真空箱按其工作室?guī)缀涡螤羁煞譃榱⒎襟w和圓柱體。真空箱的極限壓力一般為-0.1MPa，常見的真空箱的壓力指示測量范圍一般為(-0.1～0)MPa，每0.02MPa為一個標(biāo)有數(shù)字的分度線。真空箱最高工作溫度可分為150℃、200℃和250℃，其他溫度等級由制造商與用戶協(xié)商確定。

　　不同最高工作溫度的真空箱，其溫度均勻度技術(shù)要求略有不同:對于最高工作溫度≤200℃的真空箱，溫度均勻度≤2℃；對于最高工作溫度﹥200℃的真空箱，溫度均勻度≤3℃。

　　不同最高工作溫度的真空箱，其溫度波動度技術(shù)要求為:對于最高工作溫度≤200℃的真空箱，溫度波動度≤1℃；對于最高工作溫度﹥200℃的真空箱，其溫度波動度限值為±1℃。

　　真空箱所配真空表一般為2.5級，真空表在各個測試點(diǎn)的最大允許誤差為±2.5%FS。如有其他等級真空表，可參照執(zhí)行。

　　這里需要說明的是，上述各個指標(biāo)是國家標(biāo)準(zhǔn)中提及的對真空干燥箱生產(chǎn)上的要求；但實(shí)際計(jì)量工作中，對真空干燥箱采用的是校準(zhǔn)，因此，以上指標(biāo)在校準(zhǔn)工作中僅作為參考。

　　1.真空干燥箱溫度指標(biāo)的校準(zhǔn)

　　一般真空箱的工作空間體積小于0.4m³，因此，選取工作空間的中層作為測試平面。中層為通過工作室?guī)缀沃行牡钠叫杏诘酌娴男?zhǔn)工作面，測試點(diǎn)與工作室內(nèi)壁的距離不小于各邊長的1/10，測試點(diǎn)的位置布局及數(shù)量，如圖1所示。工作空間體積大于0.4m3的真空箱，測試點(diǎn)的數(shù)量可以適當(dāng)增加至9個或更多，其測試點(diǎn)的位置布置可以參考JJF1101-2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》中的測試點(diǎn)位置布置圖。    

圖1  測試點(diǎn)位置布局及數(shù)量

　　按照上述方法，布置好溫度傳感器，待溫度穩(wěn)定后，就可以記錄被校真空干燥箱和標(biāo)準(zhǔn)器的溫度示值，從而按照校準(zhǔn)規(guī)范中的計(jì)算方法計(jì)算出相應(yīng)的溫度偏差及不確定度、溫度均勻度和溫度波動度的值。

　　這里需要注意的是，真空干燥箱盡管是在真空狀態(tài)下工作，但是測量其溫度指標(biāo)是在非真空狀態(tài)下，也就是在常壓下進(jìn)行的。真空干燥箱溫度的測量方法，在GB/T29251-2012《真空干燥箱國家標(biāo)準(zhǔn)》以及JB/T9505-1999(2009)《真空干燥箱機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》中都有詳細(xì)介紹，這里就不再贅述。同樣，筆者起草的地方校準(zhǔn)規(guī)范中也沿用了這一方法。為什么溫度要在常壓下進(jìn)行，而不是在真空狀態(tài)下進(jìn)行？筆者認(rèn)為主要有兩方面原因:

　　第一，國標(biāo)中對真空干燥箱的溫度指標(biāo)是這么要求的，這與真空干燥箱在實(shí)際計(jì)量工作中的特殊性有關(guān)。從分子運(yùn)動論觀點(diǎn)看，溫度是氣體分子運(yùn)動平均動能的標(biāo)志，表示氣體分子熱運(yùn)動的劇烈程度。氣體溫度是采用溫度計(jì)間接測量，當(dāng)溫度計(jì)與環(huán)境氣體達(dá)到熱平衡后，用溫度計(jì)溫度作為氣體溫度。但是在真空環(huán)境下，氣體分子數(shù)量少，短時間內(nèi)不足以使得溫度計(jì)的溫度與氣體溫度相平衡。因此，真空干燥箱溫度指標(biāo)的校準(zhǔn)都是在非真空條件下進(jìn)行的。另外，由于真空干燥箱生產(chǎn)的特殊性，它沒有鼓風(fēng)，自身沒有溫度均衡的功能，全靠腔體內(nèi)溫度自我均衡。如果在真空條件下，恒溫均勻是需要很長時間的，一般計(jì)量工作都是有時間限制的，或者說現(xiàn)場檢測的時間是有限制的，檢定人員不可能無限制地一直等到它溫度均勻。

　　這就引出了第二個原因。大部分企業(yè)也好，地方計(jì)量單位也好，傳統(tǒng)的溫度計(jì)量用的都是“有線”溫度傳感器，比如常見的工業(yè)鉑電阻，成本低、準(zhǔn)確度高，一直受大家青睞。而真空干燥箱，放入這類“有線”的溫度傳感器后，就不能再進(jìn)行抽真空的操作，因?yàn)檎婵崭稍锵涞墓ぷ髑辉谡９ぷ鲿r需要密閉，放入了溫度傳感器，就會使門縫處有縫隙，無法抽真空，也就無法對箱體進(jìn)行真空狀態(tài)下的校準(zhǔn)。

　　如果想進(jìn)行真空條件下的校準(zhǔn)，也不是不可以。首先得有無線溫度記錄儀器，這樣的設(shè)備一般都很貴，對于普通企業(yè)或者計(jì)量機(jī)構(gòu)來說，成本太高。同時，如第一點(diǎn)里所說，無線溫度記錄儀器需要配合電腦工作，且目前的無線溫度記錄儀器都不支持在線實(shí)時監(jiān)測，都是事先用電腦設(shè)置好，記錄完成后，再用電腦讀取數(shù)據(jù)。這樣的無線溫度記錄設(shè)備無法實(shí)時顯示腔體內(nèi)溫度，自然也就無法知曉腔體內(nèi)何時達(dá)到溫度平衡及溫度均勻，計(jì)量檢測人員從外觀根本看不出來。只有測量在非真空狀態(tài)下腔體的溫度時，才能達(dá)到在時間上比較快，同時，計(jì)量檢測人員又能在顯示儀器上觀測到腔體內(nèi)溫度是否平衡和均勻，從而達(dá)到計(jì)量檢測的目的。真空干燥箱的腔體一般比較小，如果在非真空條件下測量真空干燥箱的溫度，溫度偏差還可以的話，那么在真空條件下，對溫度影響也不會太大，至少在可控的溫度范圍內(nèi)。

　　2.真空干燥箱真空壓力值指標(biāo)的校準(zhǔn)

　　一般真空干燥箱均配置有真空泵，用真空膠管連接真空箱與真空泵的吸氣口，使整個真空系統(tǒng)處于密封狀態(tài)。檢測真空箱所配套的真空表時，用三通(或其他同功能器件)將標(biāo)準(zhǔn)真空表連接進(jìn)入這個真空密閉系統(tǒng)，使其再次成為一個閉合回路(見圖2) 。

 圖2  真空度偏差測量標(biāo)準(zhǔn)真空表連接示意圖

　　開啟真空泵，當(dāng)真空箱的真空度接近-0.1MPa時，基本達(dá)到真空箱所用真空度使用范圍的極限值。待示值穩(wěn)定后，記錄下標(biāo)準(zhǔn)真空表壓力示值及真空箱所配真空表壓力示值。緩慢放開真空箱的放氣閥，使其緩慢且以較均勻的速度放氣。在此過程中，當(dāng)真空箱所配真空表的壓力示值指示-0.08MPa、-0.06MPa、-0.04MPa、-0.02MPa四個點(diǎn)時，關(guān)閉真空箱的放氣閥，待示值穩(wěn)定后，同時記錄標(biāo)準(zhǔn)真空表的壓力示值和真空箱所配真空表的壓力示值。這四組示值加上之前的極限值示值，共五組示值。比較這五組示值的差值，作為各個測試點(diǎn)的真空度偏差。

本文刊發(fā)于《中國計(jì)量》雜志2019年第2期

作者：遼寧省計(jì)量科學(xué)研究院 劉鑫