本文為第二屆《中國計量》中青年優秀科技論文獎三等獎獲獎文章之一

吉林省（shěng）計量科學研究院　李紅麗  趙春生  孫俊峰  於翠玲  李宗君

　　一、前言

　　高溫電阻爐是一種為化學反應（yīng）發生提供恒定溫度以及（jí）用於高溫（wēn）熔解製樣的溫（wēn）度計量設備（bèi），廣泛（fàn）應用於電力、煤炭、冶金、建材、鋼（gāng）鐵、化工、醫藥、科研等行業（yè），電阻爐控溫的準確性與企業的正常生產和檢測機構化驗結果的準確性密切相關，同時也是對產品質量的保證。對各（gè）種類型的電（diàn）阻爐還要進行爐溫均（jun1）勻性檢測，確定爐膛內的有效加熱區域。因此，定期對高溫電（diàn）阻爐進行校準，對（duì）確保電阻（zǔ）爐爐溫在長期生產過程的準確性，提高（gāo）生產（chǎn）效率有著（zhe）十分重（chóng）要的作用。目前，國家發布了（le）JJF1101-2003《環（huán）境試驗設備溫度、濕度校（xiào）準規範》，但還沒（méi）有製定（dìng）專門針（zhēn）對於高溫電阻爐的校準規範。本文將介紹一種高溫電阻爐的校準方法，並詳細介紹校準步（bù）驟與校準過程中的相（xiàng）關問題。    

　　二、校準方法

　　高溫電（diàn）阻爐的工作係統由電阻爐爐（lú）體(爐膛內嵌電熱絲)、控溫熱電偶、溫度控製顯示儀表三部分組成（chéng）。爐體中均勻分布的電阻絲通電後發熱（rè），配（pèi）套（tào）使用的（de）儀表能自（zì）動調（diào）節加熱功率或（huò）占（zhàn）空比，爐（lú）體由保溫材料製成，最終可以將爐溫控製（zhì）在某一設定溫度處。

　　1.傳（chuán）統（tǒng）的檢定方法

　　對（duì）於（yú）高溫（wēn）電阻（zǔ）爐的校（xiào）準，以前（qián）都是將控溫熱電偶與（yǔ）溫度控製顯示（shì）儀表拆下來分別送檢，待送檢合乎（hū）要求後再投入使用。這種檢測方法存在以下不足:
　　(1)控溫熱電偶的插入深度一般（bān）不（bú）能太淺，大約為熱電偶保護管直徑的8～10倍，以保證測溫的準確性；但也不能太深，以免與裝爐（lú）的工件相幹擾。因此，儀表控製熱電偶的（de）插入位置一般都在有效加熱區域邊緣或以外，不能較準確地反映工（gōng）件所處有效加熱區域的溫（wēn）度。
　　(2)有些電阻爐采用的控溫熱電偶規格不符合標準，長度很（hěn）短，不符合檢定規程（chéng）的要求，無法在熱電偶檢定爐中進行檢定。
　　(3)客戶每次拆下送檢，生產部門需要停爐，會給客戶帶來不便。

　　2.係統整體校準方法
　　此方法是將電阻爐爐體、控溫熱電偶及控溫顯示儀表作為一個整體，進行整體的現場校準。根據日常校準工作的需（xū）要，本校準方法適用於最高工作溫度為1600℃的高溫電阻爐。
　　(1)校準項目
　　高溫電阻爐的校準項目主要包括溫度偏（piān）差和溫度均勻度。
　　(2)校準裝置（zhì）的組成
　　所使用的標準器及配（pèi）套設備（bèi）有標準熱電偶、標準（zhǔn）顯示儀表(直（zhí）流電壓測量儀器)、數字溫度計（jì）、補償導線（xiàn）和轉換開關。裝置連接示意圖如圖1所示（shì），校準所用標準器及配套設備要求如表（biǎo）1所（suǒ）示。    

 圖1  校準裝置連接示意圖    

表1  校準（zhǔn）所用標準（zhǔn）器及配套設備

　　(3)校準步驟
　　電阻爐最好在爐（lú）膛未裝爐料(空載)的（de）情況下測量（liàng），如果有爐料應該和客戶交代清（qīng）楚，使用的標準器必須是經過檢定合格的。

　　①標準熱電偶的（de）安裝
　　在斷（duàn）電的前提下將標準熱電（diàn）偶由測量口插入，把熱電偶測量端放到中心樣（yàng）品分（fèn）析位置，將最（zuì）好（hǎo）地（dì）反映爐內工（gōng）作區域的真實溫度。將熱電偶的參考端與標準顯（xiǎn）示儀（yí）表輸入端連（lián）接（jiē），數字溫度（dù）計放在參考端旁邊，用於得（dé）到參考端的補償溫度。在測量口要用石（shí）棉（mián）堵嚴，以防（fáng）漏熱。

　　②測試點的位置
　　測試點的位置應分布在電阻（zǔ）爐工作室內的3個平麵上，稱上、中、下三層，中（zhōng）層為通過工作室幾何中心平行於底麵的工（gōng）作麵，測試（shì）點與工（gōng）作（zuò）室內壁的距離不小於各邊長的1/10，遇風道時，此距離可（kě）加大，如電（diàn）阻爐內有（yǒu）樣（yàng）品架或（huò）樣品車時，下層測試點可放在樣品架或樣品車上（shàng）方10mm處。對實驗室用的箱體較小的電阻爐(小（xiǎo）於0.2m³)，測試（shì）點的位置可適當調（diào）整，通常放置在電阻爐的中心位置處，或標準熱電偶和被校電阻爐（lú）熱電偶的測（cè）量（liàng）端。測試布點圖如圖2所示（shì）(a為容積小（xiǎo）於0.9m³時，b為容積大於0.9m³時)。
    

圖2  測試布點圖

　　③校準點的選擇
　　一（yī）般新（xīn）購的電阻（zǔ）爐校準溫（wēn）度點應選擇使（shǐ）用範圍的下限、上限溫（wēn）度，使用中的可選擇上下（xià）限間的（de）任（rèn）意溫度（dù），也（yě）可根據用戶需要選擇實際（jì）常用的溫度點，從而也（yě）方便進行溫度均勻度的校準。

　　④溫度校準
　　將被校準電（diàn）阻（zǔ）爐的溫控儀設定到所要求的標（biāo）稱溫度，通常由低溫到高溫，使電阻爐正常工作，穩定後開始讀數，每2min記錄所有測試點的溫度1次，在30min內共測試15次。測量得到的數值進行修（xiū）正後即為實際溫度，對於體積較小的電阻爐，可隻校準電阻爐的溫度（dù）偏差。

　　⑤數據處理
　　a.溫度偏差的（de）計算
    Δt=t_d-t₀
    式中:Δt——溫（wēn）度偏差，℃；t_d——被校電阻爐溫控儀顯示(指（zhǐ）示)平均溫度，℃；t₀——標準熱電偶在中心點n次測量的平均值，℃。

　　注:標準熱電偶所測溫度點對應的（de）毫伏值為標準顯（xiǎn）示儀表顯示（shì）毫伏值與數字（zì）溫度計顯示溫度對應毫（háo）伏值之和，通過查熱電偶分度表可得出標準熱電偶（ǒu）每次（cì）所測的溫度值。
    b.溫度均勻度的計算
    每次測量（liàng）中實測最高溫度（dù）與（yǔ）最低（dī）溫度之差的算術平（píng）均值如下（xià）:
    
    式中（zhōng）:Δt_u——溫度（dù）均勻度，℃；n——測量次數；t_i——各校準點在第（dì）i次測得的最高溫度（dù），℃；t_i——各校（xiào）準點在第i次（cì）測（cè）得的最低溫度，℃。
    (4)係統校準的優點
    ①校準（zhǔn）人員攜標準器現場校準，避免了用（yòng）戶拆卸（xiè）送檢的麻煩。校準工（gōng）作在1個工作日內完成，節約了大量的停爐時間。
    ②不管測溫元件或二次儀表示值是否（fǒu）超差，隻要整體（tǐ）計量性能滿足用戶要求（qiú），就可繼（jì）續使用。與傳統檢定必須滿足檢定規程要求有本質（zhì）區別。
    ③測溫元件不管是熱（rè）電阻還是熱電偶，也不管標準型號與否，測溫儀表是指針或是數顯，隻要使用範圍在0℃～1600℃以內，都可以用此種（zhǒng）方法（fǎ）對其溫度示值進（jìn）行校準（zhǔn）。
    ④校準時，標準熱（rè）電偶測（cè）量（liàng）端置於電阻爐內樣品分析位置附近，能夠測出樣品區域的真實溫度。直接與電阻爐二次儀表顯示值比較，能（néng）更合理地評價整個電阻爐的溫度計（jì）量性能。
    (5)係統整體校準過程中應注意的問題
    ①標準熱電（diàn）偶裝爐、接線均在電阻爐斷（duàn）電情況下（xià）進行，檢查接線無（wú）誤後，方可開啟電阻爐升溫。
    ②標準熱電偶測量端要（yào）置於樣品分析位置附近，但不能觸及樣品或（huò）爐內壁，以防汙染或損壞標準熱電偶。
    ③溫度達到控溫點後，為使爐（lú）溫均勻、穩定，需控溫30min後再進行讀數。由於電阻爐二次儀表與毫伏（fú）表顯示不同步，因此，每個回合讀數時要讀取毫伏表的最高、最（zuì）低（dī）值，相應地讀取（qǔ）二次（cì）儀表顯示的最高、最低值。
    ④測量爐（lú）溫均勻度（dù）必須（xū）在空載的情況下，達到熱穩定狀態時進行。對具有風扇的電阻爐，在測量期間風扇要正常工作。
    ⑤如果示值誤（wù）差偏大，就要檢查爐（lú）子工作是否正（zhèng）常。例如，為防止控製儀表熱電偶的不鏽鋼保護管與（yǔ）爐絲短接，在控製儀表熱電偶上又（yòu）套了一個絕緣瓷管，這樣要剪短絕緣瓷管，以免使控製（zhì）儀表熱電偶的實際（jì）露（lù）出長度短於熱電（diàn）偶保護管的8～10倍；爐壁上（shàng）插控製儀表熱電偶的（de）孔（kǒng）密封要（yào）嚴密（mì），以防附近區域（yù）熱量散失。實際情況下（xià），采取一定措施可以使示值誤差絕對值較大的爐溫現場（chǎng）校正值減小。
    ⑥校準結束後，為避免損壞熱電偶或縮短熱電偶的壽命，不能迅速取出標準熱電偶，也（yě）不能迅速打開爐（lú）門（mén），因為急冷急熱會損壞爐（lú）膛。

　　三、結束語

　　應（yīng）用本校準方法，對多家技術（shù）中心與企（qǐ）業化（huà）驗室的多台箱式（shì）、管式及其他類型的電阻爐進行了校準，校準結果（guǒ）令用戶滿（mǎn）意。開展控溫電阻爐（lú）校準工作，不但解決了此類（lèi）溫度計量設（shè）備的溯源問題，保證了溫度計量的量值（zhí）準確（què），也提高了工（gōng）作效率（lǜ），滿足了生產需求。