箱式電阻爐減小爐溫穩(wěn)定度改造方法的探討與實踐

(邵陽市計量測試檢定所 湖南 邵陽 422000)

箱式電阻爐減小爐溫穩(wěn)定度改造方法的探討與實踐

海佳

(邵陽市計量測試檢定所湖南邵陽422000)

近年以來由于科學(xué)技術(shù)發(fā)展，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提高，各個企事業(yè)單位的各種實驗對電阻爐的爐溫穩(wěn)定度要求越來越高，而大量企事業(yè)單位在用的電阻爐已經(jīng)不適合新的實驗需求。本論文從理論分析出發(fā)在大量實踐的基礎(chǔ)上反復(fù)論證電阻爐改造方案并經(jīng)校準(zhǔn)檢定后確認(rèn)符合實驗電阻爐的爐溫穩(wěn)定度要求。文中對改造中獲得的經(jīng)驗和遇到的問題都做了闡述，為廣大企業(yè)節(jié)約了大量資金的同時符合了實驗需求。

電阻爐；爐溫穩(wěn)定度；改造方法

名詞解釋

爐溫穩(wěn)定度：箱式爐在校準(zhǔn)溫度下，達到熱穩(wěn)定狀態(tài)時，中心點上測得的最大最小值與平均值之差。簡而言之就是爐內(nèi)溫度達到熱穩(wěn)定狀態(tài)時在一定時間內(nèi)爐溫上下波動的范圍。

箱式電阻爐是分析實驗室常用設(shè)備，近年以來由于科學(xué)技術(shù)發(fā)展，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提高，各個企事業(yè)單位的各種實驗對電阻爐的控溫精確度度要求越來越高，有的實驗控溫精確度要求爐溫穩(wěn)定度在750℃至800℃時恒定在±4.0℃以內(nèi)。但本人在依據(jù)JJF 1376-2012《箱式電阻爐校準(zhǔn)規(guī)范》進行電阻爐校準(zhǔn)時發(fā)現(xiàn)邵陽市大多數(shù)企事業(yè)單位所使用的電阻爐爐溫穩(wěn)定度達到了±6℃至±17℃左右根本無法滿足實驗需求，但更換高控溫精度的電阻爐售價通常在5萬元至9萬元左右，進口的價格更是昂貴。這個價格使很多企事業(yè)單位尤其是中小企業(yè)無法承受。如何在花費不太高費用前提下對原有電阻爐進行技術(shù)改造使之達到實驗要求，成為了本市計量技術(shù)研究的重要課題之一。

然而一次正常的檢定工作為該項技術(shù)的探討提供了契機，今年5月在對湖南中南制藥進行電阻爐校準(zhǔn)時獲悉他們廠化驗室進行的一項實驗需要電阻爐溫度偏差和爐溫穩(wěn)定度不能超過±4.0℃。經(jīng)過檢定電阻爐中心點溫度偏差為±2.6℃，但爐溫中心點爐內(nèi)最大溫差達到±10.7℃。無法滿足實驗需求。中南制藥廠提出我所能否幫助他們改造電阻爐使其計量性能達到實驗需求。本人隨后承接了這一課題。

要進行電阻爐爐溫穩(wěn)定度改造，就必須先弄清現(xiàn)有電阻爐的結(jié)構(gòu)和原理。通過對中南制藥以及其他幾家企業(yè)的電阻爐的拆卸發(fā)現(xiàn)大多數(shù)企業(yè)在用的電阻爐使用的是位式控制系統(tǒng)控制器。電路主要分為主電路和控制電路兩部分，主電路是電源通過熔斷器和交流接觸器，接到電爐上?？刂齐娐肥怯晌皇綔囟蕊@示調(diào)節(jié)儀、交流接觸器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成。

經(jīng)過檢驗研究發(fā)現(xiàn)普通電子爐使用的位式控溫過程中，因電爐的輸出的功率不能連續(xù)調(diào)節(jié)，爐溫波動范圍大，控制質(zhì)量不高。同時，因交流接觸器通斷次數(shù)頻繁，會產(chǎn)生很大噪音和火花。通過交流接觸器觸點的又是大電流，觸頭容易燒壞，使接觸器經(jīng)常產(chǎn)生故障。

為了克服普通電阻爐的以上缺陷，本人翻閱了大量熱工學(xué)資料，并實地進行了多個型號高端電阻爐控溫裝置學(xué)習(xí)和研究參考。決定使用PID連續(xù)控制系統(tǒng)代替接觸器進行可行性試驗，PID連續(xù)控制系統(tǒng)可以使溫度的控制在無觸點的情況下進行，電爐的輸入功率不受反復(fù)通斷頻率的限制，因而容易實現(xiàn)電阻爐輸入功率的連續(xù)調(diào)節(jié)和爐溫的連續(xù)控制，提高了控制質(zhì)量。而PID連續(xù)控制系統(tǒng)可以分為移相觸發(fā)可控硅調(diào)壓式控制系統(tǒng)和過零觸發(fā)可控硅調(diào)功式控制系統(tǒng)兩種。通過實驗發(fā)現(xiàn)移相觸發(fā)可控硅調(diào)壓式控制系統(tǒng)控制精度可以達到要求但有一個致命的缺陷，由于采用移相觸發(fā)，在負(fù)載上得到的電壓是一種有缺角的正弦波，這樣就會引起電源波形畸變，影響周圍的其他實驗儀器的正常工作。而實驗室電子爐安裝位置勢必有其他精密儀器，所以這一方案被否決(假如電阻爐周圍沒有其他儀器，也可采用移相觸發(fā)方案，此方法費用更為低廉)。過零觸發(fā)可控硅調(diào)功式控制系統(tǒng)成為我選定的實驗方案。

過零觸發(fā)可控硅調(diào)功式控制系統(tǒng)就是觸發(fā)信號發(fā)生在電源電壓過零時，觸發(fā)可控硅使其導(dǎo)通。由于采用了過零觸發(fā)，因而導(dǎo)通時的輸出波形為完整的正弦波，這樣就不存在電源波形畸變以及隨之而來的干擾問題。將可控硅以開關(guān)的狀態(tài)串聯(lián)在電源與加熱負(fù)載之間，改變給定周期內(nèi)的通電與斷電時間之比，就能達到調(diào)節(jié)輸出功率大小的目的。

在實際改裝時我采用加裝一個臺泉KEC-C700型PID數(shù)顯智能溫度控制儀和一個漢美AP150A型可控硅調(diào)功器，具體安裝原理圖見附件一。設(shè)定好所需溫度后，電阻爐溫度由由熱電偶測出，溫度信號送往KEC-C700型PID數(shù)顯智能溫度控制儀，溫度偏差經(jīng)過運算后，輸出4-20mA的直流信號，AP150A型可控硅調(diào)功器接受信號后從過零脈沖輸出與輸入信號的一系列過零脈沖去觸發(fā)可控硅，改變可控硅通斷時間之比，從而調(diào)節(jié)電爐的輸入功率大小，實現(xiàn)對爐溫的控制。如果爐溫低于設(shè)定值KEC-C700型PID數(shù)顯智能溫度控制儀輸出直流電流增加(4-20mA之間)，AP150A型可控硅調(diào)功器接受信號后，斷開時間減少，過零脈沖數(shù)增加，電爐上得到的正弦波數(shù)目也增加，即電阻爐輸入功率增大，爐溫上升。爐溫達到設(shè)定值時，KEC-C700型PID數(shù)顯智能溫度控制儀輸出電流使AP150A型可控硅調(diào)功器保持一定接通時間，使電阻爐獲得的功率恰能與所支出的熱量平衡，爐溫即可穩(wěn)定在給定數(shù)值。

改裝單相5KW電阻爐設(shè)備清單：

方案1、交流移相電壓調(diào)節(jié)

a.智能溫度控制器REX-C700(4-20mA) 價格90元。

b.無觸點智能單相調(diào)壓開關(guān)KSG1-60A型 價格98元。

方案2交流過零觸發(fā)調(diào)功

a.臺泉KEC-C700型PID數(shù)顯智能溫度控制儀 價格：90元

b.漢美AP150A型可控硅調(diào)功器 價格：393元。

此外在實際改裝操作中我得出以下經(jīng)驗也希望引起大家注意。

1.配件選型陽性負(fù)載留1倍(即40A負(fù)載要用80A)，感性負(fù)載預(yù)留5倍

2.負(fù)載5A以上要配散熱器，60A以上要加風(fēng)冷，輸出嚴(yán)禁短路，螺絲要適當(dāng)擰緊。

3.只能控制陽性負(fù)載及非動力型感性負(fù)載，需接上負(fù)載萬用表才能測試真實數(shù)據(jù)。

改造完成后我們需要通過檢測校準(zhǔn)來證實改造后的電阻爐是否達到實驗需求爐溫穩(wěn)定度±4.0℃以內(nèi)，我們把電阻爐溫度升至800℃，使其溫度穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶測溫點放在電阻爐熱電偶測溫點10mm以內(nèi)，每3分鐘測溫一次，記錄20次。取20次內(nèi)最大值和最小值與平均值之差為爐內(nèi)最大溫差。

希望各位同仁在本文中能有所得，但本人才疏學(xué)淺，以上乃本人一點淺見，望各位老師同仁不吝指教。

[1]JJF 1376-2012.箱式電阻爐校準(zhǔn)規(guī)范.

海佳(1978-)，男，回族，湖南邵陽，副主任，助理工程師，本科，邵陽市計量測試檢定所。