熱電偶退火爐校準(zhǔn)方法

[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。JJG75-1995《標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶》JJG167--1995《標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶》、JJG141--2013《工作用貴金屬熱電偶》等檢定規(guī)程均要求熱電偶退火爐有一段均勻溫場(chǎng):從測(cè)量端起不小于400mm長(zhǎng)的一段處在(1100±20)℃。然而目前沒(méi)有通用的測(cè)試方法。熱電偶退火爐的校準(zhǔn)方法,并對(duì)其溫度偏差的校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行了不確定度分析。
　　熱電偶退火爐通過(guò)電流繞絲加熱爐管產(chǎn)生熱量,其傳熱方式為輻射傳導(dǎo)對(duì)流等。熱電偶退火爐主要用于檢定標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶、標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶、工作用貴金屬熱電偶的爐內(nèi)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(dú)立，也可組合為一體。爐體一般為臺(tái)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(zhǎng)度約1000mm,工作腔尺寸一般為φ40mmx1000mm,上限溫度為1200℃,退火過(guò)程的使用溫度為1100℃。
　　對(duì)于熱電偶現(xiàn)行有效的檢定規(guī)程包括:JJG75--1995《標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶》、JJG167-1995《標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶》和JJG141--2013《工作用貴金屬熱電偶》。根據(jù)規(guī)程規(guī).定:熱電偶退火爐應(yīng)有(1100+20)℃均勻溫場(chǎng),均勻溫場(chǎng)長(zhǎng)度應(yīng)大于400mm,均勻溫場(chǎng)的一端距爐口應(yīng)小于100mm。
1校準(zhǔn)方法
1.1校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備
　　校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備見(jiàn)表1,也可用擴(kuò)展不確定度滿足要求的其他設(shè)備。
 
1.2校準(zhǔn)項(xiàng)目
　　溫度偏差。
1.3校準(zhǔn)方法
　　將直徑20mm的瓷管放在退火爐爐內(nèi),用兩支標(biāo)準(zhǔn)偶分別作為移動(dòng)偶和監(jiān)控偶。移動(dòng)偶從爐子的一側(cè)放人爐中心軸線上,監(jiān)控偶放在瓷管與爐管之間,測(cè)量端分別處于爐中心截面的徑向上,監(jiān)控偶監(jiān)視爐溫變化。移動(dòng)偶和監(jiān)控偶的參考端分別與導(dǎo)線的一-端連接放人冰點(diǎn)恒溫器內(nèi)，導(dǎo)線的另一端與轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)連接,再用測(cè)量線連接電測(cè)儀器(見(jiàn)圖1)。控溫偶.從爐子的另一側(cè)放人爐內(nèi)中心軸線上,測(cè)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(shè)定溫度1100℃。當(dāng)退火爐處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)開(kāi)始測(cè)量。測(cè)量時(shí)分別讀取中心0mm位置監(jiān)控偶和移動(dòng)偶的數(shù)據(jù),然后移動(dòng)移動(dòng)偶至100mm、200mm、300mm..400mm的位置,切換轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)至相應(yīng)的位置,待電測(cè)儀器穩(wěn)定后,分別對(duì)監(jiān)控偶和移動(dòng)偶進(jìn)行讀數(shù)。在各個(gè)位置依次測(cè)量1次后,再將移動(dòng)偶從400mm.300mm、200mm、100mm、0mm移動(dòng),對(duì)監(jiān)控偶、移動(dòng)偶在每個(gè)位置依次進(jìn)行讀數(shù),循環(huán)二次,取平均值為實(shí)測(cè)值。
1.4溫度偏差數(shù)據(jù)處理
 
　　其中,ti為第i個(gè)位置移動(dòng)偶的實(shí)際值,℃;`tij為第j個(gè)位置移動(dòng)熱電偶的平均值,℃;δtbj為監(jiān)控偶在第j個(gè)位置讀數(shù)與0位置讀數(shù)的差值,℃;txj為第j個(gè)測(cè)試點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的修正值,℃;△t為溫度偏差,℃。
　　按照操作過(guò)程,根據(jù)公式(1)計(jì)算各位置的實(shí)際值,取其最大值作為溫度偏差,然后按公式(2)計(jì)算求得退火爐溫度偏差。
2熱電偶退火爐溫度偏差的計(jì)算示例
　　設(shè)定溫度1100℃,在距爐中心400mm的位置上，移動(dòng)偶.兩次循環(huán)測(cè)量的平均值(tij)為1091.2℃,監(jiān)控偶的波動(dòng)(δtbj)
溫度偏差為:
 
3熱電偶退火爐溫度偏差測(cè)量不確定度評(píng)定
3.1校準(zhǔn)方法
　　將移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和控溫?zé)犭娕及凑請(qǐng)D1的要求放置在退火爐內(nèi)，然后升至設(shè)定溫度(1100℃),待爐內(nèi)達(dá)到溫度并處于穩(wěn)定狀態(tài),測(cè)量各個(gè)位置的溫度。下面對(duì)退火爐溫度偏差校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。
3.2數(shù)學(xué)模型
 
3.4計(jì)算在各位置測(cè)試點(diǎn)測(cè)得的實(shí)際溫度與設(shè)定溫度之差的不確定度
3.4.1輸人量`tij重復(fù)性測(cè)量引人的不確定度u(tij1)
　　在退火爐校準(zhǔn)溫度為1100℃時(shí),進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。測(cè)溫儀器得到各個(gè)位置測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量值,每個(gè)測(cè)試點(diǎn)讀數(shù)分別為tij，...t4j其平均值記為`tij。
　　本次不確定度評(píng)定以0mm位置為例,10次重復(fù)性測(cè)量，用A類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定,其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。
 
　　實(shí)際測(cè)量以4次測(cè)量值的平均值作為測(cè)量結(jié)果，故:
 
3.4.2轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(`tij2)
　　經(jīng)測(cè)試轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)引人的誤差為±0.1℃,采用B類(lèi)評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)估。按矩形分布考慮,包含因子k=√3,半寬度,α=1.0μV,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
 
3.4.3熱電偶參考端溫度偏差引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(`tij3)
　　在冰點(diǎn)器中裝人蒸餾水制成的冰水混合物。經(jīng)測(cè)試，冰點(diǎn)器溫差為±0.1℃,采用B類(lèi)評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)估。按矩形分.布考慮,包含因子k=√3,半寬度為0.1℃,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
 
3.4.4在各個(gè)位置測(cè)試點(diǎn)爐溫的波動(dòng)引入的不確定度u(δ`tij)
　　根據(jù)實(shí)際測(cè)量在各個(gè)位置測(cè)試點(diǎn)爐溫的波動(dòng)按±0.4℃計(jì)算,按均勻分布考慮,包含因子k=√3,取半寬為0.4℃,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
 
3.4.5溫度校準(zhǔn)裝置修正值引人的不確定度u(txj)
　　從校準(zhǔn)證書(shū)中可知,溫度校準(zhǔn)裝置修正值的擴(kuò)展不確定度為0.5℃(k=2),標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
 
3.4.6標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總
　　標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總見(jiàn)表3。
 
3.4.7溫度偏差(△t)的測(cè)量不確定度
 
4熱電偶退火爐使用時(shí)的注意事項(xiàng)
1)熱電偶退火爐使用時(shí),需配置專(zhuān)用的控溫儀或相關(guān)的溫度控制設(shè)備,不可直接接人220V電源使用。
2)爐膛內(nèi)應(yīng)保持清潔,熱電偶裝好后,爐口應(yīng)用耐火材料封堵。
3)熱電偶退火爐長(zhǎng)期不用時(shí),應(yīng)放于干燥通風(fēng)處保存,再次使用時(shí)應(yīng)先烘干,烘干時(shí)將爐溫升至600℃左右,恒溫2小時(shí)后方可使用。
4)為了安全,熱電偶退火爐必須可靠接地。