熱電偶退火爐校準方法

[摘要]熱電偶退火爐用于貴金屬熱電偶(B型、S型、R型熱電偶)的檢定前退火。JJG75-1995《標準鉑銠10-鉑熱電偶》JJG167--1995《標準鉑銠30-鉑銠6熱電偶》、JJG141--2013《工作用貴金屬熱電偶》等檢定規程均要求熱電偶退火爐有一段均勻溫場(chǎng):從測量端起不小于400mm長(cháng)的一段處在(1100±20)℃。然而目前沒(méi)有通用的測試方法。熱電偶退火爐的校準方法,并對其溫度偏差的校準結果進(jìn)行了不確定度分析。
　　熱電偶退火爐通過(guò)電流繞絲加熱爐管產(chǎn)生熱量,其傳熱方式為輻射傳導對流等。熱電偶退火爐主要用于檢定標準鉑銠10-鉑熱電偶、標準鉑銠30-鉑銠6熱電偶、工作用貴金屬熱電偶的爐內退火。
熱電偶退火爐主要由爐體和控制器組成。兩者既可各自獨立，也可組合為一體。爐體一般為臺式,由耐高溫陶瓷、加.熱元件(包括耐火層和保溫層)以及爐殼等組成。熱電偶退火爐長(cháng)度約1000mm,工作腔尺寸一般為φ40mmx1000mm,上限溫度為1200℃,退火過(guò)程的使用溫度為1100℃。
　　對于熱電偶現行有效的檢定規程包括:JJG75--1995《標準鉑銠10-鉑熱電偶》、JJG167-1995《標準鉑銠30-鉑銠6熱電偶》和JJG141--2013《工作用貴金屬熱電偶》。根據規程規.定:熱電偶退火爐應有(1100+20)℃均勻溫場(chǎng),均勻溫場(chǎng)長(cháng)度應大于400mm,均勻溫場(chǎng)的一端距爐口應小于100mm。
1校準方法
1.1校準用標準器及配套設備
　　校準用標準器及配套設備見(jiàn)表1,也可用擴展不確定度滿(mǎn)足要求的其他設備。
 
1.2校準項目
　　溫度偏差。
1.3校準方法
　　將直徑20mm的瓷管放在退火爐爐內,用兩支標準偶分別作為移動(dòng)偶和監控偶。移動(dòng)偶從爐子的一側放人爐中心軸線(xiàn)上,監控偶放在瓷管與爐管之間,測量端分別處于爐中心截面的徑向上,監控偶監視爐溫變化。移動(dòng)偶和監控偶的參考端分別與導線(xiàn)的一-端連接放人冰點(diǎn)恒溫器內，導線(xiàn)的另一端與轉換開(kāi)關(guān)連接,再用測量線(xiàn)連接電測儀器(見(jiàn)圖1)?？販嘏?從爐子的另一側放人爐內中心軸線(xiàn)上,測量端處于爐中心,參考端與控溫儀表相連。
 
然后,在控溫儀表上設定溫度1100℃。當退火爐處于穩定狀態(tài)時(shí)開(kāi)始測量。測量時(shí)分別讀取中心0mm位置監控偶和移動(dòng)偶的數據,然后移動(dòng)移動(dòng)偶至100mm、200mm、300mm..400mm的位置,切換轉換開(kāi)關(guān)至相應的位置,待電測儀器穩定后,分別對監控偶和移動(dòng)偶進(jìn)行讀數。在各個(gè)位置依次測量1次后,再將移動(dòng)偶從400mm.300mm、200mm、100mm、0mm移動(dòng),對監控偶、移動(dòng)偶在每個(gè)位置依次進(jìn)行讀數,循環(huán)二次,取平均值為實(shí)測值。
1.4溫度偏差數據處理
 
　　其中,ti為第i個(gè)位置移動(dòng)偶的實(shí)際值,℃;`tij為第j個(gè)位置移動(dòng)熱電偶的平均值,℃;δtbj為監控偶在第j個(gè)位置讀數與0位置讀數的差值,℃;txj為第j個(gè)測試點(diǎn)標準熱電偶的修正值,℃;△t為溫度偏差,℃。
　　按照操作過(guò)程,根據公式(1)計算各位置的實(shí)際值,取其最大值作為溫度偏差,然后按公式(2)計算求得退火爐溫度偏差。
2熱電偶退火爐溫度偏差的計算示例
　　設定溫度1100℃,在距爐中心400mm的位置上，移動(dòng)偶.兩次循環(huán)測量的平均值(tij)為1091.2℃,監控偶的波動(dòng)(δtbj)
溫度偏差為:
 
3熱電偶退火爐溫度偏差測量不確定度評定
3.1校準方法
　　將移動(dòng)標準熱電偶和控溫熱電偶按照圖1的要求放置在退火爐內，然后升至設定溫度(1100℃),待爐內達到溫度并處于穩定狀態(tài),測量各個(gè)位置的溫度。下面對退火爐溫度偏差校準結果進(jìn)行不確定度評定。
3.2數學(xué)模型
 
3.4計算在各位置測試點(diǎn)測得的實(shí)際溫度與設定溫度之差的不確定度
3.4.1輸人量`tij重復性測量引人的不確定度u(tij1)
　　在退火爐校準溫度為1100℃時(shí),進(jìn)行重復測量。測溫儀器得到各個(gè)位置測試點(diǎn)的測量值,每個(gè)測試點(diǎn)讀數分別為tij，...t4j其平均值記為`tij。
　　本次不確定度評定以0mm位置為例,10次重復性測量，用A類(lèi)方法進(jìn)行評定,其計算結果見(jiàn)表2。
 
　　實(shí)際測量以4次測量值的平均值作為測量結果，故:
 
3.4.2轉換開(kāi)關(guān)引人的標準不確定度u(`tij2)
　　經(jīng)測試轉換開(kāi)關(guān)引人的誤差為±0.1℃,采用B類(lèi)評定方法進(jìn)行評估。按矩形分布考慮,包含因子k=√3,半寬度,α=1.0μV,則標準不確定度為:
 
3.4.3熱電偶參考端溫度偏差引人的標準不確定度u(`tij3)
　　在冰點(diǎn)器中裝人蒸餾水制成的冰水混合物。經(jīng)測試，冰點(diǎn)器溫差為±0.1℃,采用B類(lèi)評定方法進(jìn)行評估。按矩形分.布考慮,包含因子k=√3,半寬度為0.1℃,則標準不確定度為:
 
3.4.4在各個(gè)位置測試點(diǎn)爐溫的波動(dòng)引入的不確定度u(δ`tij)
　　根據實(shí)際測量在各個(gè)位置測試點(diǎn)爐溫的波動(dòng)按±0.4℃計算,按均勻分布考慮,包含因子k=√3,取半寬為0.4℃,則標準不確定度為:
 
3.4.5溫度校準裝置修正值引人的不確定度u(txj)
　　從校準證書(shū)中可知,溫度校準裝置修正值的擴展不確定度為0.5℃(k=2),標準不確定度為:
 
3.4.6標準不確定度分量匯總
　　標準不確定度分量匯總見(jiàn)表3。
 
3.4.7溫度偏差(△t)的測量不確定度
 
4熱電偶退火爐使用時(shí)的注意事項
1)熱電偶退火爐使用時(shí),需配置專(zhuān)用的控溫儀或相關(guān)的溫度控制設備,不可直接接人220V電源使用。
2)爐膛內應保持清潔,熱電偶裝好后,爐口應用耐火材料封堵。
3)熱電偶退火爐長(cháng)期不用時(shí),應放于干燥通風(fēng)處保存,再次使用時(shí)應先烘干,烘干時(shí)將爐溫升至600℃左右,恒溫2小時(shí)后方可使用。
4)為了安全,熱電偶退火爐必須可靠接地。