對箱式電阻爐校準(zhǔn)方法探究

【摘要】本文依據(jù)JJF 1376—2012《箱式電阻爐校準(zhǔn)規(guī)范》的內(nèi)容，對箱式電阻爐構(gòu)造特征和使用中的注意事項進(jìn)行概述，并介紹了目前箱式電阻爐校準(zhǔn)常用的方法，提出了箱式電阻爐校準(zhǔn)方法中存在的問題，對箱式電阻爐校準(zhǔn)方法進(jìn)行了探究，提升了箱式電阻爐的校準(zhǔn)水平，以供相關(guān)人員參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】箱式電阻爐；校準(zhǔn)

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.02.024

Research on Calibration Method of Box-type Resistance Furnace

CAO Yu

（Liaoyang Centre for Market Regulatory Services，Liaoyang 111010，China）

Abstract：According to the contents of JJF 1376—2012 Calibration Specification for Box-type Resistance Furnace，this paper summarizes the structural characteristics and precautions in use of box-type resistance furnace，introduces the commonly used methods for the calibration of box-type resistance furnace，puts forward the problems in the calibration methods of box-type resistance furnace，probes into the calibration methods of box-type resistance furnace，improves the calibration level of box-type resistance furnace，and provides references for relevant personnel.

Key words：box-type resistance furnace；calibration

1箱式電阻爐概述

1.1構(gòu)造特征

箱式電阻爐的構(gòu)造特征主要有以下幾點：1）外殼選用耐熱防腐漆材；2）控制面板采用PID數(shù)字顯示智能控制板，可靠性高、精密性高，配以電流表，結(jié)構(gòu)新穎；3）爐門采用加厚型，結(jié)構(gòu)更牢固，防止變形；4）爐襯采用優(yōu)質(zhì)保溫棉，保溫性能極佳；5）在不加熱的情況下，爐膛的具體溫度也會顯示出來，方便觀察爐膛的狀態(tài)；6）布線簡單，說明清晰，使用方便；7）具有過載、短路等保護(hù)功能；8）爐殼由優(yōu)質(zhì)厚板彎曲和焊接而成，爐子由耐火材料制成，加熱元件置于爐體內(nèi)，爐體和爐身之間由絕熱材料堆疊。

1.2使用中的注意事項

箱式電阻爐使用中的注意事項主要有以下幾點：1）在使用過程中，避免超過電阻爐的最高溫度；2）為了避免電擊，在安裝試樣時必須切斷開關(guān)；3）為了延長電阻爐的壽命，在裝載試驗品時，爐口開啟時間應(yīng)該盡量短；4）禁止將所有液體倒入熔膛；5）不要把帶有水分和油脂的樣品放在爐膛，不能使用帶有油污和水的夾子來盛放樣品；6）在裝樣品時，應(yīng)佩戴特殊類型的橡膠手套以避免燙傷；7）試樣放置在爐膛中央，整齊放置，嚴(yán)禁隨意傾倒；8）不要隨便觸摸加熱器和周圍的試樣；9）在使用完畢后要切斷電源、水路；10）未經(jīng)管理人員同意，不得使用電阻爐，使用時要按機械設(shè)備的使用規(guī)程進(jìn)行實際作業(yè)；11）使用時不得使?fàn)t膛溫度高于爐溫的最高溫度；12）工作條件：溫度0～50℃，濕度小于80%，不產(chǎn)生導(dǎo)電粉塵，不含可燃物質(zhì)及有腐蝕性的氣體。

2箱式電阻爐校準(zhǔn)方法介紹

本文以JJF 1376—2012《箱式電阻爐校準(zhǔn)規(guī)范》為技術(shù)依據(jù)，對箱式電阻爐進(jìn)行具體的校準(zhǔn)。

2.1外觀檢查

箱式電阻爐的外觀檢查可用目測方法進(jìn)行檢驗，產(chǎn)品標(biāo)識上的詳細(xì)信息必須完整，包括產(chǎn)品名稱、型號、應(yīng)用溫度范圍、產(chǎn)品的生產(chǎn)日期和制造商等。箱式電阻爐調(diào)整部分的溫度控制結(jié)構(gòu)應(yīng)完好，顯示文字作用符號、數(shù)據(jù)和物理代號應(yīng)符合相應(yīng)的規(guī)格，并且必須清楚和正確?？販?zé)犭娕嫉难a償導(dǎo)線一定要接觸到溫控儀。接上電源后，要檢查箱式電阻爐的各個部分是否運轉(zhuǎn)正常。在進(jìn)行外觀檢查時還應(yīng)該檢查連接箱式電阻爐和溫控?zé)犭娕嫉膶?dǎo)線是否連接。通常情況下，箱型電阻爐的溫控器和熱電偶之間有一根普通的導(dǎo)線連接，由于箱型電阻爐工作時會產(chǎn)生高溫，所以溫控?zé)犭娕嘉捕说奈恢帽容^靠近爐膛，如果用普通導(dǎo)線代替補償導(dǎo)線會嚴(yán)重影響箱式電阻爐的實際溫控性能。

2.2標(biāo)稱溫度的選擇

通常情況下，檢定人員會根據(jù)客戶的需求選擇一個常用的工作環(huán)境，也可以將箱式電阻爐的最高工作溫度和最低工作溫度視為標(biāo)稱溫度。在測量中，如果客戶僅使用特定的溫度，則通常將該溫度作為標(biāo)稱溫度。比如，在面粉加工行業(yè)，通常用550℃作為灰分實驗的標(biāo)稱溫度，而在水泥行業(yè)中，950℃是常用的標(biāo)稱溫度。而在校準(zhǔn)時，標(biāo)稱溫度的標(biāo)定是由客戶決定的。

3校準(zhǔn)步驟

校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)裝置通常由檢測熱電偶、開關(guān)、測試儀和補償導(dǎo)線組成。一般在空載狀態(tài)下進(jìn)行校準(zhǔn)。由耐熱材料制作的細(xì)線將檢測熱電偶安裝在預(yù)先設(shè)定的測溫架上，并做好標(biāo)記，接著將測溫架裝入爐中，將熱電偶參考端從箱式電阻爐的爐體外部引出來，然后關(guān)閉箱式電阻爐的爐口，按照熱電偶的極性用補償導(dǎo)線對應(yīng)序號，通過開關(guān)連接到檢測裝置上，最后檢查熱電偶、補償導(dǎo)線、切換開關(guān)和測試儀的連接，確保工作狀態(tài)正常。

加熱至要求的溫度，然后在溫度穩(wěn)定后逐步讀取數(shù)值，記錄準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，在60分鐘之內(nèi)，每隔3分鐘記錄一次測溫，至少測量20次，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，即可得到爐溫均勻度、爐溫穩(wěn)定性、爐溫誤差和爐溫最大溫差等計量校驗特性?，F(xiàn)在檢定中大多采用電腦自動采集數(shù)據(jù)，一旦檢測完成，檢測人員就可以打開存儲在電腦中的資料，查看處理結(jié)果。

4箱式電阻爐校準(zhǔn)方法存在的不足

目前箱式電阻爐的檢測裝置主要由熱電偶、補償導(dǎo)線、檢測儀表、轉(zhuǎn)換開關(guān)和測溫架等組成。利用熱電偶對爐中的溫度進(jìn)行準(zhǔn)確測溫，并將結(jié)果發(fā)送至檢測儀器，校準(zhǔn)人員依據(jù)該儀器采集數(shù)據(jù)資料。但其中也有不足，主要表現(xiàn)為以下幾方面：

1）將測溫架插入到箱式電阻爐后關(guān)閉爐門時，會引起補償導(dǎo)線的轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致熱電偶位置發(fā)生變化，從而對測量結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定的影響。

2）測定爐溫必須要將熱電偶綁在測溫架上，這會使準(zhǔn)確測定爐溫之前的計劃時間過長。

3）由于熱電偶受償導(dǎo)線從爐口縫隙進(jìn)入測溫區(qū)，會導(dǎo)致爐口密封不嚴(yán)，從而使測量精度受到一定的限制。

4）熱電偶通過爐門進(jìn)入爐內(nèi)，關(guān)閉后會發(fā)生彎曲，極易損壞，需要經(jīng)常更換，這會增加檢測成本。

5）有些箱式電阻爐在加熱后，電爐絲會暴露在爐子里，檢查時很有可能會碰到加熱電爐絲，造成檢定人員觸電或損壞儀器的情況發(fā)生。

6）校準(zhǔn)步驟低效。規(guī)范要求一般在空載條件下進(jìn)行校正。熱電偶參考端從熔煉爐外部引出，按照相應(yīng)的標(biāo)號分別與測量儀器連接。關(guān)閉爐子，通電加熱，把箱式電阻爐的溫控儀器設(shè)定為必需的溫度值。達(dá)到標(biāo)定的溫度，在加熱穩(wěn)定后逐步讀取數(shù)值。60分鐘后，每隔3分鐘記錄一次，至少進(jìn)行20次。校準(zhǔn)大型爐，需要工人進(jìn)入爐內(nèi)部進(jìn)行感應(yīng)裝置的布設(shè)，安裝好感應(yīng)裝置后，才能通電。對于煤炭和冶金行業(yè)的中小規(guī)模的爐來說，在實際工作中會遇到箱式電阻爐經(jīng)常處于不關(guān)機狀態(tài)，冷卻后又重新調(diào)高溫度，直接對用戶工作造成了影響。中小規(guī)模的箱式電阻爐從室溫升高到800℃需要1.5～2個小時，而從加熱到穩(wěn)定狀態(tài)，通常要0.5～1小時。如果按照最短的時間來計算，校準(zhǔn)一臺箱式電阻爐至少要3個小時，所以規(guī)范中的該要求就顯得不適用于實際檢定工作。

7）測量不確定度的評定分析。“爐溫誤差”的定義是：在規(guī)定的時間間隔內(nèi)，在箱式電阻爐的溫度穩(wěn)定條件下，所測得的最大溫度和最小溫度的上下誤差。“標(biāo)稱溫度”的定義是：按照試驗方法或事先設(shè)定的溫度值。按照上述兩條定義，對箱式電阻爐進(jìn)行校準(zhǔn)，不記錄箱式電阻爐的測量范圍。測量爐溫偏差時，最大實際的溫度和箱式電阻爐的平均測量范圍之間的差異是爐溫偏差△t+，最小實際的溫度和箱式電阻爐的測量范圍的平均偏差為爐溫偏差△t-。相反，最大實際溫度和標(biāo)稱溫度之間的差別是爐溫誤差△t-。在特定的運行和校準(zhǔn)中，通常標(biāo)稱溫度是給定值或者是設(shè)定值。JJF 1001—2011《通用計量術(shù)語及定義》將“校準(zhǔn)”一詞理解為：一套在特定條件下的實踐活動。第一個步驟是用這個數(shù)據(jù)的內(nèi)容來說明測量標(biāo)準(zhǔn)提供的量值與相應(yīng)示值之間的關(guān)系，第二個準(zhǔn)確地測量標(biāo)準(zhǔn)給出的量值和相應(yīng)的示值都具有不確定性。由此發(fā)現(xiàn)，在規(guī)范中關(guān)于爐內(nèi)溫差的界定上存在著一定的偏見，這與“校準(zhǔn)”的定義相矛盾。

5箱式電阻爐校準(zhǔn)方法探究

5.1測溫輔助模塊

傳感器的布置及測溫架的應(yīng)用，可配合測溫輔助模塊進(jìn)行解決。按照通用箱式（中?。t的爐口尺寸，利用耐熱絕緣材料制造一系列與被校電阻爐相匹配的測溫輔助控制單元（其基本原理與對熱電偶檢定爐進(jìn)行徑向溫場的測量時所用的相同），在中心和四個端角處都有一個小的圓形孔洞，在兩邊裝配便于操作的把手。如果標(biāo)準(zhǔn)器具使用貴金屬熱電偶，在穿孔位置進(jìn)行改造，長度及位置按測溫區(qū)的要求確定。

在校正時，用輔助控制器代替爐門，按規(guī)范要求插入熱電偶，在高溫下也可以進(jìn)行，從而提高了工作效率。需特別留意在高溫下不能快速插拔熱電偶，在實際工作中要緩慢插入或取出，以免縮短熱電偶的壽命。另外，使用進(jìn)口的、柔軟的金屬材料制作的熱電偶可以解決這個問題，但是該材料目前在國內(nèi)還無法量產(chǎn)，進(jìn)口價格相對較高。另外，修訂產(chǎn)品規(guī)范，并在電阻器上預(yù)先設(shè)置溫度測量孔洞也是解決這一問題的一個很好的辦法。

5.2新型校準(zhǔn)方法的應(yīng)用

針對現(xiàn)有校準(zhǔn)方法的不足，開發(fā)新型校準(zhǔn)裝置，使用隔熱材料作為新型裝置的主要原料，保證校準(zhǔn)裝置與受檢的爐壁充分匹配，根據(jù)不同的需求將表面用鐵皮包裹。

對材質(zhì)為剛玉的管子進(jìn)行實踐，直徑5 mm以下根據(jù)檢查位置的具體需要進(jìn)行爐溫處理，通常是測量溫度的5個測量孔，將相應(yīng)的管子插入測溫孔后進(jìn)行校正。溫度測量孔的直徑要和管子的尺寸基本相符，根據(jù)保護(hù)管和套管的性能檢查在實際工作中剛玉管的保護(hù)作用，要根據(jù)爐膛的內(nèi)部位置對電偶的深度、角度進(jìn)行分析，必要時可以進(jìn)行觀測孔洞的設(shè)置，對內(nèi)部的構(gòu)造情況進(jìn)行觀測分析，提高校準(zhǔn)的便利性和合理性。

5.3對規(guī)范修訂的建議

第一，建議不要在設(shè)置了感應(yīng)裝置后再通電加熱；第二，將爐溫調(diào)至校準(zhǔn)要求的溫度，然后在加熱穩(wěn)定后，分別采用在30分鐘之內(nèi)讀取不低于15次，60分鐘不低于20次兩種方式對同一臺電阻爐進(jìn)行多次實驗。結(jié)果表明，兩種方法測試結(jié)果的精度在不確定度的變化過程中得到了很好的一致性。因此，為了增加工作效率，可以將這條規(guī)定改為“30分鐘之內(nèi)至少讀數(shù)15次”。第三，修正“爐溫偏差”的定義：在保證加熱穩(wěn)定的條件下，在規(guī)定的時間間隔中，測量范圍中的最大和最小的具體溫度分別與測量范圍的上下誤差，并記錄電阻爐測溫計的示值。計算爐溫偏差時，最大特定溫度和箱型電阻爐的測量儀表的平均偏差是爐溫偏差△t+，最小的特定溫度和箱式電阻爐的測溫儀表的平均偏差是爐溫偏差△t-。第四，分別對爐溫均勻度、穩(wěn)定度、溫差和最大溫差進(jìn)行不確定度的評定。

6結(jié)論

綜上所述，JJF 1376—2012《箱式電阻爐校準(zhǔn)規(guī)范》對箱式電阻爐的校準(zhǔn)提供了有力的技術(shù)保障，對于檢定人員來說，需要嚴(yán)格按照J(rèn)JF 1376—2012《箱式電阻爐校準(zhǔn)規(guī)范》的內(nèi)容進(jìn)行校準(zhǔn)，同時也需要根據(jù)實際的校準(zhǔn)環(huán)境制定更有針對性的校準(zhǔn)方案，以此來滿足不同的箱式電阻爐校準(zhǔn)需求，促進(jìn)熱工計量的不斷發(fā)展。

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【作者簡介】

曹宇，女，1972年出生，高級工程師，研究方向為熱工類計量器具的檢定、校準(zhǔn)與研究。

（編輯：李加鵬）