/ 臨汾市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測試所

0 引言

箱式電阻爐，俗稱馬弗爐，其原理是利用電阻絲、加熱管或者加熱棒對爐體內(nèi)部進(jìn)行加熱，使其達(dá)到300 ℃至1 300 ℃甚至更高的溫度，繼而對放入其中物體熔化、分解、灰分等化學(xué)分析或?qū)嶒?yàn)等工作[1-2]。箱式電阻爐結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)便宜，使用方便，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化工、儀器儀表、實(shí)驗(yàn)室、工礦企業(yè)、科研單位，用作化學(xué)分析、物理測量、鋼件熱處理、高溫滅菌等，具有體積小、升溫快、熱損耗小、均勻性好、維修方便、使用安全等優(yōu)點(diǎn)[3]。

1 箱式電阻爐校準(zhǔn)方法及存在的問題

1.1 箱式電阻爐校準(zhǔn)方法

由于箱式電阻爐的廣泛應(yīng)用，其計(jì)量準(zhǔn)確性也受到企事業(yè)單位的高度重視[4]。目前對箱式電阻爐的校準(zhǔn)工作依據(jù)的是JJF 1376-2012《箱式電阻爐校準(zhǔn)規(guī)范》。校準(zhǔn)規(guī)范中7.3.3測溫點(diǎn)的布置中要求按箱式電阻爐容積大小分為兩種方式來確定。當(dāng)容積不大于0.15 m3時(shí)，箱式電阻爐測溫點(diǎn)的布置根據(jù)箱式電阻爐測溫區(qū)的尺寸，設(shè)計(jì)測溫架（可用耐高溫合金材料）的大小和形狀，確定5個(gè)測溫點(diǎn)[5]。將5個(gè)測溫點(diǎn)分別置于測溫區(qū)的中心點(diǎn)（作為監(jiān)控點(diǎn)）和前下左、前上右及后上左、后下右四個(gè)端角，如圖1所示。當(dāng)容積大于0.15 m3時(shí)，根據(jù)箱式電阻爐測溫區(qū)的尺寸，設(shè)計(jì)測溫架的大小和形狀，確定9個(gè)測溫點(diǎn)。將8個(gè)測溫點(diǎn)分別置于測溫區(qū)的八個(gè)端角上，另一個(gè)測溫點(diǎn)（作為監(jiān)控點(diǎn)）置于距控溫?zé)犭娕紲y量端延伸方向不超過150 mm的測溫區(qū)內(nèi)，如圖2所示。

圖1 小容積箱式電阻爐測溫點(diǎn)布置圖

圖2 大容積箱式電阻爐測溫點(diǎn)布置圖

1.2 箱式電阻爐校準(zhǔn)過程中遇到的困難

1.2.1 箱式電阻爐校準(zhǔn)操作中遇到的困難

經(jīng)過對箱式電阻爐校準(zhǔn)方面的一些實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)在具體校準(zhǔn)中的一些問題，因此，對校準(zhǔn)規(guī)范中涉及的傳感器布置方法提出一些看法。筆者認(rèn)為如果完全按照校準(zhǔn)規(guī)范中的要求進(jìn)行測溫點(diǎn)的布置，做到布點(diǎn)尺寸準(zhǔn)確其實(shí)是很困難的。有時(shí)候不僅布置9支熱電偶，即便是布置5支熱電偶都是不容易實(shí)現(xiàn)的，而且測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也會受到懷疑。

1.2.2 測溫點(diǎn)具體布置方面的困難

箱式電阻爐測溫點(diǎn)的具體布置方面，在實(shí)際檢測中發(fā)現(xiàn)對于目前國內(nèi)使用的大多數(shù)箱式電阻爐，由于其溫度均勻性、穩(wěn)定性等技術(shù)要求，工作空間都比較小，布置5個(gè)或9個(gè)測溫點(diǎn)都很難實(shí)現(xiàn)。再加上爐門較厚，并向爐內(nèi)凸出，以起到保溫的效果，而熱電偶材質(zhì)較硬，能夠長時(shí)間測量高溫的熱電偶直徑一般也不會小于2 mm。在這種情況下，要想將熱電偶測量端按規(guī)定放入箱式電阻爐爐膛內(nèi)，而將熱電偶的參考端引出爐外，操作是極其困難的。如果是一根熱電偶還是可以控制的，但對于5根熱電偶同時(shí)從爐內(nèi)引出，想要正常將爐門關(guān)閉，是十分困難的。如果強(qiáng)行關(guān)閉，熱電偶就會由于受到爐門的拉拽而錯(cuò)位，不能按照原先布置好的尺寸進(jìn)行測量，也有可能因?yàn)闊犭娕贾g相互短路而影響校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果不將爐門關(guān)嚴(yán)，將影響爐內(nèi)溫場的均勻性和穩(wěn)定性，也就失去了校準(zhǔn)的意義。

1.2.3 箱式電阻爐設(shè)計(jì)存在的問題

箱式電阻爐設(shè)計(jì)時(shí)，沒有考慮后期校準(zhǔn)。隨著市場的發(fā)展，各種新式的箱式電阻爐層出不窮，其中有一種箱式電阻爐加熱的電阻絲是裸露在爐膛內(nèi)的。如果直接按照校準(zhǔn)規(guī)范中圖示的方法進(jìn)行布點(diǎn)，由于測量熱電偶的導(dǎo)電性，極有可能因?yàn)闊犭娕寂c加熱電阻絲的短接而造成校準(zhǔn)設(shè)備的損壞或校準(zhǔn)人員受傷。還有一種箱式電阻爐具有保護(hù)功能，當(dāng)爐門打開的時(shí)候，自動(dòng)斷電，停止加熱。這種保護(hù)功能，有效地保護(hù)了操作人員，但也給校準(zhǔn)工作帶來了問題。當(dāng)熱電偶從爐門穿出時(shí)，爐門和爐體之間一定會留有縫隙，此時(shí)斷電保護(hù)功能就會啟動(dòng)，自動(dòng)斷開電路，箱式電阻爐停止加熱，校準(zhǔn)工作也就無法進(jìn)行。

2 解決辦法

2.1 設(shè)計(jì)測溫架

可以設(shè)計(jì)箱式電阻爐校準(zhǔn)專用測溫架，如圖3所示，在一個(gè)裝有圓錐形柱體的支座上面設(shè)置9個(gè)能夾持測量熱電偶的測溫用支撐桿，所采用的測溫用支撐桿是可以旋轉(zhuǎn)和自由伸縮的。如果采用箱式電阻爐校準(zhǔn)專用測溫架，就可以對現(xiàn)有的大多數(shù)常用規(guī)格的箱式電阻爐進(jìn)行溫度測量。與校準(zhǔn)規(guī)范中提到的測溫方法比較，不僅具有能夠同時(shí)夾持多個(gè)熱電偶來進(jìn)行測溫的特點(diǎn)，還具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、制作成本低、并適合于多種規(guī)格和尺寸的箱式電阻爐的溫度測量等優(yōu)點(diǎn)[6]。

根據(jù)箱式電阻爐測溫區(qū)的尺寸選擇布點(diǎn)，將校準(zhǔn)時(shí)熱電偶測溫端夾持在箱式電阻爐校準(zhǔn)專用測溫架夾頭上，然后將箱式電阻爐校準(zhǔn)專用測溫架和熱電偶的測溫端一起放入箱式電阻爐爐膛內(nèi)。只要調(diào)節(jié)伸縮式金屬桿的長度和球頭支座的旋轉(zhuǎn)角度，就可以使各個(gè)熱電偶的測溫端布置在規(guī)范中要求的位置上，然后把熱電偶參考端置于箱式電阻爐外面，關(guān)閉爐門，打開通電開關(guān)，將箱式電阻爐設(shè)定在規(guī)定的溫度。等到爐溫達(dá)到設(shè)定溫度，并進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)開始讀數(shù)，這樣就可以完成對箱式電阻爐的校準(zhǔn)操作。但對于具有保護(hù)功能又沒有測溫控的箱式電阻爐，由于熱電偶引線從爐門門縫中引出就會造成箱式電阻爐斷電，此測溫架就無法進(jìn)行爐溫測量。

圖3 測溫架示意圖

2.2 從箱式電阻爐設(shè)計(jì)上解決

許多箱式電阻爐因?yàn)闆]有留有測溫孔，在使用后給校準(zhǔn)工作帶來了很多困難。建議生產(chǎn)廠家統(tǒng)籌兼顧，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)既要能夠保證箱式電阻爐的各項(xiàng)指標(biāo)符合要求，同時(shí)也應(yīng)該考慮后續(xù)計(jì)量校準(zhǔn)工作，在箱式電阻爐上留有測溫孔，方便校準(zhǔn)工作。

2.3 新型測溫方法

針對目前校準(zhǔn)規(guī)范中的不足之處，對當(dāng)前校準(zhǔn)方法進(jìn)行改進(jìn)，筆者提出了一種新的校準(zhǔn)方法。此方法是利用一種箱式電阻爐校準(zhǔn)輔助裝置（如圖4所示），來解決當(dāng)前校準(zhǔn)方法中存在的問題。該裝置需要用耐火材料加工成與被校準(zhǔn)箱式電阻爐大小匹配的爐門，并且在外層加包鐵皮耐火材料的保護(hù)層。選直經(jīng)大約5 mm的剛玉管，根據(jù)爐內(nèi)檢測點(diǎn)布點(diǎn)位置的需要，在加工好的爐門上開5個(gè)測溫孔，要求測溫孔直徑和剛玉管外徑相同，能夠把剛玉管剛好插入爐門的測溫孔中。剛玉管作為測溫?zé)犭娕嫉谋Ｗo(hù)套管，校準(zhǔn)時(shí)把測溫?zé)犭娕疾迦雱傆窆苤?，并根?jù)校準(zhǔn)規(guī)范的要求，調(diào)整測溫?zé)犭娕己蛣傆窆懿迦霠t膛的深度，把熱電偶的測溫端布置在規(guī)定的位置上。在爐門中間開一個(gè)小孔，并在上面裝有透明的耐火材料，作為觀察孔。

圖4 箱式電阻爐校準(zhǔn)輔助裝置

3 結(jié)語

本文根據(jù)工作實(shí)踐分析了目前箱式電阻爐校準(zhǔn)方法中存在的不足，并提出了解決方法。本文提出的校準(zhǔn)方法不僅不需要根據(jù)不同型號的箱式電阻爐設(shè)計(jì)測溫架，而且提高了校準(zhǔn)操作的難度，延長了測溫?zé)犭娕嫉氖褂脡勖埠芎玫亟鉀Q了存在保護(hù)功能和加熱電阻絲裸露在爐膛內(nèi)的箱式電阻爐難以校準(zhǔn)的問題。