干井校准器作为温度标准，被许多校准实验室和各种工业领域广泛使用。众所周知，干井校准器的轴向温度均匀性一般不如(往往远远不如)液体恒温槽。垂直温度梯度对校准的影响到底有多大？为什么应该考虑使用计量炉来替代干井和液槽？

一、轴向温度均匀性及其对校准误差的影响

干井顶部和底部的散热速率不同于中间。这是因为与顶端相比，底部隔热更好，不受环境效应的影响。所以在干井内就存在垂直方向的温度梯度。在干井的设计中，尽量在插块的长度范围内实现最佳热量分布，来补偿这种梯度。然而，由于轴向温度均匀性在不同温度下有所变化，所需的热量分布时刻在变化，所以实现以上目的非常困难。

干井中温度计的读数是干井插块中传感器范围内检测到的温度平均值。PRT传感器的具有不同的长度，并且在其护套中的位置也略有不同。将不同类型的传感器(例如将较短的高灵敏度热电偶或热敏电阻与较长的PRT传感器)进行比对，会发生明显的轴向位置差异，使得比较结果受轴向梯度的影响比较大。因此，干井式校准器的轴向温度不均匀性对校准误差具有显著的影响。

▲ 图2    660 °C下使用不同PRT时的轴向温度均匀性

▲ 图3    计量炉在不同温度下的轴向温度均匀性

▲ 图4    PRT比对校准，元件长度完全相同，660 °C，干井

▲ 图5    PRT元件长度不同时在660 °C下的比对校准结果

二、计量炉有何不同？

为了降低校准误差以及提高现场可用校准器的性能，福禄克计量校准部开发了一种具有双区控制的校准器，称为“计量炉”。计量炉采用了多种新技术，与干井相比，总体性能大幅提高。最大的改进是每个计量炉的整个温度量程内具有优异的轴向温度均匀性。这一改进得益于能够自动调节顶部区域温度的技术，在任何温度设置下都能最大程度减小两个温区之间的温差。

三、计量炉与干井式校准器的轴向均匀性比较

实验表明，使用同一干井、在相同温度下、使用两支不同传感器尺寸的PRT时，测量结果变化明显。图2所示为典型干井较差的轴向均匀性。从图中可以看出，测量均匀性的温度计的检测元件越短，均匀性表现越差，因为每个元件都是对其长度范围内检测到的温度进行平均。从图2和图3可以看出，计量炉的性能具有明显不同。

四、使用单温区干井校准器进行校准

为观察干井误差的典型幅值，包括轴向梯度、径向梯度和套管漏热，使用干井和参考温度计校准多支PRT。测试了4支元件长度完全相同的PRT，之前都用固定点容器进行了校准，以确保结果一致性。然后在温度接近660 °C的干井式校准器对PRT进行测量。PRT的实测温度如图4所示。最大差异略小于0.1 °C。由于PRT的结构类似，轴向温度不均匀性和套管漏热引起的差异可忽略不计，我们可以得出结论，大部分误差是由于径向温度不均匀性造成的。

使用元件长度不同的PRT时，误差大得多。对元件长度不同的PRT在660 °C下进行比对的结果如图5所示。这些PRT之前也在固定点容器中进行了校准，以确保一致性。测量值之差高达接近2 °C。由于探头在干井中的紧固放置及其足够的插入深度，所以套管漏热不可能引起如下大的误差。所以我们得出结论：较大误差主要是轴向温度梯度引起的。

五、使用计量炉校准器进行校准

使用计量炉进行了类似的测试。在实验中使用了8支元件长度不同的PRT。所有PRT均在从水到铝的固定点容器中进行了校准。所有传感器元件长度均小于55 mm，但长短不一。在三种温度下，将7支中的每支PRT与第8支PRT进行比对，结果如表1所示。

结论    

以上简单测试表明，计量炉的轴向均匀性比普通干井的轴向均匀性好10至20倍。这点非常重要，在许多情况下，轴向均匀性是使用干井时不确定度的最大影响因素，而且轴向均匀性会影响不确定度的其他分量，例如径向均匀性、热负载效应、套管漏热和控制稳定度。

这是否意味着干井是非常差的仪器？当然不是。干井非常适合许多性能要求没那么高的现场应用。干井速度快、重量轻、便携性强、便宜，非常适合用于许多应用。这是否意味着计量炉可以代替液体恒温槽？在某些情况下，是的；计量炉的性能非常好，速度快又不需要液体，无论是现场还是实验室应用都具有一定优势。然而，在最常用的温度范围下，还是液体恒温槽拥有最佳的温度稳定性和均匀性。并且液体恒温槽还有一项非常棒的优势：支持各种类型、尺寸和传感器直径的温度计。