(邵陽(yáng)市計(jì)量測(cè)試檢定所 湖南 邵陽(yáng) 422000)

箱式電阻爐減小爐溫穩(wěn)定度改造方法的探討與實(shí)踐

海佳

(邵陽(yáng)市計(jì)量測(cè)試檢定所湖南邵陽(yáng)422000)

近年以來(lái)由于科學(xué)技術(shù)發(fā)展，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提高，各個(gè)企事業(yè)單位的各種實(shí)驗(yàn)對(duì)電阻爐的爐溫穩(wěn)定度要求越來(lái)越高，而大量企事業(yè)單位在用的電阻爐已經(jīng)不適合新的實(shí)驗(yàn)需求。本論文從理論分析出發(fā)在大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上反復(fù)論證電阻爐改造方案并經(jīng)校準(zhǔn)檢定后確認(rèn)符合實(shí)驗(yàn)電阻爐的爐溫穩(wěn)定度要求。文中對(duì)改造中獲得的經(jīng)驗(yàn)和遇到的問(wèn)題都做了闡述，為廣大企業(yè)節(jié)約了大量資金的同時(shí)符合了實(shí)驗(yàn)需求。

電阻爐；爐溫穩(wěn)定度；改造方法

名詞解釋

爐溫穩(wěn)定度：箱式爐在校準(zhǔn)溫度下，達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，中心點(diǎn)上測(cè)得的最大最小值與平均值之差。簡(jiǎn)而言之就是爐內(nèi)溫度達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)在一定時(shí)間內(nèi)爐溫上下波動(dòng)的范圍。

箱式電阻爐是分析實(shí)驗(yàn)室常用設(shè)備，近年以來(lái)由于科學(xué)技術(shù)發(fā)展，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提高，各個(gè)企事業(yè)單位的各種實(shí)驗(yàn)對(duì)電阻爐的控溫精確度度要求越來(lái)越高，有的實(shí)驗(yàn)控溫精確度要求爐溫穩(wěn)定度在750℃至800℃時(shí)恒定在±4.0℃以內(nèi)。但本人在依據(jù)JJF 1376-2012《箱式電阻爐校準(zhǔn)規(guī)范》進(jìn)行電阻爐校準(zhǔn)時(shí)發(fā)現(xiàn)邵陽(yáng)市大多數(shù)企事業(yè)單位所使用的電阻爐爐溫穩(wěn)定度達(dá)到了±6℃至±17℃左右根本無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)需求，但更換高控溫精度的電阻爐售價(jià)通常在5萬(wàn)元至9萬(wàn)元左右，進(jìn)口的價(jià)格更是昂貴。這個(gè)價(jià)格使很多企事業(yè)單位尤其是中小企業(yè)無(wú)法承受。如何在花費(fèi)不太高費(fèi)用前提下對(duì)原有電阻爐進(jìn)行技術(shù)改造使之達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，成為了本市計(jì)量技術(shù)研究的重要課題之一。

然而一次正常的檢定工作為該項(xiàng)技術(shù)的探討提供了契機(jī)，今年5月在對(duì)湖南中南制藥進(jìn)行電阻爐校準(zhǔn)時(shí)獲悉他們廠化驗(yàn)室進(jìn)行的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)需要電阻爐溫度偏差和爐溫穩(wěn)定度不能超過(guò)±4.0℃。經(jīng)過(guò)檢定電阻爐中心點(diǎn)溫度偏差為±2.6℃，但爐溫中心點(diǎn)爐內(nèi)最大溫差達(dá)到±10.7℃。無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)需求。中南制藥廠提出我所能否幫助他們改造電阻爐使其計(jì)量性能達(dá)到實(shí)驗(yàn)需求。本人隨后承接了這一課題。

要進(jìn)行電阻爐爐溫穩(wěn)定度改造，就必須先弄清現(xiàn)有電阻爐的結(jié)構(gòu)和原理。通過(guò)對(duì)中南制藥以及其他幾家企業(yè)的電阻爐的拆卸發(fā)現(xiàn)大多數(shù)企業(yè)在用的電阻爐使用的是位式控制系統(tǒng)控制器。電路主要分為主電路和控制電路兩部分，主電路是電源通過(guò)熔斷器和交流接觸器，接到電爐上。控制電路是由位式溫度顯示調(diào)節(jié)儀、交流接觸器、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等組成。

經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)普通電子爐使用的位式控溫過(guò)程中，因電爐的輸出的功率不能連續(xù)調(diào)節(jié)，爐溫波動(dòng)范圍大，控制質(zhì)量不高。同時(shí)，因交流接觸器通斷次數(shù)頻繁，會(huì)產(chǎn)生很大噪音和火花。通過(guò)交流接觸器觸點(diǎn)的又是大電流，觸頭容易燒壞，使接觸器經(jīng)常產(chǎn)生故障。

為了克服普通電阻爐的以上缺陷，本人翻閱了大量熱工學(xué)資料，并實(shí)地進(jìn)行了多個(gè)型號(hào)高端電阻爐控溫裝置學(xué)習(xí)和研究參考。決定使用PID連續(xù)控制系統(tǒng)代替接觸器進(jìn)行可行性試驗(yàn)，PID連續(xù)控制系統(tǒng)可以使溫度的控制在無(wú)觸點(diǎn)的情況下進(jìn)行，電爐的輸入功率不受反復(fù)通斷頻率的限制，因而容易實(shí)現(xiàn)電阻爐輸入功率的連續(xù)調(diào)節(jié)和爐溫的連續(xù)控制，提高了控制質(zhì)量。而PID連續(xù)控制系統(tǒng)可以分為移相觸發(fā)可控硅調(diào)壓式控制系統(tǒng)和過(guò)零觸發(fā)可控硅調(diào)功式控制系統(tǒng)兩種。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)移相觸發(fā)可控硅調(diào)壓式控制系統(tǒng)控制精度可以達(dá)到要求但有一個(gè)致命的缺陷，由于采用移相觸發(fā)，在負(fù)載上得到的電壓是一種有缺角的正弦波，這樣就會(huì)引起電源波形畸變，影響周圍的其他實(shí)驗(yàn)儀器的正常工作。而實(shí)驗(yàn)室電子爐安裝位置勢(shì)必有其他精密儀器，所以這一方案被否決(假如電阻爐周圍沒(méi)有其他儀器，也可采用移相觸發(fā)方案，此方法費(fèi)用更為低廉)。過(guò)零觸發(fā)可控硅調(diào)功式控制系統(tǒng)成為我選定的實(shí)驗(yàn)方案。

過(guò)零觸發(fā)可控硅調(diào)功式控制系統(tǒng)就是觸發(fā)信號(hào)發(fā)生在電源電壓過(guò)零時(shí)，觸發(fā)可控硅使其導(dǎo)通。由于采用了過(guò)零觸發(fā)，因而導(dǎo)通時(shí)的輸出波形為完整的正弦波，這樣就不存在電源波形畸變以及隨之而來(lái)的干擾問(wèn)題。將可控硅以開(kāi)關(guān)的狀態(tài)串聯(lián)在電源與加熱負(fù)載之間，改變給定周期內(nèi)的通電與斷電時(shí)間之比，就能達(dá)到調(diào)節(jié)輸出功率大小的目的。

在實(shí)際改裝時(shí)我采用加裝一個(gè)臺(tái)泉KEC-C700型PID數(shù)顯智能溫度控制儀和一個(gè)漢美AP150A型可控硅調(diào)功器，具體安裝原理圖見(jiàn)附件一。設(shè)定好所需溫度后，電阻爐溫度由由熱電偶測(cè)出，溫度信號(hào)送往KEC-C700型PID數(shù)顯智能溫度控制儀，溫度偏差經(jīng)過(guò)運(yùn)算后，輸出4-20mA的直流信號(hào)，AP150A型可控硅調(diào)功器接受信號(hào)后從過(guò)零脈沖輸出與輸入信號(hào)的一系列過(guò)零脈沖去觸發(fā)可控硅，改變可控硅通斷時(shí)間之比，從而調(diào)節(jié)電爐的輸入功率大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。如果爐溫低于設(shè)定值KEC-C700型PID數(shù)顯智能溫度控制儀輸出直流電流增加(4-20mA之間)，AP150A型可控硅調(diào)功器接受信號(hào)后，斷開(kāi)時(shí)間減少，過(guò)零脈沖數(shù)增加，電爐上得到的正弦波數(shù)目也增加，即電阻爐輸入功率增大，爐溫上升。爐溫達(dá)到設(shè)定值時(shí)，KEC-C700型PID數(shù)顯智能溫度控制儀輸出電流使AP150A型可控硅調(diào)功器保持一定接通時(shí)間，使電阻爐獲得的功率恰能與所支出的熱量平衡，爐溫即可穩(wěn)定在給定數(shù)值。

改裝單相5KW電阻爐設(shè)備清單：

方案1、交流移相電壓調(diào)節(jié)

a.智能溫度控制器REX-C700(4-20mA) 價(jià)格90元。

b.無(wú)觸點(diǎn)智能單相調(diào)壓開(kāi)關(guān)KSG1-60A型 價(jià)格98元。

方案2交流過(guò)零觸發(fā)調(diào)功

a.臺(tái)泉KEC-C700型PID數(shù)顯智能溫度控制儀 價(jià)格：90元

b.漢美AP150A型可控硅調(diào)功器 價(jià)格：393元。

此外在實(shí)際改裝操作中我得出以下經(jīng)驗(yàn)也希望引起大家注意。

1.配件選型陽(yáng)性負(fù)載留1倍(即40A負(fù)載要用80A)，感性負(fù)載預(yù)留5倍

2.負(fù)載5A以上要配散熱器，60A以上要加風(fēng)冷，輸出嚴(yán)禁短路，螺絲要適當(dāng)擰緊。

3.只能控制陽(yáng)性負(fù)載及非動(dòng)力型感性負(fù)載，需接上負(fù)載萬(wàn)用表才能測(cè)試真實(shí)數(shù)據(jù)。

改造完成后我們需要通過(guò)檢測(cè)校準(zhǔn)來(lái)證實(shí)改造后的電阻爐是否達(dá)到實(shí)驗(yàn)需求爐溫穩(wěn)定度±4.0℃以內(nèi)，我們把電阻爐溫度升至800℃，使其溫度穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶測(cè)溫點(diǎn)放在電阻爐熱電偶測(cè)溫點(diǎn)10mm以內(nèi)，每3分鐘測(cè)溫一次，記錄20次。取20次內(nèi)最大值和最小值與平均值之差為爐內(nèi)最大溫差。

希望各位同仁在本文中能有所得，但本人才疏學(xué)淺，以上乃本人一點(diǎn)淺見(jiàn)，望各位老師同仁不吝指教。

[1]JJF 1376-2012.箱式電阻爐校準(zhǔn)規(guī)范.

海佳(1978-)，男，回族，湖南邵陽(yáng)，副主任，助理工程師，本科，邵陽(yáng)市計(jì)量測(cè)試檢定所。