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负载状况下上海钜晶精密仪器制造有限公司管式炉温度场测量方法的研究

[导读]管式炉也称热电偶检定炉,是一种重要的恒温设备,用于检定或校准各型温度传感器。上海钜晶精密仪器制造有限公司管式炉炉温温场性能直接关系到各类高温传感器的计量性能,温度传感器的准确可靠对于工业生产和科技研发至关重要。

管式炉也称热电偶检定炉,是一种重要的恒温设备,用于检定或校准各型温度传感器。管式炉炉温温场性能直接关系到各类高温传感器的计量性能,温度传感器的准确可靠对于工业生产和科技研发至关重要。所以要研究制定负载状况下管式炉温度场测试方法以提高管式炉温度场分布的均匀性。

管式炉也称热电偶检定炉,是一种恒温设备,其温度范围通常为300~1 100℃[1](不同产品的加热原理不同,部分产品的温度上限达到1 200℃甚至1600℃[2]),按外观型式分为:卧式和立式。管式炉通常用于检定或校准各型高温传感器,是温度计量领域中使用最为广泛的高温恒温热源。管式炉炉温温场性能直接关系到各类高温传感器的计量性能,温度传感器的准确可靠对于工业生产和科技研发至关重要。所以要研究制定负载状况下管式炉温度场测试方法以提高管式炉温度场分布的均匀性。

1 研究背景

国内传统的管式炉温度场分布测试方法[3],是在管式炉空载的情况下,测量其轴向温度场分布和径向温度场分布。这样的测量方法,只适用于生产和销售单位,用此方法可以得到其温度场分布情况,以标明技术指标,它的测量对象侧重的是管式炉本体。但在全国各个计量技术机构中,作为使用单位希望管式炉的温度场测量要服务于对温度传感器的测量,开展检定或校准工作时要参考相关温度传感器的计量技术法规[4],如在校准铠装热电偶或廉金属热电偶时,管式炉炉管中应使用均温块以提高温度场性能。然而在国内还没有相关的技术法规或者国家标准,也没有这类测量方法的研究。由于不同国家法律法规不同,外国的相关研究并不具有参考性。

2 研究对象

适用于300~1 200℃范围内带温控器的卧式管式炉(也称卧式热电偶检定炉)温度场的测试。

按照用途分类,适用于“廉金属/铠装热电偶用管式炉”和“廉金属/铠装热电偶用短型管式炉”。廉金属/铠装热电偶用管式炉的长度一般为600 mm,炉管的内径直径一般为40 mm;廉金属/铠装热电偶用短型管式炉的长度一般为300 mm,炉管的内径直径一般为40 mm[5]

除管式炉本体外,在测量负载状况下管式炉温场时,炉管内应配置尺寸与之相适应的均温块,其剖面和插孔分布如图1所示。均温块在1 250℃高温下不发生形变

3 测量条件

3.1 环境条件

环境温度和环境湿度没有具体要求,所以参考电测设备的工作环境,故环境温度为(23±5)℃,环境湿度不大于80%RH[7]

3.2 测量标准

设备名称:工作用贵金属热电偶;型号规格:S;测量范围:300~1 300℃;准确度等级:工作用1级;数量:5支;其他要求:检定或校准后不超过3个月,也可使用准确度等级或扩展不确定度不低于它的其他设备。

3.3 配套设备

(1)电测仪器:准确度等级不低于0.02级;测量范围一般为0~100 m V;分辨力0.1μV。

(2)转换开关:各路寄生电势及各路寄生电势之差均不大于0.4μV。

(3)冰点恒温器:冰瓶或零度恒温器。

(4)计时器、直尺或卷尺、定位辅助装置:满足测量需求即可。

4 测量方法

4.1 准备工作

新购置的或长时间未使用过的管式炉应提前进行烘炉处理,可在其温度范围上限温度点保持恒温2 h左右,然后关闭电源自然降至室温[8]

将均温块、定位辅助装置安装在炉内,均温块的底部位于轴向均匀温场内,控温偶插入均温块的控温插孔内。均温块连接好定位杆,将五支测量标准作编号后套陶瓷保护管插入均温块底部,其分布位置如图2所示。用尺测量炉口两端距离,计算炉中心点,中心点标记为“0”点;从此点分别向工作端和参考端每隔10 mm作一记号,标出“-3~+3”坐标位置,使用铅笔在定位杆上作相应记号,如图3所示。

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