基于熱電偶校準的精確校驗爐設計思考

井　彬,陳英濤,于　藝（沈陽航空航天大學,沈陽　110136）

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基于熱電偶校準的精確校驗爐設計思考

井彬,陳英濤,于藝
（沈陽航空航天大學,沈陽110136）

摘 要：現代科技的飛速發展，熱電偶已經廣泛普及于科技領域的各個行業。基于鎧裝熱電偶校準應用的校驗爐精準度要求更高、應用更加科學。本文參閱相關參考資料，對精密熱電偶校驗爐的研究與運用提出新的試驗型設計思路。本設計可有效提升熱電偶校準使用過程中的精準度，表現出良好的應用性能。

關鍵詞：設計思路；應用科研；鎧裝熱電偶；校驗爐

鎧裝熱電偶，是一種比較成熟的應用科技，提高鎧裝熱電偶的精準度，其基本思路應該是確保鎧裝熱電偶校準的精準度更加符合規范要求，在設計思路上應盡可能減少對熱電偶校準的不確定性因素，從而提升熱電偶校驗爐的精準度和緊密性。由基于此，精準度校驗爐的設計思路首先必須要求有比較寬泛的均勻溫區，從而保證也有比較寬泛的插孔溫度溫區，同時也提升了溫度的穩定性。

1　舊有校驗爐問題分析

傳統使用的校驗爐爐體基本是管狀臥的加熱結構，對加熱爐的加熱過程是呈段性的、制成距離不相等的加熱絲進行加熱的一個過程。其存在著嚴重的缺陷。主要表現為等溫區距離太短，從而導致熱電偶向外導熱與實際溫場產生誤差，而且校驗爐自身對外的傳熱也會產生相應的誤差，進而導致疊加誤差，最終導致較大的誤差檢測結果，在實際實驗操作中，經常表現為校驗爐與各個被檢熱電偶間的熱交換狀況不一致，熱平衡點在不同的時段存形成數據差異。

1.1溫度場的影響

溫度場的數據，是校驗爐與被檢熱電偶的之間的第一參考數據。是兩者之間的熱交換狀況和熱平衡點數據形成的基礎。校驗爐工作區溫度場的變化對其結果產生影響。從邏輯關系來講，溫度場的數據以及數據的變化會形成對標準熱電偶及被校熱電偶的測量端的溫度數據的基礎。并且，隨著操作位置的變換，其溫度差異會被進一步異化。如果直徑非常大的鎧裝熱電偶校準，由于熱電偶的測量端節點在金屬保護管中，這樣就與標準熱電偶的測量端節點形成非常大的距離，從而導致誤差溫度的出現。實踐中，試驗元素被捆扎在一起時即已經會導致軸向導熱現象的出現，在這個時間結點上，現場溫場已經要比空載時的溫場環境惡化許多。再者，由于臥式爐自生的構造特點，在其工作區中，會存在徑向對流現象，這就會形成同樣一個截面，但仍然準在溫度誤差的現象。為此，確保校準時徑向溫差的減小，則需要有效的使用均溫區塊。

1.2熱平衡點的時差與誤差

在溫測校驗過程中，如果熱溫區塊特別小，由于檢測元素自身的對外導熱與傳熱，從而在實際檢測上會造成溫場數據的變化，從而對熱電偶檢測結果形成誤差影響。對于同一測溫點來說，在不同的時段進行測試，由于校驗爐自身的熱平衡點不完全一樣，也會形成時間上的測溫誤差。因此，在實際操作過程中，對于熱電偶的檢驗數據，后者的數據往往要比前者的數據要高。

基于以上分析，鎧裝熱電偶校準的不準確性會存在多種因素的影響，很難以完全避免。這也就成為生產廠商、經營者以及實驗者、包括計量部門的實際操作使用過程中檢測數據在很多清況下都不一樣的原因。避免此類誤差的一個值得考慮的唯一選項是校驗爐自身的等溫區足夠大。足夠大的等溫區可以確保校驗元素即被檢驗的熱電偶和校驗爐此兩者自身的對外導熱均不會對熱電偶檢驗結果產生影響。同時，足夠大的等溫區也足以使校驗爐不等溫分布區域的熱平衡點及被校標準熱電偶之間的位置變化都不會對測溫數據值造成誤差影響。

2　校驗爐精準性設計思路

2.1設計思路

根據上述校對校驗爐存在的問題進行了分析可以知道，對精密熱電偶校驗爐設計過程中需要進行三個方面的改進工作，具體如下:

A：爐體結構及控溫系統。從精準性考慮，熱電偶校驗爐一般應進行內外二級爐體結構，且對控溫系統進行相應改造，二級爐體結構可以最直接的擴大等溫工作區域，同時，從溫控系統考慮，可以直接有效地降低檢驗元素自身傳熱導熱所形成的溫度誤差。從二級爐體結構分析，外級爐體工作溫度與內級的工作溫度無限接近，必然意味著校驗元素自身的傳熱影響已經降到無限最低，從而確保校驗爐由更加寬泛的等溫工作區。

B：熱電偶的安置。從精準度考慮，要想使得校驗爐校驗數據離散性的減小，就必須運用插孔的方式進行對熱電偶的安置，從而確保每一支被校熱電偶與校驗爐之間熱交換結果的一致性得到有效的提高。

C：補償加熱器的設置。為了使得校驗結果更加精準，在實際的校驗操作過程中，要盡可能降低被校熱電偶的對外導熱，這就需要補償加熱，最簡單的操作是將補償加熱器設置在校驗爐爐口的位置。

2.2爐溫控制

爐溫控制是由基于熱電偶配屬的控溫儀來實現的。爐體爐管與均溫塊的溫度，來源于不同的控溫熱電偶，由此，我們可以設計將不同區管熱電偶標示為控溫熱電偶A及控溫熱電偶B，利用數字控溫儀來實現控制，分別為輸出A、B。之后，通過調節可控硅對工作區均溫塊及爐管加熱器進行控制，對功率根據需要進行調節控制。實踐中，工作區均溫塊的溫度與爐管的溫度都較低，從而實現均溫塊對外熱傳導，從根本上實現對校驗爐工作取溫度均勻性的提升。

3　結束語

基于鎧裝熱電偶的校驗爐檢測運用是一種廣譜性應用科技，但由于長期以來的檢測誤差影響，是其準確性能不能得到有效提升，客觀上影響了人們對實驗數據的信任度。通過對上述校驗的改進設想，應該會在溫控應用以及數據取得上提升精確性，是其性能更加符合要求。

參考文獻：

[1]楊振華.熱電偶不均勻性分析及實驗測試方法研究[D].天津大學,2010.

[2]王浩.管形熱電偶檢定爐均勻溫場的研究Ul[J].中國計量,2010.

作者簡介：井彬（1988-），男，安徽桐城人，碩士研究生，研究方向：航空發動機制造與先進測試技術。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.151