“RT69+FY60”温度校验装置组合体及其在灭菌柜温度校验的应用

张立新 周秀成 刁国荣 成韦 姚如意

1.淄博飞雁先行测控技术有限公司，山东淄博255087; 2.山东新华医疗器械股份有限公司，山东淄博255000

一、前言

目前大多数药厂周期检定温度传感器需要把整个设备停车、停产，拆下所有的温度传感器送到计量部门去校验。校验过程耗时、耗力而且繁琐，生产线停滞若干时间，这种校验方式耗时长、且效率低。对校验时间的及时性、校验的方便性的需求给温度校验装置生产研发提出新的需求。快速高效的生产节奏需要更精准、快捷、读数方便的校验检测装置。构成温度校验装置中两个要素就是温度传感器和温场，即温度计和温度校验油槽，设计和生产一种便携、精准的高精度数字温度计和温度校验油槽组合装置，保证药品的质量是非常必要的。

二、RT69高精度数字温度计

1、简介

目前大多数的数字温度计采用热电阻Pt100作为测温核心元件。通过对Pt100温度传感器进行采集得到阻值，用查表的方式对应出相应的温度值。现有技术中，由于热电阻本身存在一定的数值误差，温度偏差值与温度值之间并非为线性关系，且常规的信号采集及处理方法存在较大的误差。因此仅通过查表方式得到的温度值并不能达到所要测出的高精度温度值。同时现有数字温度计电路设计复杂、校准繁琐，更需要更高精度的温度计和恒温设备来校验，造成生产制造和校准成本非常高。

RT69高精度数字温度计（图1）是一种高精度智能温度仪器。通过先进的算法设计，实现了接触式测温的最小偏差；高性能的感温元件和电子元器件应用，确保优异的长期稳定性；旋转连接件能够让显示部分90°旋转，方便观测；配备电源键、数据锁定键，内置零度校准键。它具有测量精度高、使用方便、现场校准、安全环保等优点，是二等标准水银温度计的升级换代产品，彻底避免水银泄漏污染。表1为RT69高精度数字温度计性能参数。

表1 RT69高精度数字温度计性能参数表

2、RT69高精度数字温度计工作原理

RT69高精度数字温度计温度采集单元的敏感元件采用铂电阻温度传感器Pt100。Pt100是利用其电阻与温度成一定函数关系而制成的温度传感器。由于铂电阻的特性曲线是非线性的, 标准的电阻与温度关系是以分度表的形式给出的, 而在IEC 60751-2008国际通用标准里是用电阻-温度多项式函数进行表示。

本方案温度采集单元的工作原理是让敏感元件和高精度比率电阻通过相同的恒流源供电和信号处理，然后通过阻值比较的方法求出热电阻的阻值，然后根据IEC 60751-2008标准里Pt100与电阻的对应计算公式通过算法将温度值计算出来。由于比率电阻和热电阻在A/D转换单元内经过的恒流供电、信号处理模块、A/D转换模块以及SPI通讯模块的相应处理电路完全相同，所以大大降低了信号处理误差，避免了恒压供电、分立信号处理时增加的额外误差对信号的影响，及通过查表得到温度值时误差较大的弊端，使测量更为精确。图2为RT69电气原理框图。

同时RT69有数据锁定功能，通过数据锁定功能使得产品在离开测量介质时依然可以保持测量数据，为数据记录提供方便；通过进行零度校准能够求出并存储温度传感器在0℃时的误差，从而方便在后续的计算中将该误差去除，提高整个产品的精度。

3、软件设计

本方案中的主程序设计流程图如图3所示，系统上电后先进行系统初始化、A/D转换初始化、A/D转换，CPU分别读取两通道转换数据，对转换数据进行比率计算得到温度传感器Pt100的电阻值，通过电阻-温度对应关系计算出测量温度，根据是否进行过零度校准和数据锁定显示测量数据。

图4为A/D转换流程图，温度采集单元的两路信号送入A/D转换单元之后，经过信号切换模块分别选通两路输入通道，进行信号放大、转换、数据滤波，中央处理单元通过SPI通讯模块读取转换数据。

4、信号处理电路测试

铂电阻Pt100和高精度比率电阻两端的模拟电压信号分别输入至 A/D 转换器的通道 1 和通道 2，由A/D 转换器进行A/D转换。由于 A/D 转换器的两个通道在内部使用多路选择开关进行切换，两个通道的使用同一放大器和参考电压源，因此放大倍数和参考电压大小相等，最后将转换的数据通过数字接口输入至CPU。

输入信号用ZX25P型直流电阻器（精度等级0.02级）模拟Pt100的电阻值，显示采用五位段码式数字液晶模块。

表2为 RT69高精度数字温度计信号处理测试数据表。由表中数据可知，其最大绝对误差是400℃时的0.04℃，经计算得出测量点温度的相对误差为0.01%，相比实际应用要求的精度此误差可忽略不计。

表2 RT69高精度数字温度计信号处理测试数据表

三、FY60高精度温度校验油槽

1、FY60简介

温度传感器等的测量值的准确性直接关系到产品的质量及安全和人员的生命安全，生产工艺等要求周期性的温度传感器校验是非常普遍的。生产现场需要有方便和准确的校验装置，校验装置要具有温场均匀、波动度小、体积小、携行方便、操作简单等特点。FY60高精度温度校验油槽就是在这个需求下被研发和设计的。

FY60高精度温度校验油槽是一种用外部220VAC供电的便携式的工业现场及实验室的小巧型精密温度源，如图5所示。采用微电脑进行整体控制，通过结构设计的优化及合理运用搅拌方式，合理的加热设计，示值多点修正，PID比例、微分、积分算法及控制保证全量程误差小于0.1℃，垂直误差不大于0.01℃。根据《JJF 1030-2010 恒温槽技术性能测试规范》检测。表3为FY60高精度温度校验油槽性能参数。

表3 FY60高精度温度校验油槽性能参数表

FY60高精度温度校验油槽是以液体为导热介质，通过温度控制系统以及搅拌装置的作用，达到设定温度，并保持内部工作区域温度稳定均匀，用来检定、校准各类温度计或其他计量去器具的恒温装置。

2、性能测试

根据《JJF 1030-2010 恒温槽技术性能测试规范》对FY60高精度温度校验油槽进行稳定性和均匀性性能测试。

温度稳定性和均匀性，温度均匀性包括上水平面温差、下水平面温差和工作区域最大温差。根据规范进行具体测试。波动性和均匀性测试抽测了恒温槽温度范围内100℃点进行测试。（图6、图7）

通过测试和温差计算，在100℃点15min 温度波动最大误差±0.008℃，水平温场上平面最大温差8mK，下平面最大温差6mK，垂直温场最大垂直温差6mK。

3、FY60使用操作

主界面显示测量值、设定值、当前PID、控制输出量和自整定指示灯。上电开机之后，默认设定值为20℃，并自动进行控温。

点击主界面“设定”右面数字，将会弹出数字输入键盘，输入设定值，点击确定即可完成设定值的设定。

点击主界面“参数设置”，弹出数字键盘。输入“密码”进入参数设置界面

4、导热介质和注意事项

FY60高精度温度校验油槽导用热油（介质）为专用介质，为避免影响设备精度及稳定性，请勿随意使用其他品种油类介质。微型智能槽设备在加热至100℃～200℃是会产生油烟，校验测试时注意排风。

四、RT69+FY60温度校验装置组合体在灭菌柜传感器校验的实践

在药品生产过程中，灭菌是一个非常重要的环节，如大输液、水针剂、口服液等，甚至在固体制剂原料中的中药材，都需要通过灭菌来保证其药品质量。在灭菌过程中，如果灭菌温度不精确或者不稳定，将直接导致灭菌不完善和生产药品的不合格。要想得到精确的温度，用来测温的温度传感器的精确度就显得尤为重要，所以定期的、精确的传感器校验是药品生产中一个非常重要的环节。

2016年11月29日，应某德资制药公司委托，为正在停产检修的水浴灭菌器设备进行温度传感器校验。灭菌柜内部为卧式矩形箱体结构。整个灭菌柜的通道内部均布6个进口的高精度温度传感器，分别在入口处t1/t2、中间部位t3/t4、末端出口部位t5/t6，通常视情况还要对灭菌柜进水口和出水口的的两个温度传感器进行校验。这次的主要任务就是对6个温度传感器分别进行116℃和121℃两次校验。

校验前的准备阶段，接通FY60高精度温度校验油槽的电源。首先设定好第一个校验温度值116℃，然后进入升温阶段。半个小时左右温场稳定到设定值，用RT69高精度数字温度计插入FY60油槽的校验通道内，两者温度值相互比对，保证温场实际温度的准确性，二者完美准确的温度显示，验证这个检测校验系统的精确性和可靠性。

校验油槽内温场稳定地达到116℃，油槽的蜂鸣器发出“嘀嗒，嘀嗒”的提示音，取出入口两边的高精度温度传感器t1和t2插入到校验油槽的温度通道中，待t1、t2在温场中大约稳定5min左右，控制室内记录了t1/t2的显示温度，和实际温度116℃比较，在计算机中修正了误差，这样入口处的两个温度点校准完毕。取出两个温度传感器擦拭完毕放在一边，把托盘连同校验油槽顺着导轨方向往前推到灭菌柜中间部位和末端出口部位，以同校方法校准t3、t4和t5、t6。

在116℃把6个温度传感器校验完以后，开始第二个校验点121℃的校验，设定校验油槽的校验温度点为121℃，油槽又开始了升温过程。半个多小时达到稳定后，又在121℃点分别校验了6个温度传感器。

又对出水口tL温度的双只铠装热电阻进行了116℃和121℃校验。以往需要把温度传感器拆下来到计量部门的实验室去测试校验。有时候整个生产设备或者生产线因此要全部停下来，送检校验最快大约也要3-5天时间，会给企业造成经济损失。这次近用时3个多小时，完美地校验了所有的高精度温度传感器。这样药厂节省了宝贵的时间，设备就可以提早恢复运行。

五、结论

使用这套“RT69+FY60”校验装置组合体现场校验大约用3h左右，经过开机验证后，便可恢复生产。为企业降低时间成本，同时避免传感器的拆卸、再安装的麻烦，省时省力，从而增进效益。这样一套校验装置，除了周期校验使用外，根据需要还可随时随地校验设备或生产线上的高精度温度传感器，保证产品质量，从而保证用药患者的生命安全。

RT69高精度数字温度计和FY60温度校验油槽完美结合的校验装置组合体，在制药、食品、生物制剂、精细化工、消毒、杀菌、实验室、温度仪表校验等广泛应用，为产品质量和生命安全把关。实践验证了这套校验装置组合体的准确性、可靠性、便捷性和高效性。