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1、iBoo炉温跟踪仪热处理炉用热电偶测温精度分析及改进 随着科技的发展,自动化水平不断提高,热处理行业对测温精度的要求越来越高,尤其是“热处理炉有效加热区测定方法”中,对Ⅰ类炉的保温精度要求高达±3℃[1]。为了确保温度量值的准确可靠,对新制或使用中热电偶进行定期或不定期检定是十分必要的。当前,国内仅有热电偶、补偿导线及仪表各自的检定规程,但没有热电偶高温计等测温系统的检定规程。因此,对于测温系统的检定,只能采用分立元件法,即对构成测温系统的元件及仪表分别进行检定。此种检定方法是离线的,不能对测温系统进行在线整体检定。对于广泛应用的各种热电偶数字温度计的检定,尚无
2、国家标准。本文将对热处理炉用热电偶测温精度进行分析,并提出相应的解决办法供应用参考。1测温系统的分立元件检定法 关于测温系统的检定方法,目前有两种方式:分立元件检定法和整体校准法。依据国家标准,对热电偶的检定,应在计量室进行。因此,使用中的热电偶必须从安装位置取下来,送计量部门检定。有关热电偶的检定周期,一般为半年,在特殊情况下,可依据使用条件确定。这种离线式检定方法存在的问题是:经过计量室检定合格的产品,在现场使用条件下不一定是合格的。这种现象鲜为人知,未引起人们的重视。 究其原因: 1.1热电偶丝不均质影响 (1)热电偶材质本身不均质。热电偶在计量室检
3、定时,按规程要求,插入检定炉内的深度只有300mm。因此每支热电偶的检定结果,确切的说只能体现或主要体现出从测量端开始300mm长偶丝的热电行为,然而,当热电偶的长度较长,使用时大部分偶丝处于高温区,如果热电偶丝是均质的,那么依据均质回路定则,测量结果与长度无关。可是热电偶丝并非均质,尤其是廉价金属热电偶丝其均质性较差,这样不均质的热电偶丝又处于具有温度梯度的场合,那么其局部将产生热电动势,该电动势称为寄生电动势,由寄生电动势引起的误差称为不均质误差 (2)热电偶丝经使用后产生的不均质。对于新制的热电偶即使是均质的,经反复加工、弯曲致使热电偶产生加工畸变,也将失
4、去均质性,而且使用中热电偶长期处于高温下,也会因偶丝的变化引起热电动势变化。例如:插入热处理炉中的热电偶,将沿偶丝长度方向产生劣化,并随温度升高,劣化增大,当劣化的部分处于具有温度梯度的场所,也将产生寄生电动势叠加在总电动势中而出现测量误差。 1.2铠装热电偶的分流误差 (1)分流误差。所谓分流误差即用铠装热电偶测量炉温时,当热电偶中间部分的温度有超过800℃的温度分布存在时,因其绝缘电阻下降,热电偶示值出现异常的现象,称为分流误差。依据均质回路定则,用热电偶测温只与测量端与参考端温度有关,与中间温度分布无关。可是由于铠装热电偶的绝缘物是粉末状态的MgO,温度
5、每升高100℃,其绝缘电阻下降一个数量级,当中间部位温度较高时,必定有漏电流产生,致使热电偶产生分流误差。 2)分流误差产生的条件。将直径!)4.8mm,长度25m的铠装热电偶水平插入炉内,中间部位加热带的长度为20m,温度为1000℃。实验结果是,如果测量端温度高于中间部位温度,则产生负误差;相反则产生正误差。如果测量端与中间部位的温差为200℃,那么产生的分流误差约为100℃。如此大的误差是绝对不能忽视的。 分立元件检定法有诸多弊端,因此,建议最好采用整体校准法。2测量 以热电偶为传感器的测温系统的检定,按照现行标准,只能采用分立元件法。由上所述,即使三者
6、检定都合格,组合起来并不一定合格。很久以前就有专家呼吁整体校准法。既对其测温系统进行检定,得出整个系统的测量误差,而且最好能在现场校准。为此必须提供标准器,即要有相对准确的现场效验仪,同被测系统用现场使用的工业炉作为比较热源,进行校准。因此,首先要有相对标准的热电偶高温计,还需要有国家标准作为依据 2.1尽快制定数字温度计检定规程 日本早在20世纪60年代已经有了热电偶高温计、热电阻温度计的工业标准。目前国内广泛应用的便携式数字温度计的检定,各单位基本上都采用整体校准法,只因尚无法可依,只能参照热电偶或仪表的检定规程给出校准证书。为了给类似于数字温度计的现场校
7、准仪提供检定证书,必须尽快制定数字温度计的检定规程。 2.2现场校准仪的应用 目前市场广泛流行的数字温度计精度低,不能用作现场校准仪。作为校准系统,不仅准确度要高,而且其准确度应该经过国家质量监督部门校准,并带有校准证书。用户在购买用于现场校准的数字温度计时必须注意这点。 2.3分立元件检定与整体校准法的比较 (1)分立元件检定。通常采用的分立元件检定法,即分别对热电偶、补偿导线及仪表进行检定,其测温系统的误差为:△ε="△21+△22+△23。式中:△1为热电偶的极限误差;△2为补偿导线的极限误差;△3为仪表的极限误差。 例如采用K型热电偶,精度为Ⅱ级
8、,取温度点
