【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(duì)箱式電阻爐構(gòu)造特征和使用中的注意事項(xiàng)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(wèn)題,對(duì)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
1.1構(gòu)造特征
箱式電阻爐的構(gòu)造特征主要有以下幾點(diǎn):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(huì)顯示出來(lái),方便觀察爐膛的狀態(tài);6)布線簡(jiǎn)單,說(shuō)明清晰,使用方便;7)具有過(guò)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(xiàng)
箱式電阻爐使用中的注意事項(xiàng)主要有以下幾點(diǎn):1)在使用過(guò)程中,避免超過(guò)電阻爐的最高溫度;2)為了避免電擊,在安裝試樣時(shí)必須切斷開關(guān);3)為了延長(zhǎng)電阻爐的壽命,在裝載試驗(yàn)品時(shí),爐口開啟時(shí)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(lái)盛放樣品;6)在裝樣品時(shí),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(shí)要按機(jī)械設(shè)備的使用規(guī)程進(jìn)行實(shí)際作業(yè);11)使用時(shí)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。
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(duì)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(cè)方法進(jìn)行檢驗(yàn),產(chǎn)品標(biāo)識(shí)上的詳細(xì)信息必須完整,包括產(chǎn)品名稱、型號(hào)、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(hào)、數(shù)據(jù)和物理代號(hào)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(bǔ)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(gè)部分是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常。在進(jìn)行外觀檢查時(shí)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(shí)會(huì)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(bǔ)償導(dǎo)線會(huì)嚴(yán)重影響箱式電阻爐的實(shí)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(huì)根據(jù)客戶的需求選擇一個(gè)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(cè)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(shí)驗(yàn)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(shí),標(biāo)稱溫度的標(biāo)定是由客戶決定的。
校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)裝置通常由檢測(cè)熱電偶、開關(guān)、測(cè)試儀和補(bǔ)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(cè)熱電偶安裝在預(yù)先設(shè)定的測(cè)溫架上,并做好標(biāo)記,接著將測(cè)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(lái),然后關(guān)閉箱式電阻爐的爐口,按照熱電偶的極性用補(bǔ)償導(dǎo)線對(duì)應(yīng)序號(hào),通過(guò)開關(guān)連接到檢測(cè)裝置上,最后檢查熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線、切換開關(guān)和測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù),在60分鐘之內(nèi),每隔3分鐘記錄一次測(cè)溫,至少測(cè)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(jì)量校驗(yàn)特性?,F(xiàn)在檢定中大多采用電腦自動(dòng)采集數(shù)據(jù),一旦檢測(cè)完成,檢測(cè)人員就可以打開存儲(chǔ)在電腦中的資料,查看處理結(jié)果。
目前箱式電阻爐的檢測(cè)裝置主要由熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線、檢測(cè)儀表、轉(zhuǎn)換開關(guān)和測(cè)溫架等組成。利用熱電偶對(duì)爐中的溫度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)溫,并將結(jié)果發(fā)送至檢測(cè)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(cè)溫架插入到箱式電阻爐后關(guān)閉爐門時(shí),會(huì)引起補(bǔ)償導(dǎo)線的轉(zhuǎn)動(dòng),導(dǎo)致熱電偶位置發(fā)生變化,從而對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定的影響。
2)測(cè)定爐溫必須要將熱電偶綁在測(cè)溫架上,這會(huì)使準(zhǔn)確測(cè)定爐溫之前的計(jì)劃時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。
3)由于熱電偶受償導(dǎo)線從爐口縫隙進(jìn)入測(cè)溫區(qū),會(huì)導(dǎo)致爐口密封不嚴(yán),從而使測(cè)量精度受到一定的限制。
4)熱電偶通過(guò)爐門進(jìn)入爐內(nèi),關(guān)閉后會(huì)發(fā)生彎曲,極易損壞,需要經(jīng)常更換,這會(huì)增加檢測(cè)成本。
5)有些箱式電阻爐在加熱后,電爐絲會(huì)暴露在爐子里,檢查時(shí)很有可能會(huì)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(hào)分別與測(cè)量?jī)x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(duì)于煤炭和冶金行業(yè)的中小規(guī)模的爐來(lái)說(shuō),在實(shí)際工作中會(huì)遇到箱式電阻爐經(jīng)常處于不關(guān)機(jī)狀態(tài),冷卻后又重新調(diào)高溫度,直接對(duì)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(gè)小時(shí),而從加熱到穩(wěn)定狀態(tài),通常要0.5~1小時(shí)。如果按照最短的時(shí)間來(lái)計(jì)算,校準(zhǔn)一臺(tái)箱式電阻爐至少要3個(gè)小時(shí),所以規(guī)范中的該要求就顯得不適用于實(shí)際檢定工作。
7)測(cè)量不確定度的評(píng)定分析?!盃t溫誤差”的定義是:在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi),在箱式電阻爐的溫度穩(wěn)定條件下,所測(cè)得的最大溫度和最小溫度的上下誤差?!皹?biāo)稱溫度”的定義是:按照試驗(yàn)方法或事先設(shè)定的溫度值。按照上述兩條定義,對(duì)箱式電阻爐進(jìn)行校準(zhǔn),不記錄箱式電阻爐的測(cè)量范圍。測(cè)量爐溫偏差時(shí),最大實(shí)際的溫度和箱式電阻爐的平均測(cè)量范圍之間的差異是爐溫偏差△t+,最小實(shí)際的溫度和箱式電阻爐的測(cè)量范圍的平均偏差為爐溫偏差△t-。相反,最大實(shí)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(yùn)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(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義》將“校準(zhǔn)”一詞理解為:一套在特定條件下的實(shí)踐活動(dòng)。第一個(gè)步驟是用這個(gè)數(shù)據(jù)的內(nèi)容來(lái)說(shuō)明測(cè)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(gè)準(zhǔn)確地測(cè)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。
5.1測(cè)溫輔助模塊
傳感器的布置及測(cè)溫架的應(yīng)用,可配合測(cè)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(cè)溫輔助控制單元(其基本原理與對(duì)熱電偶檢定爐進(jìn)行徑向溫場(chǎng)的測(cè)量時(shí)所用的相同),在中心和四個(gè)端角處都有一個(gè)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(zhǎng)度及位置按測(cè)溫區(qū)的要求確定。
在校正時(shí),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(shí)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(gè)問(wèn)題,但是該材料目前在國(guó)內(nèi)還無(wú)法量產(chǎn),進(jìn)口價(jià)格相對(duì)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(cè)量孔洞也是解決這一問(wèn)題的一個(gè)很好的辦法。
5.2新型校準(zhǔn)方法的應(yīng)用
針對(duì)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(duì)材質(zhì)為剛玉的管子進(jìn)行實(shí)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(cè)量溫度的5個(gè)測(cè)量孔,將相應(yīng)的管子插入測(cè)溫孔后進(jìn)行校正。溫度測(cè)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(shí)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(duì)電偶的深度、角度進(jìn)行分析,必要時(shí)可以進(jìn)行觀測(cè)孔洞的設(shè)置,對(duì)內(nèi)部的構(gòu)造情況進(jìn)行觀測(cè)分析,提高校準(zhǔn)的便利性和合理性。
5.3對(duì)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(duì)同一臺(tái)電阻爐進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,兩種方法測(cè)試結(jié)果的精度在不確定度的變化過(guò)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(shí)間間隔中,測(cè)量范圍中的最大和最小的具體溫度分別與測(cè)量范圍的上下誤差,并記錄電阻爐測(cè)溫計(jì)的示值。計(jì)算爐溫偏差時(shí),最大特定溫度和箱型電阻爐的測(cè)量?jī)x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(cè)溫儀表的平均偏差是爐溫偏差△t-。第四,分別對(duì)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(píng)定。
綜上所述,JJF 1376—2012《箱式電阻爐校準(zhǔn)規(guī)范》對(duì)箱式電阻爐的校準(zhǔn)提供了有力的技術(shù)保障,對(duì)于檢定人員來(lái)說(shuō),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(shí)也需要根據(jù)實(shí)際的校準(zhǔn)環(huán)境制定更有針對(duì)性的校準(zhǔn)方案,以此來(lái)滿足不同的箱式電阻爐校準(zhǔn)需求,促進(jìn)熱工計(jì)量的不斷發(fā)展。
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【作者簡(jiǎn)介】
曹宇,女,1972年出生,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)闊峁ゎ愑?jì)量器具的檢定、校準(zhǔn)與研究。
(編輯:李加鵬)