卫生温度传感器校准

卫生温度传感器通常用于许多行业，如食品和饮料，乳制品，制药和生命科学。在这篇文章中，我将看看这些卫生温度传感器是什么，以及它们与普通温度传感器的区别。

卫生传感器的校准是不同的，比校准正常温度传感器更难。在这篇博客文章中，我将讨论校准这些传感器时应该考虑的因素;这种方法很容易出错，对校准结果造成较大误差。

所以，如果你正在校准卫生温度传感器，你应该看看这篇博客文章。

当然，对于每个对温度校准感兴趣的人来说，也有一些教育内容。

让我们开始吧!

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什么是卫生温度传感器?

让我们先简单地讨论一下这些卫生温度传感器是什么。

温度是许多行业的关键工艺参数之一，准确的工艺温度测量是一个关键的考虑因素。

食品和饮料，乳品，制药和生命科学由于工业流程的原因，对温度测量传感器有额外的要求。它们要求温度传感器是“卫生的”，这意味着这些传感器需要适合安装在卫生和无菌的工艺环境中。

这些传感器需要卫生，易于清洁，通常支持就地清洗(CIP)过程(不拆卸清洗)。机械设计需要没有任何空洞、死穴、缝隙或任何会使清洁卫生复杂化的东西。

表面加工这些传感器的卫生分级，需要满足这些行业的严格标准，如3-A^R（https://www.3-a.org/)或EHEDG(欧洲卫生工程设计集团)https://www.ehedg.org/．

的材料这些传感器的潮湿部件通常是高级不锈钢，适用于这些应用。

这些卫生温度传感器的一个非常普遍的特点是它们是通常很短．这使得校准方式比正常温度传感器更困难。

另一件让校准变得困难的事情是大型金属法兰夹具安装所需。

温度范围通常可达150°C(300°F)左右，在某些情况下可达200°C(400°F)，所以这不是很有挑战性。

更多关于这些校准挑战在以下章节。

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校准的作用

在任何行业中，过程测量正确且与设计一样准确是至关重要的。这可以通过合适的工艺仪器和适当的校准程序来实现。

在食品饮料、制药和生命科学行业中，校准比大多数其他行业发挥着更重要的作用。在这些行业中，当我们谈论消费者和患者的健康和安全时，一个糟糕或失败的校准的后果可能会产生巨大的影响。由于在这些行业中，校准失败的成本非常高，因此必须通过各种方式避免校准失败。

这些行业也有专门的严格的校准法规，如各种FDA法规。

关于校准的更多通用信息可以在本博客和页面的其他文章中找到什么是校正?

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为什么卫生传感器难以校准?

接下来让我们讨论为什么这些卫生传感器难以校准。

1.传感器非常短

如前所述，这些卫生温度传感器通常非常短。通常小于100毫米(4英寸)，通常约50毫米(2英寸)，但也可以短至25毫米(1英寸)。

传感器的外部尺寸通常为3mm(1/8英寸)或6mm(1/4英寸)。

温度校准中常用的做法(以及Euramet指南建议)是温度传感器应该浸泡在足够深的地方，以达到足够的精度。我的建议是让自己沉浸在一种深度中传感器直径的15倍(加上传感器元件的长度)。但是使用这些短的卫生传感器，在校准过程中根本不可能将传感器浸入足够的深度，因为传感器与直径相比太短了。

例如，一个典型的直径为6毫米(1/4英寸)的卫生传感器在校准过程中应该浸入(15 x 6毫米)至少90毫米(3.5英寸)的深度，以确保准确的结果。但是如果6毫米(1/4英寸)的传感器长度只有50毫米(2英寸)，那么充分的浸水是不可能的。

当浸水深度不够时，校准会产生额外的误差和不确定度。

在之前的一篇博客文章中，如何校准温度传感器，我们的温度校准实验室人员给出了这些浸泡深度的经验法则(在液体浴中校准时):

1%精度-将实际传感元件的5个直径+长度浸入传感器内
0.01%精度-浸泡10个直径+传感元件的长度
0.0001%精度-浸泡15直径+传感元件的长度

上述规则中的“精度”是由块温度与环境温度之间的温差来计算的。

例子:当环境温度为20℃，块体温度为120℃时，两者相差100℃。如果你只浸入5倍尺寸的探针(加上传感元件长度)-假设你有一个6毫米的探针，其中有一个10毫米的传感元件-你浸入40毫米(5 x直径+传感元件)-由于低浸泡，你可以预期大约1°C的误差(1%从100°C)。

图片:下图是常用的温度计浸泡深度(以直径为单位)与温度差(温度块与环境温度)相对误差的关系规律。所以如果你完全不沉浸其中，你自然会得到100%的误差，如果你沉浸得足够深，沉浸所造成的误差就会变得微不足道。在浸水是5倍尺寸的地方，误差约为温差的1%:

在较高的温度和/或极短的传感器长度下，这一经验法则会变得非常重要。因此，对于小于40毫米或1-1/2英寸的传感器，请记住这一点。此外，与设计工程师进行交谈以找出增加传感器长度的方法可能是值得的。

当然，当传感器安装在过程中并测量过程温度时，这种精度限制也是有效的——由于太短，传感器无法准确测量过程温度!

要知道探头内实际传感元件的长度并不总是那么容易。如果数据表中没有提到，您可以询问制造商。

那么如何校准这些不能浸没到足够深的短传感器呢?

这将在后面的章节中讨论。

2.传感器通常与法兰有夹紧连接

如前一章所述，这些卫生传感器与它们的直径相比太短，无法进行适当的浸泡，导致温度泄漏，增加了校准的误差和不确定性。

这样还不够，这些传感器通常还具有所谓的夹紧连接(Tri-clamp, ISO 2852, DIN 11851, DIN 32676, BS 4825, Varivent等)配置，因此有一个相对较大的金属法兰，这导致温度从传感器传导/泄漏到法兰。在实践中，这种温度泄漏意味着传感器的温度传导到大金属法兰，因此法兰导致传感器读取的温度较低(当校准温度高于环境温度时)。

这种法兰的标定比较困难有几个方面:

首先，法兰增加了从传感器到法兰的温度泄漏，法兰越大，与环境温度的温差越大。

而同时传感器很短，这种温度泄漏导致传感器测量错误的温度。

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液体浴还是干浴?

一般情况下，你可以在一个校准温度传感器液体浴或者在dry-block．卫生温度传感器也是如此。

让我们接下来讨论一下这些是什么，以及它们的主要优点和缺点。

液体浴

顾名思义，恒温液浴里面有液体。将液体加热/冷却到所需的温度，并将待校准的温度传感器插入液体中。通常搅拌液体以使液体温度均匀。

液体浴的利弊

液体浴更容易插入任何形状的传感器，你也可以同时插入一个参考探头。根据液浴的大小，您可以同时插入几个传感器进行校准。如果要校准的传感器是一个奇怪的形状，一个好处是它仍然适合在液体浴中。

由于液体的传热更好，液浴通常比干槽具有更好的均匀性和准确性。

所以，这听起来是个不错的选择?

无论如何，液体浴有几个缺点，为什么它并不总是最好的选择:

液体浴通常包括某种液体，如硅油，通常你不想在这种液体中污染卫生传感器。校准后有大量的清洁工作，以确保传感器在安装回过程中时是清洁的。
处理热油是危险的，任何泄漏都可能造成伤害。
任何漏油都会使地板非常滑，并可能导致事故。
液体浴非常缓慢。即使它可以同时安装几个传感器，它通常比干式块慢几倍，所以总体效率并不好到哪里去。有时人们可能会有几个浴缸，每个都设置了不同的温度，他们手动在浴缸之间移动传感器，以跳过等待洗澡的时间来改变温度。这可能在校准实验室工作，但自然是一种非常昂贵的校准方式。
卫生传感器的放置应使液体表面接触法兰底部，但在实践中，这并不总是那么容易做到。例如硅油有很大的热膨胀，这意味着随着温度的变化，表面的水平有轻微的变化。因此，在校准过程中，您可能需要调整卫生传感器的高度。此外，由于液体的搅拌，表面有小波，液面在浴槽中往往较深，因此很难看到传感器在正确的深度。
液体浴通常是大、重且昂贵的设备。

Dry-block

温度干块(或干井)是一种可以加热和/或冷却到不同温度值的设备，顾名思义，它是干燥使用的，不含任何液体。

干式砌块的利弊

前面的章节讨论了液体浴在这个应用中的利弊，让我们同样看看干块。

在干式块中校准卫生传感器的主要优点包括:

由于它是干燥的，它也是清洁的，不会污染待校准的卫生传感器。当然，校准后传感器仍应清洗，但清洗比用液体浴容易得多。
干块的温度变化也非常快。
当使用具有适当钻孔的专用插入件时，很容易始终以相同的方式插入卫生传感器(无需调整)，并且每次对不同用户的校准是可重复的。
与液体浴相比，干式块轻便，易于携带。
通常情况下，干浴也比液体浴便宜。

缺点是，干式浴槽的精度低于液体浴槽，它通常一次只能校准一个卫生传感器，并且需要为不同直径的传感器钻不同的嵌件。

尽管有这些缺点，客户通常更喜欢在干式模块中校准其短卫生传感器。

所以，让我们讨论下不同的考虑时，校准在干块。

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如何在一个温度干燥块校准

要在温度干燥块中校准这些短的卫生传感器，有几个考虑因素需要考虑。

使用参考传感器

首先，当你对a进行校准时温度干燥块，卫生传感器的法兰使其不可能在相同的插入件中使用正常的外部参考传感器，因为它根本不适合，法兰覆盖了插入件的顶部和插入件上的所有孔。

图片:比较第一张图中使用参考探头校准正常(长且无法兰)温度传感器，第二张图中使用带法兰的短卫生传感器校准。我们可以看到，短传感器法兰覆盖了插入件上的所有孔，所以不可能插入正常的参考温度探头:

使用内部参考传感器

干式块总是包括一个内部参考传感器。试图在干块中使用内部参考传感器是行不通的，因为内部参考传感器位于靠近温度块底部的位置，而要校准的短传感器位于插入件的最顶部。干块通常在插入件底部的有限范围内控制温度梯度。插入件的顶部通常具有较大的温度梯度，因此插入件的顶部与插入件的底部具有不同的温度。梯度的大小取决于插入物和环境之间的温差，以及插入物的深度。

图片:内部参考传感器位于温度块的底部，而短的卫生传感器位于插入件的最顶部。在插入件中存在温度梯度，导致插入件顶部的温度与底部不同。这是引起校准误差: