箱式電阻爐校準方法中存在的問題及解決方法

/ 臨汾市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試所

0 引言

箱式電阻爐，俗稱馬弗爐，其原理是利用電阻絲、加熱管或者加熱棒對爐體內(nèi)部進行加熱，使其達到300 ℃至1 300 ℃甚至更高的溫度，繼而對放入其中物體熔化、分解、灰分等化學(xué)分析或?qū)嶒灥裙ぷ鱗1-2]。箱式電阻爐結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜，使用方便，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化工、儀器儀表、實驗室、工礦企業(yè)、科研單位，用作化學(xué)分析、物理測量、鋼件熱處理、高溫滅菌等，具有體積小、升溫快、熱損耗小、均勻性好、維修方便、使用安全等優(yōu)點[3]。

1 箱式電阻爐校準方法及存在的問題

1.1 箱式電阻爐校準方法

由于箱式電阻爐的廣泛應(yīng)用，其計量準確性也受到企事業(yè)單位的高度重視[4]。目前對箱式電阻爐的校準工作依據(jù)的是JJF 1376-2012《箱式電阻爐校準規(guī)范》。校準規(guī)范中7.3.3測溫點的布置中要求按箱式電阻爐容積大小分為兩種方式來確定。當容積不大于0.15 m3時，箱式電阻爐測溫點的布置根據(jù)箱式電阻爐測溫區(qū)的尺寸，設(shè)計測溫架（可用耐高溫合金材料）的大小和形狀，確定5個測溫點[5]。將5個測溫點分別置于測溫區(qū)的中心點（作為監(jiān)控點）和前下左、前上右及后上左、后下右四個端角，如圖1所示。當容積大于0.15 m3時，根據(jù)箱式電阻爐測溫區(qū)的尺寸，設(shè)計測溫架的大小和形狀，確定9個測溫點。將8個測溫點分別置于測溫區(qū)的八個端角上，另一個測溫點（作為監(jiān)控點）置于距控溫熱電偶測量端延伸方向不超過150 mm的測溫區(qū)內(nèi)，如圖2所示。

圖1 小容積箱式電阻爐測溫點布置圖

圖2 大容積箱式電阻爐測溫點布置圖

1.2 箱式電阻爐校準過程中遇到的困難

1.2.1 箱式電阻爐校準操作中遇到的困難

經(jīng)過對箱式電阻爐校準方面的一些實際操作，發(fā)現(xiàn)在具體校準中的一些問題，因此，對校準規(guī)范中涉及的傳感器布置方法提出一些看法。筆者認為如果完全按照校準規(guī)范中的要求進行測溫點的布置，做到布點尺寸準確其實是很困難的。有時候不僅布置9支熱電偶，即便是布置5支熱電偶都是不容易實現(xiàn)的，而且測量數(shù)據(jù)的準確性也會受到懷疑。

1.2.2 測溫點具體布置方面的困難

箱式電阻爐測溫點的具體布置方面，在實際檢測中發(fā)現(xiàn)對于目前國內(nèi)使用的大多數(shù)箱式電阻爐，由于其溫度均勻性、穩(wěn)定性等技術(shù)要求，工作空間都比較小，布置5個或9個測溫點都很難實現(xiàn)。再加上爐門較厚，并向爐內(nèi)凸出，以起到保溫的效果，而熱電偶材質(zhì)較硬，能夠長時間測量高溫的熱電偶直徑一般也不會小于2 mm。在這種情況下，要想將熱電偶測量端按規(guī)定放入箱式電阻爐爐膛內(nèi)，而將熱電偶的參考端引出爐外，操作是極其困難的。如果是一根熱電偶還是可以控制的，但對于5根熱電偶同時從爐內(nèi)引出，想要正常將爐門關(guān)閉，是十分困難的。如果強行關(guān)閉，熱電偶就會由于受到爐門的拉拽而錯位，不能按照原先布置好的尺寸進行測量，也有可能因為熱電偶之間相互短路而影響校準結(jié)果的準確性。如果不將爐門關(guān)嚴，將影響爐內(nèi)溫場的均勻性和穩(wěn)定性，也就失去了校準的意義。

1.2.3 箱式電阻爐設(shè)計存在的問題

箱式電阻爐設(shè)計時，沒有考慮后期校準。隨著市場的發(fā)展，各種新式的箱式電阻爐層出不窮，其中有一種箱式電阻爐加熱的電阻絲是裸露在爐膛內(nèi)的。如果直接按照校準規(guī)范中圖示的方法進行布點，由于測量熱電偶的導(dǎo)電性，極有可能因為熱電偶與加熱電阻絲的短接而造成校準設(shè)備的損壞或校準人員受傷。還有一種箱式電阻爐具有保護功能，當爐門打開的時候，自動斷電，停止加熱。這種保護功能，有效地保護了操作人員，但也給校準工作帶來了問題。當熱電偶從爐門穿出時，爐門和爐體之間一定會留有縫隙，此時斷電保護功能就會啟動，自動斷開電路，箱式電阻爐停止加熱，校準工作也就無法進行。

2 解決辦法

2.1 設(shè)計測溫架

可以設(shè)計箱式電阻爐校準專用測溫架，如圖3所示，在一個裝有圓錐形柱體的支座上面設(shè)置9個能夾持測量熱電偶的測溫用支撐桿，所采用的測溫用支撐桿是可以旋轉(zhuǎn)和自由伸縮的。如果采用箱式電阻爐校準專用測溫架，就可以對現(xiàn)有的大多數(shù)常用規(guī)格的箱式電阻爐進行溫度測量。與校準規(guī)范中提到的測溫方法比較，不僅具有能夠同時夾持多個熱電偶來進行測溫的特點，還具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、制作成本低、并適合于多種規(guī)格和尺寸的箱式電阻爐的溫度測量等優(yōu)點[6]。

根據(jù)箱式電阻爐測溫區(qū)的尺寸選擇布點，將校準時熱電偶測溫端夾持在箱式電阻爐校準專用測溫架夾頭上，然后將箱式電阻爐校準專用測溫架和熱電偶的測溫端一起放入箱式電阻爐爐膛內(nèi)。只要調(diào)節(jié)伸縮式金屬桿的長度和球頭支座的旋轉(zhuǎn)角度，就可以使各個熱電偶的測溫端布置在規(guī)范中要求的位置上，然后把熱電偶參考端置于箱式電阻爐外面，關(guān)閉爐門，打開通電開關(guān)，將箱式電阻爐設(shè)定在規(guī)定的溫度。等到爐溫達到設(shè)定溫度，并進入穩(wěn)定狀態(tài)時開始讀數(shù)，這樣就可以完成對箱式電阻爐的校準操作。但對于具有保護功能又沒有測溫控的箱式電阻爐，由于熱電偶引線從爐門門縫中引出就會造成箱式電阻爐斷電，此測溫架就無法進行爐溫測量。

圖3 測溫架示意圖

2.2 從箱式電阻爐設(shè)計上解決

許多箱式電阻爐因為沒有留有測溫孔，在使用后給校準工作帶來了很多困難。建議生產(chǎn)廠家統(tǒng)籌兼顧，在設(shè)計產(chǎn)品時既要能夠保證箱式電阻爐的各項指標符合要求，同時也應(yīng)該考慮后續(xù)計量校準工作，在箱式電阻爐上留有測溫孔，方便校準工作。

2.3 新型測溫方法

針對目前校準規(guī)范中的不足之處，對當前校準方法進行改進，筆者提出了一種新的校準方法。此方法是利用一種箱式電阻爐校準輔助裝置（如圖4所示），來解決當前校準方法中存在的問題。該裝置需要用耐火材料加工成與被校準箱式電阻爐大小匹配的爐門，并且在外層加包鐵皮耐火材料的保護層。選直經(jīng)大約5 mm的剛玉管，根據(jù)爐內(nèi)檢測點布點位置的需要，在加工好的爐門上開5個測溫孔，要求測溫孔直徑和剛玉管外徑相同，能夠把剛玉管剛好插入爐門的測溫孔中。剛玉管作為測溫熱電偶的保護套管，校準時把測溫熱電偶插入剛玉管中，并根據(jù)校準規(guī)范的要求，調(diào)整測溫熱電偶和剛玉管插入爐膛的深度，把熱電偶的測溫端布置在規(guī)定的位置上。在爐門中間開一個小孔，并在上面裝有透明的耐火材料，作為觀察孔。

圖4 箱式電阻爐校準輔助裝置

3 結(jié)語

本文根據(jù)工作實踐分析了目前箱式電阻爐校準方法中存在的不足，并提出了解決方法。本文提出的校準方法不僅不需要根據(jù)不同型號的箱式電阻爐設(shè)計測溫架，而且提高了校準操作的難度，延長了測溫熱電偶的使用壽命，也很好地解決了存在保護功能和加熱電阻絲裸露在爐膛內(nèi)的箱式電阻爐難以校準的問題。