电阻炉温度均匀性测试方法优化及有效性验证研究

杜 挺，权少辉，王 凡，杨亚斐，马凡蛟

(西部超导材料科技股份有限公司，陕西 西安 710021)

加热炉是加热生产过程中所使用的主要设备， 而炉温均匀性测试(TUS)是加热炉最重要的检测技术标准，是检测炉子工作区是否满足既定保温精度的方法，是唯一、有效判断加热炉是否符合相关标准、是否满足产品工艺要求的重要方法[1-2]。其中加热炉的保温温度是影响产品组织和性能的主要因素之一。必须严格把关，准确测量。常见的测温方法多是热电偶和热电阻的接触式测温，此方法应用于各种加热炉的控温系统和温度均匀性检测过程，接触式测温准确度很高，数值稳定，但必须将热电偶和热电阻的检测端置于需要检测的热沉环境中才能准确测量，同时测温架需要与传感器同时进入炉膛内加热，在测温架过大或炉膛环境复杂凹凸不平时，便不易于装取，单体式存在同样的问题。因此采用插入式测温方式，更易于进行测试传感器的布置与拆除。

1 温度均匀性

温度均匀性即是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。

2 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。

2.1 温度传感器

温度传感器主要分为贵金属热电偶和廉金属热电偶，考虑到成本及1 000 ℃以上高温及温度稳定性等原因一般选择N分度热电偶，N分度热电偶工作温度为0～1 300 ℃。

2.2 补偿导线

补偿导线主要是用来连接仪表及热电偶。通常由补偿导线合金丝及绝缘层、保护套、屏蔽层组成。

2.3 测量仪表

测量仪表通常用不低于0.1级的数字式显示仪表并附带数据记录功能，且分辨力应为0.1 ℃。

2.4 测温架

测温架可采用一体式框架或多个分体式测温架组长，当不便或不能使用测温架时也可采用插入式的方式测温(见图1)。

图1 长方体及圆柱体加热区用测温架

3 传感器数量

测量热处理炉加热区时测量传感器数量应依据表1规定。

表1 测量传感器数量

随着炉膛体积的增大，传感器的数量不断增多，这也就要求这测温架的体积不断增大，移动的难度也就随之增大。并且测温架测试时需要把测温架放置在炉膛中，在高温加热时便难以取出必须降至升温进行，而插入式测试则避免了这一问题。

4 插入式测量传感器实验结果

如表2、表3及图2所示，对在两种测试方式同时测试的实验结果进行比对，由于测温架具有一定的质量，本质上相当于负载，吸热能力较强，所以数据相对于插入式测试结果较为稳定，插入式测试数据随着加热炉的温度损失及不断补温稍有波动，但波动均保持在1 ℃以内，属于正常的温度波动，满足测试要求，经过试验可得出插入式测温，效果可行。

表2 测温架测试数据 ℃

表3 插入式测试数据 ℃

图2 测温架及插入式测试数据对比

如图3、图4所示，在实验中两种测试方式同时进行，当遇见加热炉炉丝脱落或高温测试中炉底丝高温膨胀接触炉底板带电，测温架式测温将会造成测试数据的剧烈波动而失效，严重的会造成传感器烧毁，导致测试失败，而插入式测试因杜绝了测传感器与炉底板的接触将不会受到影响。

图3 插入式测试数据

图4 测温架测试数据

5 结 论

对于使用测温架测温等不方便进行测量热处理炉，插入式方法解决了这一问题，且更加便捷并且方便装取。在保证测温预留孔的保温性下保证了测试的效率，同时杜绝了测温架接触炉底的搭接现象，即保护传感器和人员的安全，又减少了测试失败情况，提高电炉的使用率并节省传感器和电能的成本。随着工业自动化的不断发展，插入式测温将会有更广阔的用途。