熱電偶退火爐校準方法研究

【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《標準鉑銠10-鉑熱電偶》、JJG 167—1995《標準鉑銠30-鉑銠6熱電偶》、JJG 141—2013《工作用貴金屬熱電偶》等檢定規程均要求熱電偶退火爐有一段均勻溫場：從測量端起不小于400 mm長的一段處在（1100±20）℃。然而目前沒有通用的測試方法。本文研究了熱電偶退火爐的校準方法，并對其溫度偏差的校準結果進行了不確定度分析。

【關鍵詞】熱電偶退火爐；均勻溫場；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

熱電偶退火爐通過電流繞絲加熱爐管產生熱量，其傳熱方式為輻射、傳導、對流等。熱電偶退火爐主要用于檢定標準鉑銠10-鉑熱電偶、標準鉑銠30-鉑銠6熱電偶、工作用貴金屬熱電偶的爐內退火。

熱電偶退火爐主要由爐體和控制器組成。兩者既可各自獨立，也可組合為一體。爐體一般為臺式，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℃，退火過程的使用溫度為1100℃。

對于熱電偶現行有效的檢定規程包括：JJG 75—1995《標準鉑銠10-鉑熱電偶》、JJG 167—1995《標準鉑銠30-鉑銠6熱電偶》和JJG 141—2013《工作用貴金屬熱電偶》。根據規程規定：熱電偶退火爐應有（1100±20）℃均勻溫場，均勻溫場長度應大于400 mm，均勻溫場的一端距爐口應小于100 mm。

1校準方法

1.1校準用標準器及配套設備

校準用標準器及配套設備見表1，也可用擴展不確定度滿足要求的其他設備。

1.2校準項目

溫度偏差。

1.3校準方法

將直徑20 mm的瓷管放在退火爐爐內，用兩支標準偶分別作為移動偶和監控偶。移動偶從爐子的一側放入爐中心軸線上，監控偶放在瓷管與爐管之間，測量端分別處于爐中心截面的徑向上，監控偶監視爐溫變化。移動偶和監控偶的參考端分別與導線的一端連接放入冰點恒溫器內，導線的另一端與轉換開關連接，再用測量線連接電測儀器（見圖1）?？販嘏紡臓t子的另一側放入爐內中心軸線上，測量端處于爐中心，參考端與控溫儀表相連。

然后，在控溫儀表上設定溫度1100℃。當退火爐處于穩定狀態時開始測量。測量時分別讀取中心0 mm位置監控偶和移動偶的數據，然后移動移動偶至100 mm、200 mm、300 mm、400 mm的位置，切換轉換開關至相應的位置，待電測儀器穩定后，分別對監控偶和移動偶進行讀數。在各個位置依次測量1次后，再將移動偶從400 mm、300 mm、200 mm、100 mm、0 mm移動，對監控偶、移動偶在每個位置依次進行讀數，循環二次，取平均值為實測值。

1.4溫度偏差數據處理

按照本文1.3的操作過程，根據公式（1）計算各位置的實際值，取其最大值作為溫度偏差，然后按公式（2）計算求得退火爐溫度偏差。

2熱電偶退火爐溫度偏差的計算示例

設定溫度1100℃，在距爐中心400 mm的位置上，移動偶兩次循環測量的平均值（tˉij）為1091.2℃，監控偶的波動（δtbj）為0.2℃，移動偶的修正值（txj）為0.1℃。

3熱電偶退火爐溫度偏差測量不確定度評定

3.1校準方法

將移動標準熱電偶和控溫熱電偶按照圖1的要求放置在退火爐內，然后升至設定溫度（1100℃），待爐內達到溫度并處于穩定狀態，測量各個位置的溫度。下面對退火爐溫度偏差校準結果進行不確定度評定。

3.2數學模型

3.4計算在各位置測試點測得的實際溫度與設定溫度之差的不確定度

3.4.1輸入量tˉij重復性測量引入的不確定度u （ tˉij1）

在退火爐校準溫度為1100℃時，進行重復測量。測溫儀器得到各個位置測試點的測量值，每個測試點讀數分別為t1j，…，t4j，其平均值記為tˉij。

本次不確定度評定以0 mm位置為例，10次重復性測量，用A類方法進行評定，其計算結果見表2。

3.4.6標準不確定度分量匯總

標準不確定度分量匯總見表3。

3.4.7溫度偏差（Δt）的測量不確定度

4熱電偶退火爐使用時的注意事項

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

2）爐膛內應保持清潔，熱電偶裝好后，爐口應用耐火材料封堵。

3）熱電偶退火爐長期不用時，應放于干燥通風處保存，再次使用時應先烘干，烘干時將爐溫升至600℃左右，恒溫2小時后方可使用。

4）為了安全，熱電偶退火爐必須可靠接地。

5結語

本文提供的熱電偶退火爐的校準方法及不確定度評定實例可以供生產企業和計量部門參考借鑒，有利于產品的性能指標和生產工藝的提升，保證熱電偶退火爐均勻溫場準確可靠。計量部門對熱電偶退火爐的檢測也有章可循。

【參考文獻】

[1]標準鉑銠10-鉑熱電偶：JJG 75—1995[S].

[2]標準鉑銠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].

【作者簡介】

王浩，男，1983年出生，高級工程師，碩士，研究方向為溫度計量。

（編輯：李加鵬）