熱處理爐系統精度測試不合格問題分析與研究

江智軒，匡翠華

昌河飛機工業（集團）有限責任公司 江西景德鎮 333002

1 序言

熱處理爐作為特種工藝設備，控溫系統與記錄系統是設備的兩大重要組成部分。系統精度測試是將儀表/導線/傳感器的讀數顯示值，與已經校準的測試儀表/導線/傳感器的讀數顯示值進行比較，判定測量的溫度偏差是否在規定的范圍內。而系統精度測試的目的就是為了保證爐子每一控制區控制和記錄系統的精度。

系統精度測試的方法有比對法、替代法和免除法三種。免除法極少使用；替代法一般用于A型/B型儀表的負載測量系統[1]；比對法則是企業內部被使用最為頻繁的方法。

2 井式淬火爐系統精度測試不合格問題

2.1 故障現象

一臺單區控制的井式淬火爐在定期檢測系統精度時（測試點200℃、350℃、500℃、650℃）發現在200℃工藝測試點控溫、記錄系統精度偏差已超過±2.0℃（測量數據見表1），無法滿足2類爐≤±1.7℃使用要求，因此設備無法使用。

表1數據對實際SAT測試數據記錄進行了精簡，高溫測量標準AMS 2750F對SAT測試表格做了詳細的要求，使用比對法進行SAT測試的表格應至少包含被測傳感器系統標識、SAT傳感器標識（以及使用K或E分度時插入深度的標識）、SAT儀表標識、SAT日期與時間等[2]。

表1 井式淬火爐SAT測試數據 （℃）

2.2 故障處理過程

由于熱處理爐的系統精度主要是受工藝熱電偶精度誤差、儀表精度誤差、接插件及延長線（補償導線）精度誤差等幾部分影響，所以通過分析系統精度測試及組成部分，當發生系統精度不合格時，可以確定故障原因可能有以下幾點。

1）控溫儀表精度誤差過大。

2）記錄儀表精度誤差過大。

3）延長線/補償導線因劣化，絕緣層損壞等而導致精度超差。

4）工藝傳感器精度超差。

5）接插件氧化所導致的接插件精度超差。

6）SAT測試系統異常。

由于現場儀表常因周圍環境（溫度、濕度等）、時效等原因會導致測試精度出現變化，而儀表的測試精度也是系統精度誤差的重要組成之一[3]，故首先使用現場標定儀器輸出標準信號對控溫儀表及記錄儀表進行精度檢查，現場標定測試如圖1所示。具體如下：首先脫開工藝熱電偶與補償導線處的連接，當現場標定儀器完全穩定后，使用現場標定儀輸出標準溫度信號；然后通過相同分度號的補償導線與接頭進行連接，輸出至控溫、記錄儀表信號輸入端，查看儀表端顯示溫度值與標定儀輸出標準值的差值大小，發現控溫儀表及記錄儀表均存在較大的測量精度誤差（標定數據見表2），遠超出控溫及記錄儀表正常使用的精度誤差范圍，這會直接對系統精度測試數據產生較大影響。

表2 現場儀表標定數據 （℃）

圖1 現場標定儀測試

為此，需進行現場儀表精度（帶補償導線）校準工作。同樣使用現場標定儀器輸出標準信號，結合儀表自帶的校準功能進行精度校準。設備使用的控溫儀表為歐陸3208系列，記錄儀表為大華千野AH4706系列。歐陸3208儀表精度校準功能在子菜單CAL-IDLE處開啟，分別進行低點（200℃）和高點（650℃）校準，校準原理如圖2所示。經校準后標定檢測控溫儀表精度誤差≤±0.1℃，控溫儀表測試精度恢復正常。

圖2 歐陸溫控儀精度校準示意

大華千野記錄儀同樣存在精度校準功能，該功能在記錄儀操作面板上的Inp Adj菜單處開啟。通過標定儀器輸出對應通道的零量程與滿量程信號進行精度校準，校準原理與控溫儀表校準類似，校準界面如圖3所示。校準后標定記錄儀測量誤差≤±0.2℃，恢復正常。

圖3 大華千野記錄儀精度校準界面

通過標定儀器現場校準溫控儀與記錄儀精度，減少儀表測量誤差，再次進行系統精度測試數據≤±1.7℃，滿足使用要求，設備恢復正常使用。

3 AMS 2750F版對系統精度測試的相關要求

AMS 2750F版已于2020年6月29日正式發布，F版是在E版實施了8年的基礎上，基于審核中出現的問題、不符合項、PRI公告、高溫測量指南，以及技術的進步，進行了徹底重新編寫。新的標準對溫度傳感器/補償導線及其校準、儀表的數字化及要求、SAT/TUS以及偏置的要求均做了明確的約束。其中針對與SAT相關內容，首先，在高溫測量標準里明確規定加熱爐等級、儀表型號和系統精度測試間隔之間的關系，例如：1類爐A類儀表最大允許SAT周期為每月，最大允許SAT偏差為≤±1.1℃或±讀數的0.2%（兩者取大）；2類爐A類儀表最大允許SAT周期為每季度，最大允許SAT偏差為≤±1.7℃或±讀數的0.3%（兩者取大），在此不詳細描述。其次，進行任何會影響SAT準確性的維護，都應重新進行系統精度測試，包含但不僅限于以下情況。

1）更換了被測系統控制器。

2）更換了控制或記錄儀表。

3）校準控制或記錄儀表時進行了任何的調整。

4）如果引入內部修正型偏置，刪除或修改內部修正型偏置。

5）由于SAT失敗所實施糾正措施后。

在進行SAT測試時，對SAT測試熱電偶測試位置也做了明確的規定。系統精度測試熱電偶的端頭（測量端）應盡量靠近控制、監控或記錄偶的端頭（測量端），其距離不應超過3in（76.2mm），后續的系統精度測試其測試熱電偶的位置/方位/深度應與第一次的測試相同。在實際測量中應盡可能保持測試熱電偶端頭與工藝熱電偶測量端頭處在同一位置，并確保固定，保證在測量過程中兩熱電偶測量端頭位置無變化，這樣才能保證系統精度測試的有效性[4]。

AMS 2750F版里同樣規定了儀表的校準周期，對于現場測試儀表最大校準周期為每季度（因每季度交換時周圍環境差異較大，容易造成現場工藝儀表測量精度變化），最大校準精度要求為±0.6℃或±讀數的0.1%（兩者取大）。按照AMS 2750F版要求，上述系統精度故障處理對現場控溫、記錄儀表校準后應出具相關儀表校準報告，同時需注明是從接插件處進行現場儀表校準。

4 結束語

SAT測試不合格問題是熱處理設備在高溫測量時的常見問題，但通過上述故障也同時反映出高溫測量標準的重要性，標準里任何一條規范要求都是有意義、有作用的。由于AMS 2750F版目前處于換版執行階段，國內相關人員應積極學習F版高溫測量標準，仔細研讀，按照規范要求執行，以保證熱處理設備的合理、合規使用，同時也便于熱處理設備進行相關特殊過程認證。