实验高温电炉温度系统的综合标定

　　0　引言

　　高温电炉是实验室常用的工具之一,从事材料研究的部门更是离不开它。我院有硅钼棒高温炉十几台,由于各台炉子的使用情况、工作年限的不同,仪表显示的温度与实际温度都存在一定的差异,控温偏差高达80℃[1],这就造成两个问题的存在,一是不同高温炉烧出的样品失去了可比性,给科研增加了困难,甚至产生误导;二是高温炉失去了其原有的通用性,造成了设备资源的浪费,使高温炉的利用率降低。

　　采用一种比较准确的标定方法,对高温炉进行标定,就能排除不同炉子之间的差异,使所有的炉子误差都统一到标定方法所产生的误差上来,这样就可以解决上述两个问题,给科学研究带来很大的方便。

　　1　硅钼棒炉的工作原理[2]

　　硅钼棒炉主要是由炉体和炉温控制系统两部分组成,单相硅钼棒炉,采用的是交流调压系统对炉温进行控制。它采用移相触发电路,通过改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率,达到控制电炉温度的目的。它的前级配用温度指示调节仪表,检测端配有B型热电偶,能对电炉的温度进行测量、指示及自动控制。炉体内有硅钼棒(发热元件)和热电偶(感温元件),热电偶输出的毫伏值通过PID调节器,与电路中的电压负反馈信号反相叠加,叠加后的信号大小控制着充放电电容充放电的速度,从而改变了可控硅触发信号的大小。当输出电流增大时,负反馈信号也增大,则可控硅的触发信号减小,使输出电流减小,反之亦然,从而增加了控制系统的稳定性。

　　2　硅钼棒炉温度系统误差分析

　　由硅钼棒炉的工作原理可以看出,其温度误差主要是由热电偶和温度指示调节仪表产生的。

　　2. 1　热电偶产生的误差

　　热电偶是根据塞贝克(Seeback)效应来测量温度的。将两种不同材料的导体A、B连成闭合回路,如果使两个接点处于不同的温度T0、T,则回路中就有电动势出现,称为热电势,这一现象称为热电效应。热电势是温度T0和T的函数,恒定接点温度T0,则热电势是温度T的单值函数,只要测得热电势的大小,便可得到被测温度T[3]。热电偶产生误差的主要因素有:

　　1)热电偶不稳定性的影响[4],不稳定性就是指热电偶的分度值随使用时间和使用条件的不同而引起的变化。大多数情况下,它可能是不准确性的主要原因。影响不稳定性的因素有:热电极在高温下挥发、氧化、还原、脆化、结晶、玷污等。

　　2)不均匀性的影响,一般来说热电偶若是由均质导体制成的,则其热电势只与两端的温度有关,若热电极材料不是均匀的,且热电极又处于温度梯度场中,则热电偶会产生一个附加热电势,其大小取决于沿热电极长度的温度梯度分布状态,材料的不均匀形式和不均匀程度及热电极在温度场中所处的位置。