电阻炉温度均匀性测试及异常处理研究

杜挺 马凡蛟 巨彪 杨亚斐

摘 要：分析了炉温均匀性测试的目的、测试条件、测量系统及测试方法，对炉温均匀性的测试结果及过程异常处理进行了分析研究。

关键词：炉温均匀性测试;测试方法;异常处理;纠正措施

1 炉温均匀性测试的目的

热处理炉是热处理生产过程中所使用的主要设备，而炉温均匀性是指炉子有效加热区在一定时间内不同位置的温度相对于工艺设定温度的偏离程度，也称温度偏差， 其测试结果是判别热处理炉是否满足既定生产工艺要求的重要指标的重要指标。

2 炉温度均匀性测试条件

2.1热处理炉的有效加热区测试通常分为初始测试和周期测试。

2.2新添置的热处理炉在正式投產前应进行有效加热区初始测试，以确定合格的工作区、工作温度范围及炉子的类别。

2.3热处理炉在使用过程中如果发生较大的维修、变化或调整并对已测定的有效加热区产生改变或或对有效加热区温度均匀性产生影响时也应进行初始测试。

2.4周期测试是根据热处理炉的等级（如表1所示）确定测试周期，每年至少对最高和最低温度测试一次。

3 炉温均匀性测试方法

3.1炉温均匀性装载要求

炉温均匀性测试通常只进行空载测试，必要时也可以装载测试，装载测试时装载时可采用额定装炉量或额定装炉量的50%，也可采用工艺常用装炉量但不应低于额定装炉量的50%。初始测定条件应与周期测试相同。

3.2炉温均匀性测量传感器数量

进行炉温均匀性测试通常采用体积法确定传感器的数量，如上表。

4 测量系统

热处理炉有效加热区测定用测量系统通常由温度传感器、补偿导线、测量仪表（系统装置）及测温架等组成。

4.1温度传感器在温度达到1000℃以上时一般采用N分度热电偶作为测量传感器。

4.2补偿导线一般用来连接热电偶与测试仪表，选用与传感器材质相同或具有相同热电势的合金丝组成，带有护套、屏蔽层、保护套等。

4.3测量仪表（系统装置）选用带有显示及记录功能的数字仪表，准确度等级不低于0.1级，分辨力达到0.1℃。

4.4测温架根据热处理炉的种类及检测方法确定。测温架的外轮廓与待测有效加热区或有效加热区垂直截面的形状和尺寸相一致;测温架典型形状如图1所示。

5 测量步骤

5.1测量传感器数量及位置

如图2测量传感器应按要求选择合适的数量并固定在测温架的相应位置并保证测量传感器的位置遵循对称、均匀和最佳代表位置的原则。随着有效加热区的增大应增加测量传感器的数量或根据需要额外增加传感器的数量时，应遵循同样的原则。

5.2测量传感器固定与连接仪表

固定传感器应根据使用的温度选用合适的合金丝进行固定，采用料架代替测温架时应保证测量传感器准确的布置到规定的测量位置上。传感器布置完成后从预留孔或炉门口引出传感器的冷端接至仪表上，不能使用拼接的补偿导线进行连接。

5.3数据采集及记录

1）有效加热区测试过程中任何测量、控制或记录传感器的温度均不应该超过炉子对应等级及测试温度点要求的温度均匀性的上偏差。

2）记录数据应从测量、控制或记录传感器等任意一支传感器到达测试温度的下偏差之前开始。

3）数据开始采集时应按2min采集一次测量传感器的数据，6min采集一次控制传感器的数据，并在所有温度稳定后再连续记录30min所有测量传感器的数据，并保证数据在炉温均匀性的允许偏差范围内。

4）空载测试时应保证每一个温度点的测试时间由第一个传感器到达下偏差前开始记录至采集稳定的30min数据后所用的时间不超过2h。

5.4数据处理

对每个测试温度点，取传感器稳定后不少于30min的数据作为测试数据，同时取控制传感器的记录作为监控数据;对每个测量传感器测量数据进行修正得出每个测量温度的实际真实温度;取每支传感器修正后30min真实温度的最大值和最小值作为各传感器的温度偏差，同时取所有传感器真实温度的最大正偏差及最大负偏差作为每个测试温度点的温度偏差。

6 测量结果评定方法及纠正措施分析

将经过处理的数据得到的最大正偏差及最大负偏差与炉子等级所规定的偏差相比较，如果满足要求则炉子合格。不满足则需要查找原因并重新测试，同时需要评定不和原因对之前加热造成的影响。

对于使用要求较高的关键过程电炉，如图3可对以往结果进行统计，根据电炉的调整情况及状态变化制定合适的维护计划，在状态变化较为剧烈的情况下可以考虑电炉的实际情况缩小电炉的检测周期以保证电炉的过程使用状态。

因测试使用的热电偶多为廉金属，在高温下多次使用寿命及每个周期的校准偏差变化较为剧烈，在多次使用下得到的测试结果较真是数值会产生一定的偏差，造成测量结果的误判，对此可采用统计的方法对所有合格供方的传感器进行偏差值得稳定性分析，据此制定相应的评价标准，给出每周期间的使用次数以保证检测结果的准确性并据此采购物美价廉的测量传感器。

7 测量过程异常处理及问题分析

对于测试过程中出现测量传感器温度超向某一方向偏移时，可以根据情况调整测量传感器的高度位置或仪表的修正补偿改变温度偏移。若一个或多个测量温度出现剧烈波动可以验证传感器是否失效，若无则需检查炉内干扰情况，如产生磁场，或传感器带电等。若出现无温度等情况，可查询热电偶是否失效及热电偶至仪表处所有连接情况，可与正常线路互换对比。若遇底部温度较低时应检查电炉炉门密封情况，提升底部传感器温度，若温度升温过慢，则应检查加热功率及炉底覆盖的炉底板等是否吸热能力过大影响了炉底温度的响应速率。随着对测量设备的不断研究，测量结果将会准确可靠，评价标准亦会越来越完善。

参考文献：

[1]HB5425-2012 航空制件热处理炉有效加热区测定方法

[2]AMS 2750E 高温测定法

[3]GJB509B-2008热处理工艺质量控制

（西部超导材料科技股份有限公司，陕西 西安 710021）