一种干式恒温器温度校准装置及测试方法

本发明属于干式恒温器温度校准领域，涉及一种干式恒温器温度校准装置及测试方法。

背景技术：

随着设备便携化、小型化的需求日益凸显，对柔性小空间的温度检测校准的需求也日益增强。如在医疗领域，干式恒温器取代了传统水浴加热方式，用于酶制剂反应，血清灭活试验，rb血样研究，胆固醇检测等多个领域；在环境监测领域干式恒温器对化学需氧量进行定量检测，具有广泛的应用价值。而对干式恒温器的温度检测都需要在小间隙范围内对圆形金属恒温块进行温度校准。目前对于柔性表面或空间测温，一般采用热电偶丝或表面粘贴式热电偶贴片进行测试，结果存在一定误差。对于诸如干式恒温器需要紧密贴合的被测物，热电偶丝外部用绝缘层保护，丝径在1mm以上，无法保证与被测干式恒温器完全贴合，容易引起测量误差。现有的表面粘贴式热电偶将原有的热电偶丝固化为热电偶贴片，而测温区域的热电偶贴片有一定厚度，并不能完全贴合被测物表面，会导致测试结果的误差，响应速度也不理想。另外由于粘接剂的引入，导致此类热电偶不能反复使用，也容易污染被测物，无法用于柔性材料被测物，因此，干式恒温器温度校准装置亟待开发。

技术实现要素：

为了解决上述技术的不足，本发明提出了如下技术方案：干式恒温器温度校准装置及测试方法、包括柔性热电偶薄膜结构及其制备方法。

一种干式恒温器温度校准装置，包括测试基座、至少一组柔性热电偶薄膜、补偿导线组、温度数据记录发射装置、云端服务器；

其中，柔性热电偶薄膜与测试基座采用连接片与插口连接，补偿导线组与测试基座间采用电气连接，补偿导线组与温度数据记录发射装置间采用电气连接，温度数据记录发射装置与云端服务器间采用无线互联网组网传输。

测试基座包括底座、滑动连接杆、至少一组柔性热电偶薄膜连接器、横向滑动连接杆、定标尺、压片支柱、压片、补偿导线组及数据传输连接接口；测试基座采用绝缘非金属材料。

滑动连接杆、定标尺、补偿导线组及数据传输连接接口固定于所述底座；

底座采用硅板制作；

滑动连接杆即阳极滑动连接杆和阴极滑动连接杆，均采用通用热电偶材质制备；阳极滑动连接杆、阴极滑动连接杆一端与横向滑动连接杆采用轨道连接、另一端与补偿导线组及数据传输连接接口采用电气连接。滑动连接杆与横向滑动连接杆连接，并可在滑动连接杆上滑动，滑动连接杆、横向滑动连接杆的位置，可根据实际被测干式恒温器的孔径位置及数量多少进行自动或手动调节；阳极滑动连接杆通过热电偶阳极连接线组与补偿导线组及数据传输连接接口连接；阴极滑动连接杆通过热电偶阴极连接线组与补偿导线组及数据传输连接接口连接。

柔性热电偶薄膜连接器采用绝缘非金属材料，采用硅板制作，柔性热电偶薄膜连接器与横向滑动连接杆采用轨道连接，并可在横向滑动连接杆上滑动，柔性热电偶薄膜连接器与压片支柱采用螺纹连接，与柔性热电偶薄膜采用插口、连接片方式连接。根据被测干式恒温器大小及加热孔位置测试需要，确定连接柔性热电偶薄膜数量及位置，通过补偿导线组及数据传输连接接口将定标尺测得的位置数据传输记录于温度数据记录发射装置。

所述根据被测干式恒温器大小及加热孔位置测试需要确定连接柔性热电偶薄膜数量及位置，具体包括：

1)当干式恒温器测试孔数量小于等于4*4时，宜在中心测试孔位置安置柔性热电偶薄膜；

2)当干式恒温器单边测试孔数量大于4个时，则需要在该侧两端测试孔增加安置各一个柔性热电偶薄膜；

3)当干式恒温器两边测试孔数量均大于4个时，则需要在四周四端测试孔均增加安置一个柔性热电偶薄膜。

每个柔性热电偶薄膜连接器对应一组阳极连接丝和阴极连接丝，每个横向滑动连接杆内部包含至少一组阳极连接丝和阴极连接丝，柔性热电偶薄膜连接器通过滑动连接杆、横向滑动连接杆与补偿导线组及数据传输连接接口连接。阳极连接丝一端与柔性热电偶薄膜阳极连接片采用插口、连接片连接，另一端与阳极滑动连接杆采用轨道连接。阴极连接丝一端与柔性热电偶薄膜阴极连接片采用插口、连接片连接，另一端与阴极滑动连接杆采用轨道连接。阳极滑动连接杆、热电偶阳极连接线组、阳极连接丝采用同种热电偶通用阳极材质制备。阴极滑动连接杆、热电偶阴极连接线组、阴极连接丝采用同种热电偶通用阴极材质制备。阳极连接丝、阴极连接丝、柔性热电偶薄膜连接器数量保持一致。

定标尺测得的位置数据，通过所述补偿导线组及数据传输连接接口传输并记录于温度数据记录发射装置；

压片采用耐热可塑性强的铝片制作，压片用于将柔性热电偶薄膜的测温区域与被测干式恒温器加热孔充分接触。

所述测温区域是指柔性热电偶阳极、柔性热电偶阴极重叠部分。

压片支柱上有螺纹，采用不锈钢材料，用于连接柔性热电偶薄膜连接器，可调节压片与压片支柱的长度，压片支柱与压片采用紧固件连接。

或，测试基座1也可以采用如下结构：

包括底座、若干组柔性热电偶薄膜连接插口、固定器、固定孔、定标尺、压片、压片支柱、补偿导线组及数据传输连接接口。测试基座采用绝缘非金属材料。若干组柔性热电偶薄膜连接插口、固定孔、定标尺、补偿导线组及数据传输连接接口固定于底座。根据被测干式恒温器大小及加热孔位置测试需要，确定连接柔性热电偶薄膜数量及位置，通过补偿导线组及数据传输连接接口将定标尺测得的位置数据传输记录于温度数据记录发射装置。压片用于将柔性热电偶薄膜测温区域与被测干式恒温器加热孔充分接触。压片支柱上有螺纹，用于连接固定器，可调节压片支柱与压片的长度，压片与压片支柱采用紧固件连接。

柔性热电偶薄膜包括柔性基底、柔性绝缘层、柔性热电偶阳极、柔性热电偶阴极、保护层、阳极连接片、阴极连接片、连接片固定件。

柔性基底采用柔性耐高温、导热快的金属材料，柔性绝缘层采用耐高温绝缘材料，柔性热电偶阳极、柔性热电偶阴极采用通用热电偶电极材料制备，阳极连接片材质与柔性热电偶阳极材质相同、阴极连接片材质与柔性热电偶阴极材质相同。确保连接的过程中没有其他材质材料引入，避免温度测量的误差，保护层采用耐高温绝缘材料。连接片固定件采用绝缘非金属材料。

柔性绝缘层采用丝网印刷法、喷涂法、等离子溅射法附着于柔性基底表面。

柔性热电偶阳极与柔性热电偶阴极采用等离子溅射法、丝网印刷法制备于柔性绝缘层上，柔性热电偶阳极、柔性热电偶阴极依次制备，柔性热电偶阳极、柔性热电偶阴极部分重叠，重叠部分为柔性热电偶薄膜的热连结区，即测温区域；

保护层采用等离子法、丝网印刷法、喷涂法制备，覆盖于柔性热电偶阳极与柔性热电偶阴极，并外露热连结区。

柔性热电偶薄膜的两侧连接连接片，即柔性热电偶阳极连接阳极连接片，柔性热电偶阴极连接阴极连接片，均通过连接片固定件紧固连接。

补偿导线组包含一组补偿导线、两个补偿导线接口，补偿导线阳极与柔性热电偶阳极材质一致，补偿导线阴极与柔性热电偶阴极材质一致，柔性热电偶阳极、柔性热电偶阴极采用通用热电偶电极材料制备。补偿导线组一端与测试基座间采用电气连接，另一端与温度数据记录发射装置间采用电气连接。

温度数据记录发射装置包括：补偿导线组接口、温湿度探头、信号收发模块、数据处理及存储模块。温度数据记录发射装置兼具数据处理存储功能与信号收发功能，温度数据记录发射装置内部含有温湿度探头，可以记录环境温湿度数据，同时还可比对各柔性热电偶薄膜的温度数据。可根据干式恒温器的大小，开启柔性热电偶薄膜测温通道的数量，生成温度测量布点位置图，并记录各个测温通道的数据。所有相关数据记录于数据处理及存储模块中，并发送至云端服务器记录保存。

云端服务器包含用户认证模块，控制模块，存储模块，报告生成模块，其通过软件进行操作。通过云端服务器，检测工程师可以根据检测需求，通过移动终端，实时设置测量参数，实时观测测量过程。

温度数据记录发射装置与云端服务器也可以采用温度数据记录仪替代，实现现场实时观测记录数据。将补偿导线组直接接入温度数据记录仪，通过温度数据记录仪观测并记录各柔性热电偶薄膜的实时温度，但是无法实现系统自检及远程观测功能。

本发明还公开了一种干式恒温器温度校准测试方法，具体如下：

1.检查干式恒温器温度校准装置工作是否正常，一般通电预热时间为30分钟。

2.连接：将干式恒温器温度校准装置的柔性热电偶薄膜与测试基座连接固定，并连接补偿导线组、温度数据记录发射装置。

3.系统自检：检测各通道柔性热电偶薄膜温度数据并与温度数据记录发射装置4中的温度数据进行比对，并做记录，偏差超过±0.3℃时，检测工程师移动终端将收到传感器异常的提醒。

4.安置柔性热电偶薄膜：将柔性热电偶薄膜贴合待校干式恒温器的测试孔中，当干式恒温器测试孔数量小于等于4*4时，宜在中心测试孔位置安置柔性热电偶薄膜；当干式恒温器单边测试孔数量大于4个时，则需要在该侧两端测试孔增加安置各一个柔性热电偶薄膜；当干式恒温器两边测试孔数量均大于4个时，则需要在四周四端测试孔均增加安置一个柔性热电偶薄膜。通过测试基座的压片，使柔性热电偶薄膜测温区域与被测干式恒温器加热孔充分接触。根据被测干式恒温器测试孔数量及位置，自动/手动调节柔性热电偶薄膜连接器、横向滑动连接杆的位置。

5.数据采集：开启干式恒温器温度校准装置的温度数据记录发射装置，使之与云端服务器连接，检测工程师通过云端设置数据采样间隔(每2次采样的时间间隔)。待被测干式恒温器达到设定温度30分钟后，开启数据采样，记录各柔性热电偶薄膜温度数据，通过云端服务器计算得出各柔性热电偶薄膜测得数据的温度平均值，温度偏差，温度均匀度及温度波动度等数据。通过测试基座的定标尺，记录测试时各柔性热电偶薄膜之间的位置关系及距离。

6.数据导出：记录完成后，通过云端服务器关闭数据采样，而后根据需要，生成校准报告。

7.系统复检：再次检测各通道柔性热电偶薄膜温度数据并与温度数据记录发射装置中的温度数据进行比对，并做记录，温度偏差超过±0.3℃时，检测工程师移动终端将收到传感器异常的提醒。确保干式恒温器校准前后校准装置工作正常，数据可靠。

8.测试完成：关闭干式恒温器温度校准装置，待干式恒温器温度恢复至室温后，取出安置的柔性热电偶薄膜，完成测试。

本发明的有益效果在于：测温元件更贴合干式恒温器发热金属块表面。采用连接杆形式，可根据不同大小、规格的干式恒温器，调节柔性热电偶薄膜及固定压片的位置，具有较强的兼容性。柔性热电偶薄膜采用金属基底、柔性绝缘层、热电偶阳极、热电偶阴极、保护层结构；金属基底确保柔性的同时，保证良好的热传导性，提高了干式恒温器温度校准装置的温度响应速度；保护层外露热连结区，在保护热电偶阳极、热电偶阴极的同时，保证了测温区的低误差和高灵敏度。采用互联网+技术，改变原有工程师必须在场检测的模式，通过移动终端，可实时设置测量参数，实时观测测量过程，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明的干式恒温器校准装置结构示意图。

图2是本发明的测试基座示意图。

图3是本发明的测试基座滑动连接杆、横向滑动连接杆(9)、补偿导线组及数据传输连接接口连接示意图。

图4是本发明的测试基座固定压片示意图。

图5是本发明的柔性热电偶薄膜结构示意图。

图6是本发明的补偿导线组结构示意图。

图7是本发明的温度数据记录发射装置结构示意图。

图8是本发明的测试方法流程图。

图9是本发明的干式恒温器(3*5孔)柔性热电偶薄膜布设示意图。

图10是本发明的测试基座的结构示意图。

图11是本发明的测试基座中固定压片示意图。

图1-图11中：1-测试基座，2-柔性热电偶薄膜，3-补偿导线组，4-温度数据记录发射装置，5-云端服务器，6-底座，7-滑动连接杆，8-柔性热电偶薄膜连接器，9-横向滑动连接杆，10-定标尺，11-压片支柱，12-压片，13-补偿导线组及数据传输连接接口，14-柔性基底，15-柔性绝缘层，16-柔性热电偶阳极，17-柔性热电偶阴极，18-保护层，19-阳极连接片，20-阴极连接片，21-连接片固定件，22-补偿导线，23-补偿导线接口，24-补偿导线组接口，25-温湿度探头，26-信号收发模块，27-温度数据处理及存储模块，28-阳极滑动连接杆，29-阴极滑动连接杆，30-热电偶阳极连接线组，31-热电偶阴极连接线组，32-阳极连接丝，33-阴极连接丝，34-柔性热电偶薄膜连接插口，35-固定器，36-固定孔。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

实施例

一种干式恒温器温度校准装置，包括测试基座1、至少一组柔性热电偶薄膜2、补偿导线组3、温度数据记录发射装置4、云端服务器5；

其中，柔性热电偶薄膜2与测试基座1采用连接片与插口连接，补偿导线组3与测试基座1间采用电气连接，补偿导线组3与温度数据记录发射装置4间采用电气连接，温湿度探头25与温度数据记录发射装置4采用电气连接，温度数据记录发射装置4与云端服务器5间采用无线互联网组网传输。

测试基座1包括底座6、滑动连接杆7、至少一组柔性热电偶薄膜连接器8、横向滑动连接杆9、定标尺10、压片支柱11、压片12、补偿导线组及数据传输连接接口13；底座6采用硅板制作；滑动连接杆7分为阳极滑动连接杆28、阴极滑动连接杆29，采用通用热电偶材质制备；补偿导线组3阳极采用铜材质、阴极采用通用热电偶材质制备，每个柔性热电偶薄膜连接器8对应一组阳极连接丝32和阴极连接丝33，每个横向滑动连接杆9内部包含至少一组阳极连接丝32和阴极连接丝33，通过滑动连接杆7、横向滑动连接杆9与补偿导线组及数据传输连接接口13连接。阳极滑动连接杆28、阴极滑动连接杆29一端与横向滑动连接杆9采用轨道连接、另一端与补偿导线组及数据传输连接接口13电气连接。柔性热电偶薄膜连接器8与横向滑动连接杆9采用轨道连接，柔性热电偶薄膜连接器8采用硅板制作，柔性热电偶薄膜连接器8与压片支柱11采用螺纹连接，压片12采用耐热可塑性强的铝片制作，压片支柱11采用不锈钢材料。柔性热电偶薄膜连接器8与柔性热电偶薄膜2采用插口、连接片方式连接。根据被测干式恒温器大小及加热孔位置测试需要，确定连接柔性热电偶薄膜2数量及位置，通过补偿导线组及数据传输连接接口13将定标尺10测得的位置数据传输记录于温度数据记录发射装置4。压片12用于将柔性热电偶薄膜2的测温区域与被测干式恒温器加热孔充分接触。压片支柱11上有螺纹，用于连接固定器8，可调节压片12与压片支柱11的长度，压片支柱11与压片12采用紧固件连接。

滑动连接杆7分为阳极滑动连接杆28、阴极滑动连接杆29，阳极滑动连接杆28通过热电偶阳极连接线组30与补偿导线组及数据传输连接接口13连接；阴极滑动连接杆29通过热电偶阴极连接线组31与补偿导线组及数据传输连接接口13连接。每个横向滑动连接杆9包含至少一组阳极连接丝32和阴极连接丝33。阳极连接丝32一端与柔性热电偶薄膜阳极连接片19采用插口、连接片连接，另一端与阳极滑动连接杆28采用轨道连接。阴极连接丝33一端与柔性热电偶薄膜阴连接片20极采用插口、连接片连接，另一端与阴极滑动连接杆29采用轨道连接。阳极滑动连接杆28、热电偶阳极连接线组30、阳极连接丝32采用铜制备。阴极滑动连接杆29、热电偶阴极连接线组31、阴极连接丝33采用康铜制备。每组横向滑动连接杆有阳极连接丝32、阴极连接丝33、柔性热电偶薄膜连接器8各3个，共有3组横线滑动连接杆9。

所述根据被测干式恒温器大小及加热孔位置测试需要确定连接柔性热电偶薄膜数量及位置，具体包括以下三种情况：

1)当干式恒温器测试孔数量小于等于4*4时，宜在中心测试孔位置安置柔性热电偶薄膜；

2)当干式恒温器单边测试孔数量大于4个时，则需要在该侧两端测试孔增加安置各一个柔性热电偶薄膜；

3)当干式恒温器两边测试孔数量均大于4个时，则需要在四周四端测试孔均增加安置一个柔性热电偶薄膜。

测试基座1还可以是：

包括底座6、若干组柔性热电偶薄膜连接插口34、固定器35、固定孔36、定标尺10、压片支柱11、压片12、补偿导线组及数据传输连接接口13。测试基座采用绝缘非金属材料。底座6采用硅板制作，柔性热电偶连接插口34阳极采用铜材质、阴极采用康铜材质、固定器35采用绝缘螺丝，固定孔36大小为1mm*3mm，压片12采用耐热可塑性强的铝片制作，压片支柱11采用不锈钢材料。根据实际需要，设置5*5组柔性热电偶薄膜连接插口34，每组间距为20mm。柔性热电偶薄膜连接插口34、固定孔36、定标尺10、补偿导线组及数据传输连接接口13固定于底座6。根据被测干式恒温器大小及加热孔位置测试需要，确定连接柔性热电偶薄膜2数量及位置，通过补偿导线组及数据传输连接接口13将定标尺10测得的位置数据传输记录于温度数据记录发射装置4。压片12用于将柔性热电偶薄膜2与被测干式恒温器加热孔充分接触。压片支柱11上有螺纹，用于连接固定器35，可调节压片支柱11与压片12的长度，压片12与压片支柱11采用紧固件连接。

柔性热电偶薄膜2包括柔性基底14、柔性绝缘层15、柔性热电偶阳极16、柔性热电偶阴极17、保护层18、阳极连接片19、阴极连接片20、连接片固定件21。

柔性基底14采用铝片，柔性绝缘层15采用聚酰亚胺材料，柔性热电偶阳极16采用铜、柔性热电偶阴极17采用康铜材料制备，柔性绝缘层15采用丝网印刷法柔性基底14表面。

柔性热电偶阳极16与柔性热电偶阴极17采用等离子溅射法制备于柔性绝缘层15上，柔性热电偶阳极16、柔性热电偶阴极17依次制备，柔性热电偶阳极16、柔性热电偶阴极17部分重叠，重叠部分为柔性热电偶的热连结区，即测温区域；

柔性热电偶薄膜2的等离子溅射制备条件确定为：1)铜镍合金(康铜)膜：1pa氩气环境下，采用150w直流溅射40分钟，获得膜厚为(900-1000)nm厚度的金属膜层；2)铜膜：在1pa氩气环境下，采用90w直流溅射40分钟，获得膜厚为1000nm的金属膜层。

保护层18采用聚酰亚胺材料，采用喷涂法制备，覆盖于柔性热电偶阳极16与柔性热电偶阴极17，并外露热连结区。

柔性热电偶薄膜2的两侧连接连接片，阳极连接片19采用铜材质、阴极连接片20采用康铜材质。确保连接的过程中没有其他材质材料引入，避免温度测量的误差。

连接片19、20与柔性热电偶薄膜2采用紧固件连接。

补偿导线组3包含补偿导线22、两个补偿导线接口23，补偿导线阳极采用铜材质，补偿导线阴极采用康铜材质。补偿导线组3一端与测试基座1间采用电气连接，另一端与温度数据记录发射装置4间采用电气连接。

温度数据记录发射装置4包括：补偿导线组接口24、温湿度探头25、信号收发模块26、数据处理及存储模块27。温度数据记录发射装置4兼具数据处理存储功能与信号收发功能，温度数据记录发射装置4内部设有温湿度探头25，可以记录环境温湿度数据，同时还可比对各柔性热电偶薄膜2的温度数据。可根据干式恒温器的大小，开启柔性热电偶薄膜测温通道的数量，生成温度测量布点位置图，并记录各个测温通道的数据。所有相关数据记录于数据处理及存储模块27中，并发送至云端服务器5记录保存。

通过云端服务器5，检测工程师可以根据检测需求，通过移动终端，可实时设置测量参数，实时观测测量过程。云端服务器5包含用户认证模块，控制模块，存储模块，报告生成模块，之间采用软件连接。

如校准一个3*5孔的干式恒温器，具体步骤如下：1.检查干式恒温器温度校准装置工作是否正常，一般通电预热时间为30分钟。2.连接：将干式恒温器温度校准装置的柔性热电偶薄膜2与测试基座1连接固定，并连接补偿导线组3。3.系统自检：检测各通道柔性热电偶薄膜2温度数据并与温度数据记录发射装置4中的温度数据进行比对，并做记录，偏差超过±0.3℃时，检测工程师移动终端将收到传感器异常的提醒。4.安置柔性热电偶薄膜2：将柔性热电偶薄膜2贴合与待校干式恒温器的测试孔中，当干式恒温器测试孔数量小于等于4*4时，宜在中心测试孔位置安置柔性热电偶薄膜2；当干式恒温器单边测试孔数量大于4个时，则需要在该侧两端测试孔增加安置各一个柔性热电偶薄膜2；当干式恒温器两边测试孔数量均大于4个时，则需要在四周四端测试孔均增加安置一个柔性热电偶薄膜2。被校干式恒温器为3*5孔，因此布设3个柔性热电偶薄膜2。通过测试基座压片12，让柔性热电偶薄膜2测温区域与被测干式恒温器加热孔充分接触，根据被测干式恒温器测试孔数量及位置，装置自动调节柔性热电偶薄膜连接器8、横向滑动连接杆9的位置。5.数据采集：开启干式恒温器温度校准装置的温度数据记录发射装置4，使之与云端服务器5连接，检测工程师通过云端设置数据采样间隔(每2次采样的时间间隔)。待被测干式恒温器达到设定温度30分钟后，开启数据采样，记录各柔性热电偶薄膜2温度数据，通过云端服务器5计算得出各柔性热电偶薄膜2测得数据的温度平均值，温度偏差，温度均匀度及温度波动度等数据。通过测试基座标尺10，记录测试时各柔性热电偶薄膜2之间的位置关系及距离。6.数据导出：记录完成后，通过云端服务器5关闭数据采样，而后根据需要，生成校准报告。7.系统复检：再次检测各通道柔性热电偶薄膜2温度数据并与温度数据记录发射装置4中的温度数据进行比对，并做记录，偏差超过±0.3℃时，检测工程师移动终端将收到传感器异常的提醒。确保干式恒温器校准前后校准装置工作正常，数据可靠。8.测试完成：关闭干式恒温器温度校准装置，待干式恒温器温度恢复至室温后，取出安置的柔性热电偶薄膜2，完成测试。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。