電阻爐溫度均勻性測試方法優(yōu)化及有效性驗(yàn)證研究

杜 挺，權(quán)少輝，王 凡，楊亞斐，馬凡蛟

(西部超導(dǎo)材料科技股份有限公司，陜西 西安 710021)

加熱爐是加熱生產(chǎn)過程中所使用的主要設(shè)備， 而爐溫均勻性測試(TUS)是加熱爐最重要的檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是檢測爐子工作區(qū)是否滿足既定保溫精度的方法，是唯一、有效判斷加熱爐是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、是否滿足產(chǎn)品工藝要求的重要方法[1-2]。其中加熱爐的保溫溫度是影響產(chǎn)品組織和性能的主要因素之一。必須嚴(yán)格把關(guān)，準(zhǔn)確測量。常見的測溫方法多是熱電偶和熱電阻的接觸式測溫，此方法應(yīng)用于各種加熱爐的控溫系統(tǒng)和溫度均勻性檢測過程，接觸式測溫準(zhǔn)確度很高，數(shù)值穩(wěn)定，但必須將熱電偶和熱電阻的檢測端置于需要檢測的熱沉環(huán)境中才能準(zhǔn)確測量，同時測溫架需要與傳感器同時進(jìn)入爐膛內(nèi)加熱，在測溫架過大或爐膛環(huán)境復(fù)雜凹凸不平時，便不易于裝取，單體式存在同樣的問題。因此采用插入式測溫方式，更易于進(jìn)行測試傳感器的布置與拆除。

1 溫度均勻性

溫度均勻性即是爐子有效加熱區(qū)在一定時間內(nèi)不同位置的溫度相對于工藝設(shè)定溫度的偏離程度，也稱溫度偏差。

2 測量系統(tǒng)

熱處理爐有效加熱區(qū)測定用測量系統(tǒng)通常由溫度傳感器、補(bǔ)償導(dǎo)線、測量儀表(系統(tǒng)裝置)及測溫架等組成。

2.1 溫度傳感器

溫度傳感器主要分為貴金屬熱電偶和廉金屬熱電偶，考慮到成本及1 000 ℃以上高溫及溫度穩(wěn)定性等原因一般選擇N分度熱電偶，N分度熱電偶工作溫度為0～1 300 ℃。

2.2 補(bǔ)償導(dǎo)線

補(bǔ)償導(dǎo)線主要是用來連接儀表及熱電偶。通常由補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲及絕緣層、保護(hù)套、屏蔽層組成。

2.3 測量儀表

測量儀表通常用不低于0.1級的數(shù)字式顯示儀表并附帶數(shù)據(jù)記錄功能，且分辨力應(yīng)為0.1 ℃。

2.4 測溫架

測溫架可采用一體式框架或多個分體式測溫架組長，當(dāng)不便或不能使用測溫架時也可采用插入式的方式測溫(見圖1)。

圖1 長方體及圓柱體加熱區(qū)用測溫架

3 傳感器數(shù)量

測量熱處理爐加熱區(qū)時測量傳感器數(shù)量應(yīng)依據(jù)表1規(guī)定。

表1 測量傳感器數(shù)量

隨著爐膛體積的增大，傳感器的數(shù)量不斷增多，這也就要求這測溫架的體積不斷增大，移動的難度也就隨之增大。并且測溫架測試時需要把測溫架放置在爐膛中，在高溫加熱時便難以取出必須降至升溫進(jìn)行，而插入式測試則避免了這一問題。

4 插入式測量傳感器實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如表2、表3及圖2所示，對在兩種測試方式同時測試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對，由于測溫架具有一定的質(zhì)量，本質(zhì)上相當(dāng)于負(fù)載，吸熱能力較強(qiáng)，所以數(shù)據(jù)相對于插入式測試結(jié)果較為穩(wěn)定，插入式測試數(shù)據(jù)隨著加熱爐的溫度損失及不斷補(bǔ)溫稍有波動，但波動均保持在1 ℃以內(nèi)，屬于正常的溫度波動，滿足測試要求，經(jīng)過試驗(yàn)可得出插入式測溫，效果可行。

表2 測溫架測試數(shù)據(jù) ℃

表3 插入式測試數(shù)據(jù) ℃

圖2 測溫架及插入式測試數(shù)據(jù)對比

如圖3、圖4所示，在實(shí)驗(yàn)中兩種測試方式同時進(jìn)行，當(dāng)遇見加熱爐爐絲脫落或高溫測試中爐底絲高溫膨脹接觸爐底板帶電，測溫架式測溫將會造成測試數(shù)據(jù)的劇烈波動而失效，嚴(yán)重的會造成傳感器燒毀，導(dǎo)致測試失敗，而插入式測試因杜絕了測傳感器與爐底板的接觸將不會受到影響。

圖3 插入式測試數(shù)據(jù)

圖4 測溫架測試數(shù)據(jù)

5 結(jié) 論

對于使用測溫架測溫等不方便進(jìn)行測量熱處理爐，插入式方法解決了這一問題，且更加便捷并且方便裝取。在保證測溫預(yù)留孔的保溫性下保證了測試的效率，同時杜絕了測溫架接觸爐底的搭接現(xiàn)象，即保護(hù)傳感器和人員的安全，又減少了測試失敗情況，提高電爐的使用率并節(jié)省傳感器和電能的成本。隨著工業(yè)自動化的不斷發(fā)展，插入式測溫將會有更廣闊的用途。