热处理炉用热电偶测温精度分析说明

热处理炉用热电偶测温精度分析说明
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规程但没有热电偶高温计等测温系统的规程。因此对于测温系统的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。此种方法是离线的不能对测温系统进行在线整体。对于广泛应用的各种热电偶数字温度计的尚无标准。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法

关于测温系统的方法 目前有两种方式 :分立元件法和整体校准法。依据标准对热电偶的应在计量室进行。因此使用中的热电偶必须从安装位置取下来 送计量部门。有关热电偶的周期一般为半年在特殊情况下可依据使用条件确定。这种离线式方法存在的问题是:经过计量室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。热电偶在计量室时按规程要求 插入炉内的深度只有300mm。因此每支热电偶的结果确切的说只能体现或主要体现出从测量端开始 300mm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。

2)分流误差产生的条件。将直径 !)4.8 mm长度 25 m的铠装热电偶水平插入炉内 中间部位加热带的长度为20m温度为1 000℃。实验结果是 如果测量端温度高于中间部位温度则产生负误差;相反则产生正误差。如果测量端与中间部位的温差为200℃那么产生的分流误差约为100℃。如此大的误差是不能忽视的。

分流误差的产生条件与铠装热电偶种类和直径等的关系见表 1 影响因素条件

铠装热电偶的直径直径越细越容易产生误差。

中间部位的温度中间部位的温度过800℃容易产生分流误差。

中间部位加热带长度中间部位加热带越长越容易产生分流误差。

中间部位加热带位置中间部位加热带位置距离测量端越远越容易产生分流误差。

绝缘电阻绝缘电阻越低越容易产生分流误差。

热电偶丝电阻①K型与S型相比K型偶丝电阻比较大更容易产生分流误差。②外径相同的铠装热电偶偶丝越细越容易产生分流误差。

由以上分析可知分立元件法有诸多弊端因此建议好采用整体校准法。 

2测量系统整体校准法

以热电偶为传感器的测温系统的按照现行标准只能采用分立元件法。由上所述即使三者都合格组合起来并不一定合格。很久以前就有呼吁整体校准法。既对其测温系统进行得出整个系统的测量误差而且好能在现场校准。为此必须提供标准器即要有相对准确的现场效验仪同被测系统用现场使用的工业炉作为比较热源进行校准。因此首先要有相对标准的热电偶高温计还需要有标准作为依据

2.1尽快制定数字温度计规程

日本早在20世纪60年代已经有了热电偶高温计、热电阻温度计的工业标准。目前国内广泛应用的便携式数字温度计的各单位基本上都采用整体校准法只因尚无法可依只能参照热电偶或仪表的规程给出校准证书。为了给类似于数字温度计的现场校准仪提供证书必须尽快制定数字温度计的规程。

2.2现场校准仪的应用

目前市场广泛流行的数字温度计精度低不能用作现场校准仪。作为校准系统不仅准确度要高而且其准确度应该经过质量部门校准并带有校准证书。用户在购买用于现场校准的数字温度计时必须注意这点。

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     2.3分立元件与整体校准法的比较

(1)分立元件。

通常采用的分立元件法即分别对热电偶、补偿导线及仪表进行其测温系统的误差为:△ε="△21+△22+△23。式中:△1为热电偶的极限误差;△2为补偿导线的极限误差;△3为仪表的极限误差。

例如采用K型热电偶 精度为Ⅱ级取温度点1000℃误差为7.5℃对于K型热电偶补偿导线精度为B级误差为2.5℃记录仪与显示仪表的精度为0.5级误差为5℃。将各误差值代入上面的公式为:

ε=±"7.52+2.52+52=±综上所述采用分立元件法热处理炉测温系统的误差约为±9.35℃无法满足工艺要求有些单位购入的热电偶不就使用分散性更大测量的数据就更不可靠了难以指导生产。

2)整体校准法。

热处理炉用热电偶测温精度分析说明
    购置较好的测温仪一般整体校准精度在 0.4级以内即取1000℃为测温点其误差应该在±4℃以内。由此可见整体校准法测量精度远远高于分立元件法。因此应该广泛应用整体校准法进行热处理炉的测温系统校准。