熱電偶退火爐校準(zhǔn)方法研究

【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。JJG 75—1995《標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶》、JJG 167—1995《標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶》、JJG 141—2013《工作用貴金屬熱電偶》等檢定規(guī)程均要求熱電偶退火爐有一段均勻溫場(chǎng)：從測(cè)量端起不小于400 mm長(zhǎng)的一段處在（1100±20）℃。然而目前沒(méi)有通用的測(cè)試方法。本文研究了熱電偶退火爐的校準(zhǔn)方法，并對(duì)其溫度偏差的校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行了不確定度分析。

【關(guān)鍵詞】熱電偶退火爐；均勻溫場(chǎng)；溫度偏差

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.02.010

Study on Calibration Method of Thermocouple Annealing Furnace

WANG Hao

（Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）

Abstract：Thermocouple annealing furnace is used for annealing precious metal thermocouples（type B，type S and type R thermocouples）before verification. Verification regulations such as JJG 75—1995 Standard Platinum - 10% Rhodium / Platinum Thermocouple，JJG 167—1995 Standard Platinum-30% Rhodium/Platinum-6% Rhodium Thermocouple，and JJG 141—2013 Working Noble Metal Thermocouples require that the thermocouple annealing furnace has a uniform temperature field：a section no less than 400 mm long from the measuring end is at（1100±20）℃，but there is no general testing method at present. This paper studies the calibration method of thermocouple annealing furnace. The uncertainty of the calibration results of the temperature deviation is analyzed.

Key words：thermocouple annealing furnace；uniform temperature field；temperature deviation

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(dǎo)、對(duì)流等。熱電偶退火爐主要用于檢定標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶、標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶、工作用貴金屬熱電偶的爐內(nèi)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(dú)立，也可組合為一體。爐體一般為臺(tái)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(zhǎng)度約1000 mm，工作腔尺寸一般為φ40 mm×1000 mm，上限溫度為1200℃，退火過(guò)程的使用溫度為1100℃。

對(duì)于熱電偶現(xiàn)行有效的檢定規(guī)程包括：JJG 75—1995《標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶》、JJG 167—1995《標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶》和JJG 141—2013《工作用貴金屬熱電偶》。根據(jù)規(guī)程規(guī)定：熱電偶退火爐應(yīng)有（1100±20）℃均勻溫場(chǎng)，均勻溫場(chǎng)長(zhǎng)度應(yīng)大于400 mm，均勻溫場(chǎng)的一端距爐口應(yīng)小于100 mm。

1校準(zhǔn)方法

1.1校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備

校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備見(jiàn)表1，也可用擴(kuò)展不確定度滿足要求的其他設(shè)備。

1.2校準(zhǔn)項(xiàng)目

溫度偏差。

1.3校準(zhǔn)方法

將直徑20 mm的瓷管放在退火爐爐內(nèi)，用兩支標(biāo)準(zhǔn)偶分別作為移動(dòng)偶和監(jiān)控偶。移動(dòng)偶從爐子的一側(cè)放入爐中心軸線上，監(jiān)控偶放在瓷管與爐管之間，測(cè)量端分別處于爐中心截面的徑向上，監(jiān)控偶監(jiān)視爐溫變化。移動(dòng)偶和監(jiān)控偶的參考端分別與導(dǎo)線的一端連接放入冰點(diǎn)恒溫器內(nèi)，導(dǎo)線的另一端與轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)連接，再用測(cè)量線連接電測(cè)儀器（見(jiàn)圖1）?？販嘏紡臓t子的另一側(cè)放入爐內(nèi)中心軸線上，測(cè)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(shè)定溫度1100℃。當(dāng)退火爐處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)開(kāi)始測(cè)量。測(cè)量時(shí)分別讀取中心0 mm位置監(jiān)控偶和移動(dòng)偶的數(shù)據(jù)，然后移動(dòng)移動(dòng)偶至100 mm、200 mm、300 mm、400 mm的位置，切換轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)至相應(yīng)的位置，待電測(cè)儀器穩(wěn)定后，分別對(duì)監(jiān)控偶和移動(dòng)偶進(jìn)行讀數(shù)。在各個(gè)位置依次測(cè)量1次后，再將移動(dòng)偶從400 mm、300 mm、200 mm、100 mm、0 mm移動(dòng)，對(duì)監(jiān)控偶、移動(dòng)偶在每個(gè)位置依次進(jìn)行讀數(shù)，循環(huán)二次，取平均值為實(shí)測(cè)值。

1.4溫度偏差數(shù)據(jù)處理

按照本文1.3的操作過(guò)程，根據(jù)公式（1）計(jì)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(jì)算求得退火爐溫度偏差。

2熱電偶退火爐溫度偏差的計(jì)算示例

設(shè)定溫度1100℃，在距爐中心400 mm的位置上，移動(dòng)偶兩次循環(huán)測(cè)量的平均值（tˉij）為1091.2℃，監(jiān)控偶的波動(dòng)（δtbj）為0.2℃，移動(dòng)偶的修正值（txj）為0.1℃。

3熱電偶退火爐溫度偏差測(cè)量不確定度評(píng)定

3.1校準(zhǔn)方法

將移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和控溫?zé)犭娕及凑請(qǐng)D1的要求放置在退火爐內(nèi)，然后升至設(shè)定溫度（1100℃），待爐內(nèi)達(dá)到溫度并處于穩(wěn)定狀態(tài)，測(cè)量各個(gè)位置的溫度。下面對(duì)退火爐溫度偏差校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。

3.2數(shù)學(xué)模型

3.4計(jì)算在各位置測(cè)試點(diǎn)測(cè)得的實(shí)際溫度與設(shè)定溫度之差的不確定度

3.4.1輸入量tˉij重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度u （ tˉij1）

在退火爐校準(zhǔn)溫度為1100℃時(shí)，進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。測(cè)溫儀器得到各個(gè)位置測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量值，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)讀數(shù)分別為t1j，…，t4j，其平均值記為tˉij。

本次不確定度評(píng)定以0 mm位置為例，10次重復(fù)性測(cè)量，用A類方法進(jìn)行評(píng)定，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

3.4.6標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總見(jiàn)表3。

3.4.7溫度偏差（Δt）的測(cè)量不確定度

4熱電偶退火爐使用時(shí)的注意事項(xiàng)

1）熱電偶退火爐使用時(shí)，需配置專用的控溫儀或相關(guān)的溫度控制設(shè)備，不可直接接入220 V電源使用。

2）爐膛內(nèi)應(yīng)保持清潔，熱電偶裝好后，爐口應(yīng)用耐火材料封堵。

3）熱電偶退火爐長(zhǎng)期不用時(shí)，應(yīng)放于干燥通風(fēng)處保存，再次使用時(shí)應(yīng)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。

5結(jié)語(yǔ)

本文提供的熱電偶退火爐的校準(zhǔn)方法及不確定度評(píng)定實(shí)例可以供生產(chǎn)企業(yè)和計(jì)量部門參考借鑒，有利于產(chǎn)品的性能指標(biāo)和生產(chǎn)工藝的提升，保證熱電偶退火爐均勻溫場(chǎng)準(zhǔn)確可靠。計(jì)量部門對(duì)熱電偶退火爐的檢測(cè)也有章可循。

【參考文獻(xiàn)】

[1]標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶：JJG 75—1995[S].

[2]標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶：JJG 167—1995[S].

[3]工作用貴金屬熱電偶：JJG 141—2013[S].

【作者簡(jiǎn)介】

王浩，男，1983年出生，高級(jí)工程師，碩士，研究方向?yàn)闇囟扔?jì)量。

（編輯：李加鵬）