鎧裝熱電偶校準用熱電偶校驗爐探析

摘要：隨著(zhù)我國經(jīng)濟建設腳步的不斷加快，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，規范校準用校驗爐，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過(guò)程中具有極佳的技術(shù)性能，而所運用的方式一般都為內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)得到應用，在以前的鎧裝熱電偶的應用過(guò)程中，所應用到的校準一直都是裝配式熱電偶的校準方法及設備。而對于校驗爐所要求的溫度場(chǎng)，一般相對應的檢定規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攝氏度的均勻溫區不得小于60mm。
　　為了能夠保證鎧裝熱電偶校準能夠符合規范的相關(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不確定度進(jìn)行減少，以此為基礎進(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，而相應的插孔溫度均勻溫區也較寬，同時(shí)，其自身的溫度穩定性也非常好。
1原有校驗爐存在的問(wèn)題
　　以前的校驗爐的爐體使用的是臥式管狀加熱爐結構，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域獲取較寬的等溫工作區。同時(shí)，此種校驗爐在實(shí)際的應用過(guò)程中存在著(zhù)嚴重的問(wèn)題，其中最主要的問(wèn)題就是等溫區距離太短，因此，在進(jìn)行校準工作時(shí)，不僅被檢熱電偶向外導熱會(huì )對實(shí)際溫度場(chǎng)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(huì )導致熱電偶檢驗結果產(chǎn)生-定的誤差。對于上述影響來(lái)說(shuō)，具體的可以表現為校驗爐與各個(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
　　對于校驗爐及被檢熱電偶間的熱交換狀況和熱平衡點(diǎn)，校驗爐工作區溫度場(chǎng)的變化對其結果產(chǎn)生影響。具體來(lái)說(shuō)，溫度場(chǎng)的變化導致的最直接結果就是對標準熱電偶及被校熱電偶測量端的溫度產(chǎn)生影響，使之出現差異，而隨著(zhù)位置的變化,其溫度也會(huì )出現差異。進(jìn)行裝配式熱電偶校準時(shí)，首先需要做的工作就是要對保護管進(jìn)行拆卸，進(jìn)而將熱電極以及絕緣管與標準熱電偶放置在校驗爐中進(jìn)行對比。通過(guò)一定的比較可以知道，標準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(huì )造成非常大的不確定性。當校準鎧裝熱電偶的校準直徑非常大時(shí)，熱電偶的測量端節點(diǎn)就會(huì )因為其在金屬保護管中，進(jìn)而出現標準熱電偶的測量端就需要非常大的距離，這樣就會(huì )造成溫度差的出現。在進(jìn)行實(shí)際的校準過(guò)程中，當被校鎧裝熱電偶被扎到一塊時(shí)，此時(shí)就會(huì )造成軸向導熱現象的出現，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中，會(huì )存在徑向對流現象的出現，這就會(huì )導致在一個(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
　　當熱溫區特別小時(shí)，被檢熱電偶和校驗爐自身的對外傳熱都會(huì )造成實(shí)際的溫場(chǎng)發(fā)生變化，進(jìn)而造成對熱電偶檢驗結果的影響。對于相同溫度點(diǎn)來(lái)說(shuō)，不同時(shí)間進(jìn)行的測試，所得出的溫度點(diǎn)也會(huì )存在差異，這是因為在不同的時(shí)間，校驗爐的熱平衡點(diǎn)是不一樣的。因此，在實(shí)際的熱電偶檢驗過(guò)程中，通常情況下都是后來(lái)進(jìn)行測量所得出的實(shí)驗數據都要比上一次測量所得出的實(shí)驗數據數值高。對于上述出現的現象來(lái)說(shuō)，都會(huì )增加鎧裝熱電偶校準時(shí)的不確定性。而通過(guò)諸多實(shí)驗，我們可得知，在重新捆扎校準鎧裝熱電偶時(shí)，所得出的校準數據范圍在1K左右。同時(shí)，這也是當前許多熱電偶生產(chǎn)廠(chǎng)商和用戶(hù)及計量部門(mén)的檢測數據在很多情況下都不一樣的原因。當校驗爐自身的等溫區足夠大時(shí)，才能夠確保被檢驗的熱電偶和校驗爐自身對外的導熱均不會(huì )對熱電偶檢驗結果產(chǎn)生影響，而校驗爐不等溫分布區域的熱平衡點(diǎn)及被校及標準熱電偶之間的位置變化都不會(huì )對試驗值造成影響。
2精密熱電偶校驗爐的設計
2.1精密熱電偶校驗爐設計思路
　　根據上述校對校驗爐存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析可以知道，對精密熱電偶校驗爐進(jìn)行設計的過(guò)程中需要進(jìn)行三個(gè)方面的改進(jìn)工作，具體如下:
1)需要對精密熱電偶校驗爐進(jìn)行內外=級爐體結構及控溫系統的應用，這樣就能夠有效的保證對等溫工作區域的擴大，同時(shí)，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。當外級的工作溫度能夠與內級的工作溫度非常接近時(shí)，就能夠保證內級的傳熱會(huì )降到最低，由此可確保校驗爐的均溫工作區較寬。
2)對于精密熱電偶校驗爐來(lái)說(shuō)，要想在校準試驗中確保熱電偶校驗爐的數據離散性的減小，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果的-致性得到有效的提高。
3)在實(shí)際的校驗過(guò)程中，想要保證對被校熱電偶對外導熱影響的降低，還可以進(jìn)行不長(cháng)加熱器的設置，具體的做法就是將補償加熱器設置在校驗爐爐口的位置。
2.2熱電偶校驗爐溫度控制
　　校驗爐是由控溫熱電偶所配用數字溫度控制儀來(lái)指示和控制工作溫度。對于工作區的爐管和均溫塊的溫度來(lái)說(shuō)，其是由不同的控溫熱電偶進(jìn)行檢測，我們可以將它們按順序分為控溫熱電偶1及控溫熱電偶2，利用數字溫控儀來(lái)實(shí)現控制，分別為輸出1、2;其后再通過(guò)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(guò)程中的溫度相比，都較低，這樣才能保證均溫塊在工作過(guò)程中對外熱傳導現象的出現，進(jìn)而從根本上做到了對校驗爐工作區域溫度均勻性的提高。
3結束語(yǔ)
　　綜上所述，相對于傳統的熱電偶校驗爐，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規范對熱電偶校驗爐提出的相關(guān)要求。