热电偶退火炉校准方法研究

【摘要】热电偶退火炉用于贵金属热电偶（B型、S型、R型热电偶）的检定前退火。JJG 75—1995《标准铂铑10-铂热电偶》、JJG 167—1995《标准铂铑30-铂铑6热电偶》、JJG 141—2013《工作用贵金属热电偶》等检定规程均要求热电偶退火炉有一段均匀温场：从测量端起不小于400 mm长的一段处在（1100±20）℃。然而目前没有通用的测试方法。本文研究了热电偶退火炉的校准方法，并对其温度偏差的校准结果进行了不确定度分析。

【关键词】热电偶退火炉；均匀温场；温度偏差

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.02.010

Study on Calibration Method of Thermocouple Annealing Furnace

WANG Hao

（Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）

Abstract：Thermocouple annealing furnace is used for annealing precious metal thermocouples（type B，type S and type R thermocouples）before verification. Verification regulations such as JJG 75—1995 Standard Platinum - 10% Rhodium / Platinum Thermocouple，JJG 167—1995 Standard Platinum-30% Rhodium/Platinum-6% Rhodium Thermocouple，and JJG 141—2013 Working Noble Metal Thermocouples require that the thermocouple annealing furnace has a uniform temperature field：a section no less than 400 mm long from the measuring end is at（1100±20）℃，but there is no general testing method at present. This paper studies the calibration method of thermocouple annealing furnace. The uncertainty of the calibration results of the temperature deviation is analyzed.

Key words：thermocouple annealing furnace；uniform temperature field；temperature deviation

熱电偶退火炉通过电流绕丝加热炉管产生热量，其传热方式为辐射、传导、对流等。热电偶退火炉主要用于检定标准铂铑10-铂热电偶、标准铂铑30-铂铑6热电偶、工作用贵金属热电偶的炉内退火。

热电偶退火炉主要由炉体和控制器组成。两者既可各自独立，也可组合为一体。炉体一般为台式，由耐高温陶瓷、加热元件（包括耐火层和保温层）以及炉壳等组成。热电偶退火炉长度约1000 mm，工作腔尺寸一般为φ40 mm×1000 mm，上限温度为1200℃，退火过程的使用温度为1100℃。

对于热电偶现行有效的检定规程包括：JJG 75—1995《标准铂铑10-铂热电偶》、JJG 167—1995《标准铂铑30-铂铑6热电偶》和JJG 141—2013《工作用贵金属热电偶》。根据规程规定：热电偶退火炉应有（1100±20）℃均匀温场，均匀温场长度应大于400 mm，均匀温场的一端距炉口应小于100 mm。

1校准方法

1.1校准用标准器及配套设备

校准用标准器及配套设备见表1，也可用扩展不确定度满足要求的其他设备。

1.2校准项目

温度偏差。

1.3校准方法

将直径20 mm的瓷管放在退火炉炉内，用两支标准偶分别作为移动偶和监控偶。移动偶从炉子的一侧放入炉中心轴线上，监控偶放在瓷管与炉管之间，测量端分别处于炉中心截面的径向上，监控偶监视炉温变化。移动偶和监控偶的参考端分别与导线的一端连接放入冰点恒温器内，导线的另一端与转换开关连接，再用测量线连接电测仪器（见图1）。控温偶从炉子的另一侧放入炉内中心轴线上，测量端处于炉中心，参考端与控温仪表相连。

然后，在控温仪表上设定温度1100℃。当退火炉处于稳定状态时开始测量。测量时分别读取中心0 mm位置监控偶和移动偶的数据，然后移动移动偶至100 mm、200 mm、300 mm、400 mm的位置，切换转换开关至相应的位置，待电测仪器稳定后，分别对监控偶和移动偶进行读数。在各个位置依次测量1次后，再将移动偶从400 mm、300 mm、200 mm、100 mm、0 mm移动，对监控偶、移动偶在每个位置依次进行读数，循环二次，取平均值为实测值。

1.4温度偏差数据处理

按照本文1.3的操作过程，根据公式（1）计算各位置的实际值，取其最大值作为温度偏差，然后按公式（2）计算求得退火炉温度偏差。

2热电偶退火炉温度偏差的计算示例

设定温度1100℃，在距炉中心400 mm的位置上，移动偶两次循环测量的平均值（tˉij）为1091.2℃，监控偶的波动（δtbj）为0.2℃，移动偶的修正值（txj）为0.1℃。

3熱电偶退火炉温度偏差测量不确定度评定

3.1校准方法

将移动标准热电偶和控温热电偶按照图1的要求放置在退火炉内，然后升至设定温度（1100℃），待炉内达到温度并处于稳定状态，测量各个位置的温度。下面对退火炉温度偏差校准结果进行不确定度评定。

3.2数学模型

3.4计算在各位置测试点测得的实际温度与设定温度之差的不确定度

3.4.1输入量tˉij重复性测量引入的不确定度u （ tˉij1）

在退火炉校准温度为1100℃时，进行重复测量。测温仪器得到各个位置测试点的测量值，每个测试点读数分别为t1j，…，t4j，其平均值记为tˉij。

本次不确定度评定以0 mm位置为例，10次重复性测量，用A类方法进行评定，其计算结果见表2。

3.4.6标准不确定度分量汇总

标准不确定度分量汇总见表3。

3.4.7温度偏差（Δt）的测量不确定度

4热电偶退火炉使用时的注意事项

1）热电偶退火炉使用时，需配置专用的控温仪或相关的温度控制设备，不可直接接入220 V电源使用。

2）炉膛内应保持清洁，热电偶装好后，炉口应用耐火材料封堵。

3）热电偶退火炉长期不用时，应放于干燥通风处保存，再次使用时应先烘干，烘干时将炉温升至600℃左右，恒温2小时后方可使用。

4）为了安全，热电偶退火炉必须可靠接地。

5结语

本文提供的热电偶退火炉的校准方法及不确定度评定实例可以供生产企业和计量部门参考借鉴，有利于产品的性能指标和生产工艺的提升，保证热电偶退火炉均匀温场准确可靠。计量部门对热电偶退火炉的检测也有章可循。

【参考文献】

[1]标准铂铑10-铂热电偶：JJG 75—1995[S].

[2]标准铂铑30-铂铑6热电偶：JJG 167—1995[S].

[3]工作用贵金属热电偶：JJG 141—2013[S].

【作者简介】

王浩，男，1983年出生，高级工程师，硕士，研究方向为温度计量。

（编辑：李加鹏）