热处理炉用热电偶测温精度分析及改进

　　引 言

　　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。热电偶在计量室检定时, 按规程要求, 插入检定炉内的深度只有300 mm。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300 mm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。