Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Suché teplotní pícky versus kalibrační lázně – jak zvolit správnou variantu

V oboru měření teploty se ke kalibrování měřidel typicky používají suché teplotní pícky a kalibrační lázně, tedy přístroje, které jsou zdrojem stabilní teploty a do nichž je možné umístit snímač teploty. Jeho výstupní signál je pak porovnán s výstupem kalibrované reference. Jaké jsou mezi píckou a lázní rozdíly a co zejména je třeba vzít v úvahu při výběru správného přístroje pro kalibraci teploty? 

Suchá teplotní pícka pro kalibraci využívá kontakt mezi kovovou vložkou a kalibrovaným snímačem. Testovaný snímač se vkládá do předvrtaných vstupů, které jsou různě velké, tak, aby snímač přesně „seděl“, a poskytují tak stabilní zdroj teploty pro různé testovací body.

Teplotní kalibrační lázeň při kalibraci využívá kapalné médium (může jím být voda, silikonový olej, metanol, etanol apod.), které umožňuje výborný přenos teploty, uniformitu a stabilitu. Malé, přenosné kalibrační lázně jsou obvykle vybaveny referenčním odečtem. Větší typy často vyžadují externí referenční zařízení pro odečet naměřených hodnot.

Pro výběr vhodného přístroje je třeba zvážit především:

  • požadovaný rozsah teplot,
  • typy, tvar a velikost snímačů teploty,
  • množství snímačů teploty určených ke kalibraci,
  • použití kalibrátoru v laboratoři nebo v provozu,
  • požadovanou přesnost.

 

Rozsah teplot

Výhodou suchých teplotních pícek je jejich výrazně rychlejší náběh a stabilizace požadované teploty než u kalibračních lázní. Vhodnější jsou proto v případech, kdy je třeba kalibrovat snímače teploty s širším rozsahem teplot. V zařízení obvykle výrazně skladnějším, než je kalibrační lázeň, je umístěn zdroj tepla umožňující dosáhnout teplot od –95 do +1 600 °C.

Pro kalibraci širšího rozsahu teplot v kalibrační lázni je využívané kalibrační médium nevýhodou. Vzhledem k tomu, že některé kapaliny jsou vhodné ke kalibraci nízkých teplot (např. etanol pro teploty pod 0 °C) a jiné naopak pro vysoké teploty (silikonový olej pro teploty vyšší než 0 °C), je nutné volit mezi pořízením několika kalibračních lázní a nutností výměny média při používání pouze jedné kalibrační lázně.

 

Rozměry snímačů

Při kalibraci snímačů teploty je důležitá správná hloubka jejich ponoření do kalibrátoru. Minimální hloubka ponoření je určena průměrem snímače a délkou jeho senzoru. Obecným pravidlem je, že minimální hloubka ponoření snímače musí být pro nízké teploty třikrát větší než délka senzoru a pro teploty nad 300 °C pětkrát větší.

Suché teplotní pícky jsou skvělou volbou pro kalibraci menších, ideálně rovných snímačů teploty, odporových i termočlánkových.

Kalibrační lázně jsou správnou volbou pro kalibraci velkých, dlouhých nebo zakřivených snímačů, např. snímačů teploty s velkou hlavicí. Jsou také vhodné pro kalibraci platinových odporových teploměrů PRT s nižšími nejistotami, protože se vyznačují vynikajícím přenosem tepla kapalným médiem. V kalibračních lázních je rovněž účelné kalibrovat skleněné teploměry, protože ve vložce suché pícky by se mohly zaseknout a rozbít.

 

Vložky a nádrže

Nabídka vložek pro suché pícky s různými velikostmi a počty děr je rozmanitá. Limitující ovšem bývá počet snímačů, které je možné současně kalibrovat bez toho, aby se vzájemně dotýkaly. Izolované termočlánky lze běžně kalibrovat v množství až tří desítek.

U kalibračních lázní je výběr od mikrolázní s objemem nádoby méně než litr až po velké lázně s objemem několika desítek litrů, které, díky velkým vstupním otvorům a hloubkám nádrží, poskytují prostor pro kalibraci snímačů teploty nejrůznějších průměrů a tvarů, ale také kalibraci velkého množství snímačů, až stovek kusů najednou.

 

Místo použití

Suché teplotní pícky jsou díky své malé hmotnosti a přenositelnosti ideální pro kalibraci snímačů nejen v laboratoři, ale i v provozu. Výhodou je také to, že u nich nehrozí rozlití či kontaminace kalibračního média.

Vzhledem k použití kapalného média, ale také pro zpravidla větší rozměry jsou kalibrační lázně vhodné zejména do laboratorního prostředí nebo do provozu, kde není třeba je přemisťovat.

 

Přesnost

Důležité specifikace, které je třeba při výběru kalibrátoru teploty vzít v úvahu, jsou stabilita (schopnost zdroje udržovat konstantní teplotu v průběhu kalibrace), uniformita (schopnost zdroje udržovat konstantní teplotu v celém pracovním prostoru) a přesnost zobrazení.

Přenosné zdroje teploty (především tedy pícky) obvykle mají, na rozdíl od velkých lázní určených zejména pro laboratorní využití, kalibrovaný displej. Takový kalibrátor má integrovanou teplotní referenci, jejíž přesnost může být dostatečně dobrá pro práci v terénu i v laboratoři.

Kalibrační lázně mají ale obecně lepší stabilitu a uniformitu. Kapalné médium vytváří lepší kalibrační prostředí než kovová vložka, a to zejména tehdy, když si snímač do vložky správně „nesedne“.

 

Zvýšení přesnosti

Suché pícky mají přesnost dostatečnou pro většinu úloh. Požadované vyšší přesnosti lze ale dosáhnout např. pomocí externího referenčního snímače PRT. Některé suché pícky, např. Additel ADT875 (obr. 2), jsou vybaveny procesním připojením pro odečet externího referenčního snímače teploty a testovaných teploměrů. Výsledky měření externím PRT se zobrazují na displej pícky společně s ostatními údaji. Externí referenční teploměr je přesnější než vnitřní reference pícky, a celková přesnost měření je tedy vylepšena.

Jestliže kalibrátor nemá možnost procesního připojení, jako Fluke 7109 (na obr. 1 vlevo vzadu), je možné využít alternativní řešení v podobě externího referenčního snímače teploty a externího termometru (např. termometr Fluke 1524 nebo procesní kalibrátor Additel ADT22X), kdy termometr ukazuje přesnější údaj než externí reference. Pícka s externím termometrem poskytuje flexibilitu v možnosti odečtu teploty při použití bez pícky. Další z výhod této konfigurace je použití pícky jako nekalibrovaného zdroje teploty (návaznost kalibrace může být vázaná na externí referenční teploměr a termometr).

Některé kalibrační lázně jsou vybaveny displejem pro čtení teploty. Vzhledem k typickému využití kalibračních lázní v laboratoři se ale pro stanovení návaznosti a zaznamenávání dat shromážděných během kalibrace snímače obvykle využívá externí referenční teploměr a laboratorní termometr, např. Additel ADT286. Tím je i u tohoto typu kalibrace teploty dosaženo vyšší přesnosti.

 

Závěr

Pořízení kalibrátoru není malá ani krátkodobá investice a z uvedených informací je zřejmé, že je vhodné jeho specifikaci věnovat velkou pozornost.

 

Daniel Beránek, D-Ex Instruments, s. r. o.

Obr. 1. Kalibrační lázně a pícky

Obr. 2. Suchá kalibrační pícka Additel ADT875, kde se právě automaticky kalibrují dva snímače RTD

Obr. 3. Laboratorní referenční termometr Additel ADT286 s možností odečtu až 82 kanálů, 8,5digitu