引言
隨著(zhù)科技的發(fā)展 ,自動(dòng)化水平不斷提高 ,熱處理行業(yè)對測溫精度的要求越來(lái)越高 ,尤其是“熱處理爐有效加熱區測定方法”中 ,對Ⅰ類(lèi)爐的保溫精度要求高達 ±3℃[1]。為了確保溫度量值的準確可靠 ,對新制或使用中熱電偶進(jìn)行定期或不定期檢定是十分必要的。當前 ,國內僅有熱電偶、補償導線(xiàn)及儀表各自的檢定規程 ,但沒(méi)有熱電偶高溫計等測溫系統的檢定規程。因此 ,對于測溫系統的檢定 ,只能采用分立元件法 ,即對構成測溫系統的元件及儀表分別進(jìn)行檢定。此種檢定方法是離線(xiàn)的 ,不能對測溫系統進(jìn)行在線(xiàn)整體檢定。對于廣泛應用的各種熱電偶數字溫度計的檢定 ,尚無(wú)國家標準。本文將對熱處理爐用熱電偶測溫精度進(jìn)行分析 ,并提出相應的解決辦法供應用參考。 1測溫系統的分立元件檢定法
關(guān)于測溫系統的檢定方法 ,目前有兩種方式 :分立元件檢定法和整體校準法。依據國家標準 ,對熱電偶的檢定 ,應在計量室進(jìn)行。因此 ,使用中的熱電偶必須從安裝位置取下來(lái) ,送*檢定。有關(guān)熱電偶的檢定周期 ,一般為半年 ,在特殊情況下 ,可依據使用條件確定。這種離線(xiàn)式檢定方法存在的問(wèn)題是 :經(jīng)過(guò)計量室檢定合格的產(chǎn)品 ,在現場(chǎng)使用條件下不一定是合格的。這種現象鮮為人知 ,未引起人們的重視。
究其原因 :
1.1熱電偶絲不均質(zhì)影響
?。?）熱電偶材質(zhì)本身不均質(zhì)。熱電偶在計量室檢定時(shí),按規程要求 ,插入檢定爐內的深度只有 300 mm。因此每支熱電偶的檢定結果 ,確切的說(shuō)只能體現或主要體現出從測量端開(kāi)始 300 mm長(cháng)偶絲的熱電行為 ,然而,當熱電偶的長(cháng)度較長(cháng) ,使用時(shí)大部分偶絲處于高溫區,如果熱電偶絲是均質(zhì)的 ,那么依據均質(zhì)回路定則 ,測量結果與長(cháng)度無(wú)關(guān)?？墒菬犭娕冀z并非均質(zhì) ,尤其是廉價(jià)金屬熱電偶絲其均質(zhì)性較差 ,這樣不均質(zhì)的熱電偶絲又處于具有溫度梯度的場(chǎng)合 ,那么其局部將產(chǎn)生熱電動(dòng)勢 ,該電動(dòng)勢稱(chēng)為寄生電動(dòng)勢 ,由寄生電動(dòng)勢引起的誤差稱(chēng)為不均質(zhì)誤差
?。?）熱電偶絲經(jīng)使用后產(chǎn)生的不均質(zhì)。對于新制的熱電偶即使是均質(zhì)的 ,經(jīng)反復加工、彎曲致使熱電偶產(chǎn)生加工畸變 ,也將失去均質(zhì)性 ,而且使用中熱電偶長(cháng)期處于高溫下 ,也會(huì )因偶絲的變化引起熱電動(dòng)勢變化。例如:插入熱處理爐中的熱電偶 ,將沿偶絲長(cháng)度方向產(chǎn)生劣化 ,并隨溫度升高 ,劣化增大 ,當劣化的部分處于具有溫度梯度的場(chǎng)所 ,也將產(chǎn)生寄生電動(dòng)勢疊加在總電動(dòng)勢中而出現測量誤差。
1.2鎧裝熱電偶的分流誤差
?。?）分流誤差。所謂分流誤差即用鎧裝熱電偶測量爐溫時(shí) ,當熱電偶中間部分的溫度有超過(guò) 800℃的溫度分布存在時(shí) ,因其絕緣電阻下降 ,熱電偶示值出現異常的現象 ,稱(chēng)為分流誤差。依據均質(zhì)回路定則 ,用熱電偶測溫只與測量端與參考端溫度有關(guān) ,與中間溫度分布無(wú)關(guān)?？墒怯捎阪z裝熱電偶的絕緣物是粉末狀態(tài)的 MgO,溫度每升高 100℃,其絕緣電阻下降一個(gè)數量級 ,當中間部位溫度較高時(shí) ,必定有漏電流產(chǎn)生 ,致使熱電偶產(chǎn)生分流誤差。
2）分流誤差產(chǎn)生的條件。將直徑 !）4.8 mm,長(cháng)度 25 m的鎧裝熱電偶水平插入爐內 ,中間部位加熱帶的長(cháng)度為 20 m,溫度為 1 000℃。實(shí)驗結果是 ,如果測量端溫度高于中間部位溫度 ,則產(chǎn)生負誤差 ;相反則產(chǎn)生正誤差。如果測量端與中間部位的溫差為 200℃,那么產(chǎn)生的分流誤差約為 100℃。如此大的誤差是不能忽視的。
分立元件檢定法有諸多弊端,因此,建議采用整體校準法。
2測量 以熱電偶為傳感器的測溫系統的檢定,按照現行標準,只能采用分立元件法。由上所述,即使三者檢定都合格,組合起來(lái)并不一定合格。很久以前就有專(zhuān)家呼吁整體校準法。既對其測溫系統進(jìn)行檢定,得出整個(gè)系統的測量誤差,而且能在現場(chǎng)校準。為此必須提供標準器,即要有相對準確的現場(chǎng)效驗儀,同被測系統用現場(chǎng)使用的工業(yè)爐作為比較熱源,進(jìn)行校準。因此,首先要有相對標準的熱電偶高溫計,還需要有國家標準作為依據
2.1盡快制定數字溫度計檢定規程
日本早在20世紀60年代已經(jīng)有了熱電偶高溫計、熱電阻溫度計的工業(yè)標準。目前國內廣泛應用的便攜式數字溫度計的檢定,各單位基本上都采用整體校準法,只因尚無(wú)法可依,只能參照熱電偶或儀表的檢定規程給出校準證書(shū)。為了給類(lèi)似于數字溫度計的現場(chǎng)校準儀提供檢定證書(shū),必須盡快制定數字溫度計的檢定規程。
2.2現場(chǎng)校準儀的應用
目前市場(chǎng)廣泛流行的數字溫度計精度低,不能用作現場(chǎng)校準儀。作為校準系統,不僅準確度要高,而且其準確度應該經(jīng)過(guò)國家質(zhì)量監督部門(mén)校準,并帶有校準證書(shū)。用戶(hù)在購買(mǎi)用于現場(chǎng)校準的數字溫度計時(shí)必須注意這點(diǎn)。
2.3分立元件檢定與整體校準法的比較
?。?）分立元件檢定。通常采用的分立元件檢定法,即分別對熱電偶、補償導線(xiàn)及儀表進(jìn)行檢定,其測溫系統的誤差為:△ε="△21+△22+△23。式中:△1為熱電偶的極限誤差;△2為補償導線(xiàn)的極限誤差;△3為儀表的極限誤差。
例如采用K型熱電偶 ,精度為Ⅱ級 ,取溫度點(diǎn) 1 000℃,誤差為7.5℃,對于K型熱電偶補償導線(xiàn)精度為B級,誤差為2.5℃,記錄儀與顯示儀表的精度為0.5級,誤差為5℃。將各誤差值代入上面的公式為:
ε=±"7.52+2.52+52=±綜上所述,采用分立元件檢定法檢定熱處理爐測溫系統的誤差約為±9.35℃,無(wú)法滿(mǎn)足工藝要求,有些單位購入的熱電偶不檢定就使用,分散性更大,測量的數據就更不可靠了,難以指導生產(chǎn)。
2）整體校準法。購置較好的測溫儀一般整體校準精度在 0.4級以?xún)?即取 1 000℃為測溫點(diǎn),其誤差應該在 ±4℃以?xún)?。由此可?jiàn),整體校準法測量精度遠遠高于分立元件檢定法。因此,應該廣泛應用整體校準法進(jìn)行熱處理爐的測溫系統校準。
系統整體校準法
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