鎧裝熱電偶校準(zhǔn)用熱電偶校驗爐探析

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)腳步的不斷加快，各個行業(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)用校驗爐，所以，就需要進(jìn)行精密熱電偶校驗爐的研究。運用一定的方法進(jìn)行校驗爐的使用，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，而所運用的方式一般都為內(nèi)外二級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。而對于校驗爐所要求的溫度場，一般相對應(yīng)的檢定規(guī)程都要保證最高均勻溫場中心和爐軸向幾何中心的偏離度在10mm以下，空載時，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爐，精密熱電偶校驗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，其自身的溫度穩(wěn)定性也非常好。
1原有校驗爐存在的問題
　　以前的校驗爐的爐體使用的是臥式管狀加熱爐結(jié)構(gòu)，而校驗爐運用的是單段的、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，此種校驗爐在實際的應(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，不僅被檢熱電偶向外導(dǎo)熱會對實際溫度場產(chǎn)生影響，且校驗爐自身對外的傳熱也同樣具有此作用，這就會導(dǎo)致熱電偶檢驗結(jié)果產(chǎn)生-定的誤差。對于上述影響來說，具體的可以表現(xiàn)為校驗爐與各個被檢熱電偶間的熱交換狀況不一致，同時，不同時間的熱平衡點存在一定的差異。具體的講，即:
1.1溫度場的影響
　　對于校驗爐及被檢熱電偶間的熱交換狀況和熱平衡點，校驗爐工作區(qū)溫度場的變化對其結(jié)果產(chǎn)生影響。具體來說，溫度場的變化導(dǎo)致的最直接結(jié)果就是對標(biāo)準(zhǔn)熱電偶及被校熱電偶測量端的溫度產(chǎn)生影響，使之出現(xiàn)差異，而隨著位置的變化,其溫度也會出現(xiàn)差異。進(jìn)行裝配式熱電偶校準(zhǔn)時，首先需要做的工作就是要對保護(hù)管進(jìn)行拆卸，進(jìn)而將熱電極以及絕緣管與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶放置在校驗爐中進(jìn)行對比。通過一定的比較可以知道，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的測量端與被校熱電偶的測量端的溫度小到幾乎可以忽略不計，這樣也不會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，熱電偶的測量端節(jié)點就會因為其在金屬保護(hù)管中，進(jìn)而出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的測量端就需要非常大的距離，這樣就會造成溫度差的出現(xiàn)。在進(jìn)行實際的校準(zhǔn)過程中，當(dāng)被校鎧裝熱電偶被扎到一塊時，此時就會造成軸向?qū)岈F(xiàn)象的出現(xiàn)，進(jìn)而造成此時的溫場要比空載時的溫場環(huán)境惡化許多。同時，在臥式爐自身的工作區(qū)中，會存在徑向?qū)α鳜F(xiàn)象的出現(xiàn)，這就會導(dǎo)致在一個截面上，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)時徑向溫差的減小，則需要有效的使用均溫塊。
1.2不同時間熱平衡點的差異
　　當(dāng)熱溫區(qū)特別小時，被檢熱電偶和校驗爐自身的對外傳熱都會造成實際的溫場發(fā)生變化，進(jìn)而造成對熱電偶檢驗結(jié)果的影響。對于相同溫度點來說，不同時間進(jìn)行的測試，所得出的溫度點也會存在差異，這是因為在不同的時間，校驗爐的熱平衡點是不一樣的。因此，在實際的熱電偶檢驗過程中，通常情況下都是后來進(jìn)行測量所得出的實驗數(shù)據(jù)都要比上一次測量所得出的實驗數(shù)據(jù)數(shù)值高。對于上述出現(xiàn)的現(xiàn)象來說，都會增加鎧裝熱電偶校準(zhǔn)時的不確定性。而通過諸多實驗，我們可得知，在重新捆扎校準(zhǔn)鎧裝熱電偶時，所得出的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)范圍在1K左右。同時，這也是當(dāng)前許多熱電偶生產(chǎn)廠商和用戶及計量部門的檢測數(shù)據(jù)在很多情況下都不一樣的原因。當(dāng)校驗爐自身的等溫區(qū)足夠大時，才能夠確保被檢驗的熱電偶和校驗爐自身對外的導(dǎo)熱均不會對熱電偶檢驗結(jié)果產(chǎn)生影響，而校驗爐不等溫分布區(qū)域的熱平衡點及被校及標(biāo)準(zhǔn)熱電偶之間的位置變化都不會對試驗值造成影響。
2精密熱電偶校驗爐的設(shè)計
2.1精密熱電偶校驗爐設(shè)計思路
　　根據(jù)上述校對校驗爐存在的問題進(jìn)行了分析可以知道，對精密熱電偶校驗爐進(jìn)行設(shè)計的過程中需要進(jìn)行三個方面的改進(jìn)工作，具體如下:
1)需要對精密熱電偶校驗爐進(jìn)行內(nèi)外=級爐體結(jié)構(gòu)及控溫系統(tǒng)的應(yīng)用，這樣就能夠有效的保證對等溫工作區(qū)域的擴(kuò)大，同時，還能夠保證對被校熱電偶及校驗爐爐體自身對外傳熱影響的減小。當(dāng)外級的工作溫度能夠與內(nèi)級的工作溫度非常接近時，就能夠保證內(nèi)級的傳熱會降到最低，由此可確保校驗爐的均溫工作區(qū)較寬。
2)對于精密熱電偶校驗爐來說，要想在校準(zhǔn)試驗中確保熱電偶校驗爐的數(shù)據(jù)離散性的減小，就需要運用插孔的方式進(jìn)行對熱電偶的安置，這樣就能夠保證每一支被校熱電偶與校驗爐之間熱交換結(jié)果的-致性得到有效的提高。
3)在實際的校驗過程中，想要保證對被校熱電偶對外導(dǎo)熱影響的降低，還可以進(jìn)行不長加熱器的設(shè)置，具體的做法就是將補(bǔ)償加熱器設(shè)置在校驗爐爐口的位置。
2.2熱電偶校驗爐溫度控制
　　校驗爐是由控溫?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，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外熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的出現(xiàn)，進(jìn)而從根本上做到了對校驗爐工作區(qū)域溫度均勻性的提高。
3結(jié)束語
　　綜上所述，相對于傳統(tǒng)的熱電偶校驗爐，精密熱電偶校驗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)范對熱電偶校驗爐提出的相關(guān)要求。