干井校準器作為溫度標準，被許多校準實驗室和各種工業領域廣泛使用。眾所周知，干井校準器的軸向溫度均勻性一般不如(往往遠遠不如)液體恒溫槽。垂直溫度梯度對校準的影響到底有多大？為什么應該考慮使用計量爐來替代干井和液槽？

一、軸向溫度均勻性及其對校準誤差的影響

干井頂部和底部的散熱速率不同于中間。這是因為與頂端相比，底部隔熱更好，不受環境效應的影響。所以在干井內就存在垂直方向的溫度梯度。在干井的設計中，盡量在插塊的長度范圍內實現最佳熱量分布，來補償這種梯度。然而，由于軸向溫度均勻性在不同溫度下有所變化，所需的熱量分布時刻在變化，所以實現以上目的非常困難。

干井中溫度計的讀數是干井插塊中傳感器范圍內檢測到的溫度平均值。PRT傳感器的具有不同的長度，并且在其護套中的位置也略有不同。將不同類型的傳感器(例如將較短的高靈敏度熱電偶或熱敏電阻與較長的PRT傳感器)進行比對，會發生明顯的軸向位置差異，使得比較結果受軸向梯度的影響比較大。因此，干井式校準器的軸向溫度不均勻性對校準誤差具有顯著的影響。

▲ 圖2    660 °C下使用不同PRT時的軸向溫度均勻性

▲ 圖3    計量爐在不同溫度下的軸向溫度均勻性

▲ 圖4    PRT比對校準，元件長度完全相同，660 °C，干井

▲ 圖5    PRT元件長度不同時在660 °C下的比對校準結果

二、計量爐有何不同？

為了降低校準誤差以及提高現場可用校準器的性能，福祿克計量校準部開發了一種具有雙區控制的校準器，稱為“計量爐”。計量爐采用了多種新技術，與干井相比，總體性能大幅提高。最大的改進是每個計量爐的整個溫度量程內具有優異的軸向溫度均勻性。這一改進得益于能夠自動調節頂部區域溫度的技術，在任何溫度設置下都能最大程度減小兩個溫區之間的溫差。

三、計量爐與干井式校準器的軸向均勻性比較

實驗表明，使用同一干井、在相同溫度下、使用兩支不同傳感器尺寸的PRT時，測量結果變化明顯。圖2所示為典型干井較差的軸向均勻性。從圖中可以看出，測量均勻性的溫度計的檢測元件越短，均勻性表現越差，因為每個元件都是對其長度范圍內檢測到的溫度進行平均。從圖2和圖3可以看出，計量爐的性能具有明顯不同。

四、使用單溫區干井校準器進行校準

為觀察干井誤差的典型幅值，包括軸向梯度、徑向梯度和套管漏熱，使用干井和參考溫度計校準多支PRT。測試了4支元件長度完全相同的PRT，之前都用固定點容器進行了校準，以確保結果一致性。然后在溫度接近660 °C的干井式校準器對PRT進行測量。PRT的實測溫度如圖4所示。最大差異略小于0.1 °C。由于PRT的結構類似，軸向溫度不均勻性和套管漏熱引起的差異可忽略不計，我們可以得出結論，大部分誤差是由于徑向溫度不均勻性造成的。

使用元件長度不同的PRT時，誤差大得多。對元件長度不同的PRT在660 °C下進行比對的結果如圖5所示。這些PRT之前也在固定點容器中進行了校準，以確保一致性。測量值之差高達接近2 °C。由于探頭在干井中的緊固放置及其足夠的插入深度，所以套管漏熱不可能引起如下大的誤差。所以我們得出結論：較大誤差主要是軸向溫度梯度引起的。

五、使用計量爐校準器進行校準

使用計量爐進行了類似的測試。在實驗中使用了8支元件長度不同的PRT。所有PRT均在從水到鋁的固定點容器中進行了校準。所有傳感器元件長度均小于55 mm，但長短不一。在三種溫度下，將7支中的每支PRT與第8支PRT進行比對，結果如表1所示。

結論    

以上簡單測試表明，計量爐的軸向均勻性比普通干井的軸向均勻性好10至20倍。這點非常重要，在許多情況下，軸向均勻性是使用干井時不確定度的最大影響因素，而且軸向均勻性會影響不確定度的其他分量，例如徑向均勻性、熱負載效應、套管漏熱和控制穩定度。

這是否意味著干井是非常差的儀器？當然不是。干井非常適合許多性能要求沒那么高的現場應用。干井速度快、重量輕、便攜性強、便宜，非常適合用于許多應用。這是否意味著計量爐可以代替液體恒溫槽？在某些情況下，是的；計量爐的性能非常好，速度快又不需要液體，無論是現場還是實驗室應用都具有一定優勢。然而，在最常用的溫度范圍下，還是液體恒溫槽擁有最佳的溫度穩定性和均勻性。并且液體恒溫槽還有一項非常棒的優勢：支持各種類型、尺寸和傳感器直徑的溫度計。