热处理过程中温度测量技术及仪表的选用

李晓仲

(天津市计量监督监测科学研究院 天津300192)

热处理过程中温度测量技术及仪表的选用

李晓仲

(天津市计量监督监测科学研究院 天津300192)

就温度参数来说，测量的准确与否，直接影响到经过热处理工件的质量和工艺规范的实施。结合热处理工艺，对几种热处理设备的温度测量方法进行了探讨，提出了可以采用仪表的要求，对保证热处理工件的温度参数进行了分析和研究。

热处理 温度测量 仪表

0 引 言

金属材料及热处理加工行业研制新材料、制定新工艺、开发新产品(包括航空航天、冶金机械、汽车制造等)，必须借助于成分分析、参数测量等许多仪器仪表，以获取必要的数据。热处理的所有过程则必须依靠计量仪表来全面了解工艺的状况并加以控制，以保证最佳工艺过程的实施，获得尽可能高的质量参数和经济指标。用最先进的自动化仪表与设备组成自动化系统，对工艺参数(首选是温度)实行准确的、自动的测量是不断提高热处理工艺水平的不可缺少的条件。因此对热处理过程中温度测量技术及仪表的选用进行研究和分析是非常必要的。

1 常用热处理炉温度测量方法

工件在热处理炉中加热时，加热元件、炉内介质、炉壁、工件以及一般的感温元件之间进行着复杂的热交换过程。只有上述各部分之间达到热平衡状态，传感器所反映的温度参数才能认为是炉内或工件的温度。事实上，要使炉内各部分达到绝对的热平衡是不可能的，它们之间总是存在着某些温度上的差别。炉膛温度分布的均匀性以及感温元件在炉膛中安装的位置是否正确，就成为传感器能否正确反映炉温或者说工件温度的重要条件。

1.1 温度测量基本结构

热处理过程中的温度测量和控制、调节是分不开的，因而与其他环节一起组成了温度测量控制系统。热处理炉温度测量的基本结构如图1所示。

1.2 盐浴炉温度的测量方法

盐浴炉的加热介质为熔融液体，主要靠对流传热，因而炉膛温度均匀性较好(大型炉膛远离电极处的温度比电极附近温度稍低)。炉膛温度即可代表工件的温度。中温盐浴炉测温一般采用热电式温度计，高温盐浴炉则采用辐射式温度计。

图1 炉温自动测量系统示意图Fig.1 Schematic diagram of automatic measuring system of furnace temperature

采用热电式温度计测量中温盐浴炉温度时，应使用的温度传感器是直角式热电偶，安装位置如图2所示。热电偶的外套还必须采用不锈钢或其他耐腐蚀、不透盐液的材料作为保护套管。在使用过程中应注意外力的碰撞并应严格禁止急冷急热，以防保护套管炸裂。

图2 热电偶安装位置示意图Fig.2 Schematic diagram of installation position of the thermocouple

1.3 气体渗碳炉以及井式氮化炉温度的测量方法

此类热处理炉体都有耐热钢炉罐，罐内放置工件，电加热元件在炉罐外围。炉膛的深度不同，所使用热电偶的数目也不同，炉膛较深的炉体常用两支或者更多支热电偶分区测量，以提高测量结果的准确性。

1.4 箱式炉温度的测量方法

箱式炉的电热元件(硅碳棒或电热丝)一般安装在炉体侧壁上，有时也安装在炉体顶部或底板下面，根据热处理炉设计原理，炉内温度一般在炉门附近最低，而在电加热元件附近最高。炉温的测量，一般采用接触式方法，通常感温元件是热电偶传感器。在决定传感器安装位置后，还要保证环境温度的稳定，使用热电偶传感器时，自由端环境温度不应超过100,℃。

1.5 高、中频感应加热元件的温度测量

高、中频感应加热过程中，工件表面的温度变化是十分迅速的，从环境温度到淬火温度所需时间为几秒到几十秒。为了满足标准要求，我们结合试验，总结出用辐射式仪表测量，对提高热处理质量、保证测量准确度是颇有成效的。

2 影响测量热处理炉温度准确性的几个因素

热处理炉的温度测量与其他工艺计量参数的测量一样，都存在着测量误差，我们应该了解误差产生的原因，尽量减小误差数值，提高测温的准确度，以保证使用热处理炉加工的工件符合标准规范要求。

2.1 测量温度用仪表基本误差的影响

基本误差是仪表本身由于设计和制造等方面因素而必然存在的误差。其大小由它的准确度等级来表示。测量炉温时，测温仪表(包括传感器和显示仪表)的准确度首先影响到测量的准确程度。准确度相同而测量范围不同的仪表，产生的绝对误差是不一样的。因此，为了保证测量结果的准确，一方面要考虑仪表的准确度等级，还要尽可能选用测量范围上限与被测温度相近的仪表。

2.2 测量仪表环境温度的影响

要尽可能保证测量仪表周围环境温度符合仪表标准和计量检定规程技术要求。

2.3 外界干扰的影响

这里应充分考虑附近电磁场的干扰影响，做好防屏蔽措施，特别应注意地线的连接。

2.4 其他影响

在炉温测量过程中，还存在着影响测量准确性的其他因素，如传感元件的热惰性、试验或连接方法不当、外线电阻配接阻值错误、连接补偿导线分度号不正确等。在考虑消除这些因素的影响时，首先应该严格遵守测温系统中各个环节的规范和使用技术要求；其次对具体情况要全面分析和考虑，及时找出问题症结，根据基础理论和应用知识，通过数据计算得到正确的结论。

3 测量热处理炉温度选用仪表的一般原则

如前所述，炉温仪表在满足热处理工艺规范要求、提高加工件质量、节约能源、保护环境等方面，起着十分重要的作用。为此，合理选用仪表是做好热处理工作的重要环节。炉温仪表选用时应考虑的因素很多，主要有：热处理工艺规范的要求、自动化的能力、仪表的测量范围、仪表的工作环境、节约能源和日常维护等。

4 结 语

本文结合温度计量技术理论，对热处理过程中测量温度的方法进行了分析。通过对测温仪表的选型和在测量过程中使用方法进行探讨，为保证工艺参数和热处理质量提供了有效的方法，对其他试验设备也有借鉴作用。

［1］ 李义军. 热处理炉温度均匀性测量及误差分析[M].计量技术，1998(12)：17-19.

［2］ 陈宗浩. 热处理炉的温度测量与控制[M]. 北京：机械工业出版社，1990.

［3］ 宋正华. 热处理炉温度的现场控制[J]. 中国计量，2009(2)：78-80.

［4］ 国家质量监督检验检疫总局. 热处理炉有效加热区测定方法[S]. GB/T9452-2012北京：中国标准出版社，2012.

［5］ 国家技术监督局. 数字温度指示调节仪[S]. JJG617-1996，北京：中国计量出版社，1997.

Selection of Temperature Measurement Technology and Instrument in the Process of Heat Treatment

LI Xiaozhong
(Tianjin Institute of Metrological Supervision and Testing，Tianjin 300192，China)

The precision of temperature parameter measurement has a direct effect on the quality and the process specification of work pieces in the process of heating treatment. This paper discussed temperature measurement methods of some heat treatment equipments and presented that devices may be added. Besides，temperature parameters which guarantee the work pieces according to the requirements of certain instruments were studied.

heat treatment；temperature measurement；instrument

TH811

A

1006-8945(2014)07-0039-02

2014-06-07