一致性标定的精度要求，选择提供所述一级恒温域的恒温箱，并确定构成所述标定容器的多层材料各自的热导率和厚度。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的温度传感器的一致性标定系统和方法利用多层厚壁传热理论，采用分级恒温来进行温度传感器的一致性标定，其原理简单；本专利技术的温度传感器的一致性标定系统和方法能够实现高的精度，可达到0.001K及以上的量级；并且各级恒温均比较容易实现，大大降低了温度传感器的一致性标定的成本和技术实现难度。通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本专利技术的其他方面将变得清楚。附图说明图1是本专利技术的温度一致性标定原理的多层厚壁的示意图。图2是本专利技术的温度传感器的一致性标定系统的示意图。图3是本专利技术的标定容器的剖视示意图。图4是本专利技术的温度传感器的一致性标定方法的示意图。附图标记1恒温箱2标定容器21外层材料22内层材料3传感器孔K1外层材料的热导率K2内层材料的热导率ΔT一级恒温域的温度波动幅度ΔTc二级恒温域的温度波动幅度具体实施方式下面，参照附图对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，请注意，以下实施例对本专利技术仅仅是示例性的，并且决不旨在限制本专利技术的范围。首先，介绍本专利技术的原理。本专利技术利用多层厚壁传热理论，采用分级恒温来进行温度传感器的一致性标定。具体地，通过例如一级恒温和二级恒温来实现高精度的温度一致性标定。图1为例示本专利技术的温度一致性标定原理的多层厚壁的示意图。如图1所示，多层厚壁由3种材料组成，分为3层，分别是第一层、第二层和第三层。设第一层、第二层和第三层的厚度分别为x1、x2和x3，热导率分别为K1、K2和K3。第一层至第三层以及外界之间形成4个分界面，设4个分界面的温度分别为t1、t2、t3、t4。其中，t1和t4分别是多层厚壁与外界接触面的温度，t2和t3为多层厚壁的内部界面的温度。根据热传导理论，当热平衡时，有：其中，假设不同温度传感器的一致性要求达到ΔTc，那么用于标定的目标温度场的温度波动幅度应小于或等于ΔTc。当达到热平衡时，如果t2与t3的温度差小于或等于ΔTc，即当ΔTc≥t2-t3时，则第二层的温度可用作温度传感器一致性标定的目标温度场。下面，以取ΔTc≡t2-t3的情况为例来进行说明，即，取目标温度场(二级恒温域)的温度波动幅度为ΔTc。在实际中，为了更好的提高内部温度精度，从对称性的角度，取K1＝K3，x1＝x3，即第一层和第三层选用同一种材料，并且第一层和第三层的厚度相同。假设第二层与第一层的热导率之比K2/K1为a，第一层与第二层的厚度之比x1/x2为b，即令K2/K1＝a，x1/x2＝b，则有：如上文所述，(t1-t4)代表多层厚壁的外界温度差。可以看到，本专利技术的温度传感器一致性标定的精度取决于(t1-t4)以及1/(2ab+1)。记1/(2ab+1)为A，称A为精度提升系数，即：例如，列举如下示例，选取如下的材料和参数：1)取K2＝401W/mK(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温度传感器的一致性标定系统，其特征在于，所述一致性标定系统包括恒温箱和标定容器，所述标定容器置于所述恒温箱中，所述恒温箱提供一级恒温域以实现一级恒温；所述标定容器提供二级恒温域以实现二级恒温；并且当所述二级恒温域在所述一级恒温域中达到热平衡时，所述二级恒温域能够用于对温度传感器进行温度一致性标定。

【技术特征摘要】
1.一种温度传感器的一致性标定系统，其特征在于，所述一致性标定系统包括恒温箱和标定容器，所述标定容器置于所述恒温箱中，所述恒温箱提供一级恒温域以实现一级恒温；所述标定容器提供二级恒温域以实现二级恒温；并且当所述二级恒温域在所述一级恒温域中达到热平衡时，所述二级恒温域能够用于对温度传感器进行温度一致性标定。2.根据权利要求1所述的一致性标定系统，其特征在于：所述恒温箱采用恒温水槽或恒温油槽进行一级恒温。3.根据权利要求1所述的一致性标定系统，其特征在于：所述标定容器由热导率不同的多层材料构成，并且热导率较大的材料所在的区域用作所述二级恒温域。4.根据权利要求1至3中任一项所述的一致性标定系统，其特征在于：所述标定容器由热导率不同的两层材料构成，其中，内层材料的热导率大于外层材料的热导率，并且等厚的外层材料从四周包裹内层材料。5.根据权利要求4所述的一致性标定系统，其特征在于：所述标定容器的两层材料各自的热导率和厚度与所述一级恒温域的温度波动幅度和所述二级恒温域的温度波动幅度满足下式：ΔTc=12ab+1ΔT,]]>其中，ΔTc为所述二级恒温域的温度波动幅度；ΔT为所述一级恒温域的温度波动幅度；a＝K2/K1，K1为所述外层材料的热导率，K2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈顺云，刘培洵，郭彦双，刘力强，
申请(专利权)人：中国地震局地质研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11