鎧裝熱電偶校準(zhǔn)用熱電偶校驗(yàn)爐探析

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)腳步的不斷加快，各個(gè)行業(yè)得到了飛速的發(fā)展，鎧裝熱電偶也得到了廣泛的應(yīng)用。在此條件下，就需要運(yùn)用最新的方法進(jìn)行鎧裝熱電偶校準(zhǔn)，規(guī)范校準(zhǔn)用校驗(yàn)爐，所以，就需要進(jìn)行精密熱電偶校驗(yàn)爐的研究。運(yùn)用一定的方法進(jìn)行校驗(yàn)爐的使用，可以有效的保證熱電偶校準(zhǔn)過程中具有極佳的技術(shù)性能，而所運(yùn)用的方式一般都為內(nèi)外二級(jí)溫度控制以及插孔安裝方式。
　　鎧裝熱電偶在很早以前就已經(jīng)得到應(yīng)用，在以前的鎧裝熱電偶的應(yīng)用過程中，所應(yīng)用到的校準(zhǔn)一直都是裝配式熱電偶的校準(zhǔn)方法及設(shè)備。而對(duì)于校驗(yàn)爐所要求的溫度場(chǎng)，一般相對(duì)應(yīng)的檢定規(guī)程都要保證最高均勻溫場(chǎng)中心和爐軸向幾何中心的偏離度在10mm以下，空載時(shí)，1攝氏度的均勻溫區(qū)不得小于60mm。
　　為了能夠保證鎧裝熱電偶校準(zhǔn)能夠符合規(guī)范的相關(guān)要求，所需要做的主要工作就是要盡可能的對(duì)熱電偶校準(zhǔn)不確定度進(jìn)行減少，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行研發(fā)，就研發(fā)出了符合要求的精密熱電偶校驗(yàn)爐，精密熱電偶校驗(yàn)爐具有非常寬的均勻溫區(qū)，而相應(yīng)的插孔溫度均勻溫區(qū)也較寬，同時(shí)，其自身的溫度穩(wěn)定性也非常好。
1原有校驗(yàn)爐存在的問題
　　以前的校驗(yàn)爐的爐體使用的是臥式管狀加熱爐結(jié)構(gòu)，而校驗(yàn)爐運(yùn)用的是單段的、制成距離不相等的加熱絲進(jìn)行加熱，這種加熱方式可以有效保證中心區(qū)域獲取較寬的等溫工作區(qū)。同時(shí)，此種校驗(yàn)爐在實(shí)際的應(yīng)用過程中存在著嚴(yán)重的問題，其中最主要的問題就是等溫區(qū)距離太短，因此，在進(jìn)行校準(zhǔn)工作時(shí)，不僅被檢熱電偶向外導(dǎo)熱會(huì)對(duì)實(shí)際溫度場(chǎng)產(chǎn)生影響，且校驗(yàn)爐自身對(duì)外的傳熱也同樣具有此作用，這就會(huì)導(dǎo)致熱電偶檢驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生-定的誤差。對(duì)于上述影響來說，具體的可以表現(xiàn)為校驗(yàn)爐與各個(gè)被檢熱電偶間的熱交換狀況不一致，同時(shí)，不同時(shí)間的熱平衡點(diǎn)存在一定的差異。具體的講，即:
1.1溫度場(chǎng)的影響
　　對(duì)于校驗(yàn)爐及被檢熱電偶間的熱交換狀況和熱平衡點(diǎn)，校驗(yàn)爐工作區(qū)溫度場(chǎng)的變化對(duì)其結(jié)果產(chǎn)生影響。具體來說，溫度場(chǎng)的變化導(dǎo)致的最直接結(jié)果就是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶及被校熱電偶測(cè)量端的溫度產(chǎn)生影響，使之出現(xiàn)差異，而隨著位置的變化,其溫度也會(huì)出現(xiàn)差異。進(jìn)行裝配式熱電偶校準(zhǔn)時(shí)，首先需要做的工作就是要對(duì)保護(hù)管進(jìn)行拆卸，進(jìn)而將熱電極以及絕緣管與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶放置在校驗(yàn)爐中進(jìn)行對(duì)比。通過一定的比較可以知道，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的測(cè)量端與被校熱電偶的測(cè)量端的溫度小到幾乎可以忽略不計(jì)，這樣也不會(huì)造成非常大的不確定性。當(dāng)校準(zhǔn)鎧裝熱電偶的校準(zhǔn)直徑非常大時(shí)，熱電偶的測(cè)量端節(jié)點(diǎn)就會(huì)因?yàn)槠湓诮饘俦Ｗo(hù)管中，進(jìn)而出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的測(cè)量端就需要非常大的距離，這樣就會(huì)造成溫度差的出現(xiàn)。在進(jìn)行實(shí)際的校準(zhǔn)過程中，當(dāng)被校鎧裝熱電偶被扎到一塊時(shí)，此時(shí)就會(huì)造成軸向?qū)岈F(xiàn)象的出現(xiàn)，進(jìn)而造成此時(shí)的溫場(chǎng)要比空載時(shí)的溫場(chǎng)環(huán)境惡化許多。同時(shí)，在臥式爐自身的工作區(qū)中，會(huì)存在徑向?qū)α鳜F(xiàn)象的出現(xiàn)，這就會(huì)導(dǎo)致在一個(gè)截面上，不同位置下的被校熱電偶的溫度也不一樣。要想真正確保校準(zhǔn)時(shí)徑向溫差的減小，則需要有效的使用均溫塊。
1.2不同時(shí)間熱平衡點(diǎn)的差異
　　當(dāng)熱溫區(qū)特別小時(shí)，被檢熱電偶和校驗(yàn)爐自身的對(duì)外傳熱都會(huì)造成實(shí)際的溫場(chǎng)發(fā)生變化，進(jìn)而造成對(duì)熱電偶檢驗(yàn)結(jié)果的影響。對(duì)于相同溫度點(diǎn)來說，不同時(shí)間進(jìn)行的測(cè)試，所得出的溫度點(diǎn)也會(huì)存在差異，這是因?yàn)樵诓煌臅r(shí)間，校驗(yàn)爐的熱平衡點(diǎn)是不一樣的。因此，在實(shí)際的熱電偶檢驗(yàn)過程中，通常情況下都是后來進(jìn)行測(cè)量所得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都要比上一次測(cè)量所得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)值高。對(duì)于上述出現(xiàn)的現(xiàn)象來說，都會(huì)增加鎧裝熱電偶校準(zhǔn)時(shí)的不確定性。而通過諸多實(shí)驗(yàn)，我們可得知，在重新捆扎校準(zhǔn)鎧裝熱電偶時(shí)，所得出的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)范圍在1K左右。同時(shí)，這也是當(dāng)前許多熱電偶生產(chǎn)廠商和用戶及計(jì)量部門的檢測(cè)數(shù)據(jù)在很多情況下都不一樣的原因。當(dāng)校驗(yàn)爐自身的等溫區(qū)足夠大時(shí)，才能夠確保被檢驗(yàn)的熱電偶和校驗(yàn)爐自身對(duì)外的導(dǎo)熱均不會(huì)對(duì)熱電偶檢驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，而校驗(yàn)爐不等溫分布區(qū)域的熱平衡點(diǎn)及被校及標(biāo)準(zhǔn)熱電偶之間的位置變化都不會(huì)對(duì)試驗(yàn)值造成影響。
2精密熱電偶校驗(yàn)爐的設(shè)計(jì)
2.1精密熱電偶校驗(yàn)爐設(shè)計(jì)思路
　　根據(jù)上述校對(duì)校驗(yàn)爐存在的問題進(jìn)行了分析可以知道，對(duì)精密熱電偶校驗(yàn)爐進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中需要進(jìn)行三個(gè)方面的改進(jìn)工作，具體如下:
1)需要對(duì)精密熱電偶校驗(yàn)爐進(jìn)行內(nèi)外=級(jí)爐體結(jié)構(gòu)及控溫系統(tǒng)的應(yīng)用，這樣就能夠有效的保證對(duì)等溫工作區(qū)域的擴(kuò)大，同時(shí)，還能夠保證對(duì)被校熱電偶及校驗(yàn)爐爐體自身對(duì)外傳熱影響的減小。當(dāng)外級(jí)的工作溫度能夠與內(nèi)級(jí)的工作溫度非常接近時(shí)，就能夠保證內(nèi)級(jí)的傳熱會(huì)降到最低，由此可確保校驗(yàn)爐的均溫工作區(qū)較寬。
2)對(duì)于精密熱電偶校驗(yàn)爐來說，要想在校準(zhǔn)試驗(yàn)中確保熱電偶校驗(yàn)爐的數(shù)據(jù)離散性的減小，就需要運(yùn)用插孔的方式進(jìn)行對(duì)熱電偶的安置，這樣就能夠保證每一支被校熱電偶與校驗(yàn)爐之間熱交換結(jié)果的-致性得到有效的提高。
3)在實(shí)際的校驗(yàn)過程中，想要保證對(duì)被校熱電偶對(duì)外導(dǎo)熱影響的降低，還可以進(jìn)行不長(zhǎng)加熱器的設(shè)置，具體的做法就是將補(bǔ)償加熱器設(shè)置在校驗(yàn)爐爐口的位置。
2.2熱電偶校驗(yàn)爐溫度控制
　　校驗(yàn)爐是由控溫?zé)犭娕妓溆脭?shù)字溫度控制儀來指示和控制工作溫度。對(duì)于工作區(qū)的爐管和均溫塊的溫度來說，其是由不同的控溫?zé)犭娕歼M(jìn)行檢測(cè)，我們可以將它們按順序分為控溫?zé)犭娕?及控溫?zé)犭娕?，利用數(shù)字溫控儀來實(shí)現(xiàn)控制，分別為輸出1、2;其后再通過可控硅進(jìn)行均溫塊及爐管加熱器加熱功率的控制。一般情況下，爐管的溫度和均溫塊工作過程中的溫度相比，都較低，這樣才能保證均溫塊在工作過程中對(duì)外熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的出現(xiàn)，進(jìn)而從根本上做到了對(duì)校驗(yàn)爐工作區(qū)域溫度均勻性的提高。
3結(jié)束語(yǔ)
　　綜上所述，相對(duì)于傳統(tǒng)的熱電偶校驗(yàn)爐，精密熱電偶校驗(yàn)爐在插孔溫度的均勻性和一致性以及工作溫度的穩(wěn)定性都得到很大提升。技術(shù)性能完全符合鎧裝熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范對(duì)熱電偶校驗(yàn)爐提出的相關(guān)要求。