对箱式电阻炉校准方法探究

【摘要】本文依据JJF 1376—2012《箱式电阻炉校准规范》的內容，对箱式电阻炉构造特征和使用中的注意事项进行概述，并介绍了目前箱式电阻炉校准常用的方法，提出了箱式电阻炉校准方法中存在的问题，对箱式电阻炉校准方法进行了探究，提升了箱式电阻炉的校准水平，以供相关人员参考借鉴。

【关键词】箱式电阻炉；校准

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.02.024

Research on Calibration Method of Box-type Resistance Furnace

CAO Yu

（Liaoyang Centre for Market Regulatory Services，Liaoyang 111010，China）

Abstract：According to the contents of JJF 1376—2012 Calibration Specification for Box-type Resistance Furnace，this paper summarizes the structural characteristics and precautions in use of box-type resistance furnace，introduces the commonly used methods for the calibration of box-type resistance furnace，puts forward the problems in the calibration methods of box-type resistance furnace，probes into the calibration methods of box-type resistance furnace，improves the calibration level of box-type resistance furnace，and provides references for relevant personnel.

Key words：box-type resistance furnace；calibration

1箱式电阻炉概述

1.1构造特征

箱式电阻炉的构造特征主要有以下几点：1）外壳选用耐热防腐漆材；2）控制面板采用PID数字显示智能控制板，可靠性高、精密性高，配以电流表，结构新颖；3）炉门采用加厚型，结构更牢固，防止变形；4）炉衬采用优质保温棉，保温性能极佳；5）在不加热的情况下，炉膛的具体温度也会显示出来，方便观察炉膛的状态；6）布线简单，说明清晰，使用方便；7）具有过载、短路等保护功能；8）炉壳由优质厚板弯曲和焊接而成，炉子由耐火材料制成，加热元件置于炉体内，炉体和炉身之间由绝热材料堆叠。

1.2使用中的注意事项

箱式电阻炉使用中的注意事项主要有以下几点：1）在使用过程中，避免超过电阻炉的最高温度；2）为了避免电击，在安装试样时必须切断开关；3）为了延长电阻炉的寿命，在装载试验品时，炉口开启时间应该尽量短；4）禁止将所有液体倒入熔膛；5）不要把带有水分和油脂的样品放在炉膛，不能使用带有油污和水的夹子来盛放样品；6）在装样品时，应佩戴特殊类型的橡胶手套以避免烫伤；7）试样放置在炉膛中央，整齐放置，严禁随意倾倒；8）不要随便触摸加热器和周围的试样；9）在使用完毕后要切断电源、水路；10）未经管理人员同意，不得使用电阻炉，使用时要按机械设备的使用规程进行实际作业；11）使用时不得使炉膛温度高于炉温的最高温度；12）工作条件：温度0～50℃，湿度小于80%，不产生导电粉尘，不含可燃物质及有腐蚀性的气体。

2箱式电阻炉校准方法介绍

本文以JJF 1376—2012《箱式电阻炉校准规范》为技术依据，对箱式电阻炉进行具体的校准。

2.1外观检查

箱式电阻炉的外观检查可用目测方法进行检验，产品标识上的详细信息必须完整，包括产品名称、型号、应用温度范围、产品的生产日期和制造商等。箱式电阻炉调整部分的温度控制结构应完好，显示文字作用符号、数据和物理代号应符合相应的规格，并且必须清楚和正确。控温热电偶的补偿导线一定要接触到温控仪。接上电源后，要检查箱式电阻炉的各个部分是否运转正常。在进行外观检查时还应该检查连接箱式电阻炉和温控热电偶的导线是否连接。通常情况下，箱型电阻炉的温控器和热电偶之间有一根普通的导线连接，由于箱型电阻炉工作时会产生高温，所以温控热电偶尾端的位置比较靠近炉膛，如果用普通导线代替补偿导线会严重影响箱式电阻炉的实际温控性能。

2.2标称温度的选择

通常情况下，检定人员会根据客户的需求选择一个常用的工作环境，也可以将箱式电阻炉的最高工作温度和最低工作温度视为标称温度。在测量中，如果客户仅使用特定的温度，则通常将该温度作为标称温度。比如，在面粉加工行业，通常用550℃作为灰分实验的标称温度，而在水泥行业中，950℃是常用的标称温度。而在校准时，标称温度的标定是由客户决定的。

3校准步骤

校准标准装置通常由检测热电偶、开关、测试仪和补偿导线组成。一般在空载状态下进行校准。由耐热材料制作的细线将检测热电偶安装在预先设定的测温架上，并做好标记，接着将测温架装入炉中，将热电偶参考端从箱式电阻炉的炉体外部引出来，然后关闭箱式电阻炉的炉口，按照热电偶的极性用补偿导线对应序号，通过开关连接到检测装置上，最后检查热电偶、补偿导线、切换开关和测试仪的连接，确保工作状态正常。

加热至要求的温度，然后在温度稳定后逐步读取数值，记录准确的测量数据，在60分钟之内，每隔3分钟记录一次测温，至少测量20次，然后进行数据分析，即可得到炉温均匀度、炉温稳定性、炉温误差和炉温最大温差等计量校验特性。现在检定中大多采用电脑自动采集数据，一旦检测完成，检测人员就可以打开存储在电脑中的资料，查看处理结果。

4箱式电阻炉校准方法存在的不足

目前箱式电阻炉的检测装置主要由热电偶、补偿导线、检测仪表、转换开关和测温架等组成。利用热电偶对炉中的温度进行准确测温，并将结果发送至检测仪器，校准人员依据该仪器采集数据资料。但其中也有不足，主要表现为以下几方面：

1）将测温架插入到箱式电阻炉后关闭炉门时，会引起补偿导线的转动，导致热电偶位置发生变化，从而对测量结果的准确性产生一定的影响。

2）测定炉温必须要将热电偶绑在测温架上，这会使准确测定炉温之前的计划时间过长。

3）由于热电偶受偿导线从炉口缝隙进入测温区，会导致炉口密封不严，从而使测量精度受到一定的限制。

4）热电偶通过炉门进入炉内，关闭后会发生弯曲，极易损坏，需要经常更换，这会增加检测成本。

5）有些箱式电阻炉在加热后，电炉丝会暴露在炉子里，检查时很有可能会碰到加热电炉丝，造成检定人员触电或损坏仪器的情况发生。

6）校准步骤低效。规范要求一般在空载条件下进行校正。热电偶参考端从熔炼炉外部引出，按照相应的标号分别与测量仪器连接。关闭炉子，通電加热，把箱式电阻炉的温控仪器设定为必需的温度值。达到标定的温度，在加热稳定后逐步读取数值。60分钟后，每隔3分钟记录一次，至少进行20次。校准大型炉，需要工人进入炉内部进行感应装置的布设，安装好感应装置后，才能通电。对于煤炭和冶金行业的中小规模的炉来说，在实际工作中会遇到箱式电阻炉经常处于不关机状态，冷却后又重新调高温度，直接对用户工作造成了影响。中小规模的箱式电阻炉从室温升高到800℃需要1.5～2个小时，而从加热到稳定状态，通常要0.5～1小时。如果按照最短的时间来计算，校准一台箱式电阻炉至少要3个小时，所以规范中的该要求就显得不适用于实际检定工作。

7）测量不确定度的评定分析。“炉温误差”的定义是：在规定的时间间隔内，在箱式电阻炉的温度稳定条件下，所测得的最大温度和最小温度的上下误差。“标称温度”的定义是：按照试验方法或事先设定的温度值。按照上述两条定义，对箱式电阻炉进行校准，不记录箱式电阻炉的测量范围。测量炉温偏差时，最大实际的温度和箱式电阻炉的平均测量范围之间的差异是炉温偏差△t+，最小实际的温度和箱式电阻炉的测量范围的平均偏差为炉温偏差△t-。相反，最大实际温度和标称温度之间的差别是炉温误差△t-。在特定的运行和校准中，通常标称温度是给定值或者是设定值。JJF 1001—2011《通用计量术语及定义》将“校准”一词理解为：一套在特定条件下的实践活动。第一个步骤是用这个数据的内容来说明测量标准提供的量值与相应示值之间的关系，第二个准确地测量标准给出的量值和相应的示值都具有不确定性。由此发现，在规范中关于炉内温差的界定上存在着一定的偏见，这与“校准”的定义相矛盾。

5箱式电阻炉校准方法探究

5.1测温辅助模块

传感器的布置及测温架的应用，可配合测温辅助模块进行解决。按照通用箱式（中小）炉的炉口尺寸，利用耐热绝缘材料制造一系列与被校电阻炉相匹配的测温辅助控制单元（其基本原理与对热电偶检定炉进行径向温场的测量时所用的相同），在中心和四个端角处都有一个小的圆形孔洞，在两边装配便于操作的把手。如果标准器具使用贵金属热电偶，在穿孔位置进行改造，长度及位置按测温区的要求确定。

在校正时，用辅助控制器代替炉门，按规范要求插入热电偶，在高温下也可以进行，从而提高了工作效率。需特别留意在高温下不能快速插拔热电偶，在实际工作中要缓慢插入或取出，以免缩短热电偶的寿命。另外，使用进口的、柔软的金属材料制作的热电偶可以解决这个问题，但是该材料目前在国内还无法量产，进口价格相对较高。另外，修订产品规范，并在电阻器上预先设置温度测量孔洞也是解决这一问题的一个很好的办法。

5.2新型校准方法的应用

针对现有校准方法的不足，开发新型校准装置，使用隔热材料作为新型装置的主要原料，保证校准装置与受检的炉壁充分匹配，根据不同的需求将表面用铁皮包裹。

对材质为刚玉的管子进行实践，直径5 mm以下根据检查位置的具体需要进行炉温处理，通常是测量温度的5个测量孔，将相应的管子插入测温孔后进行校正。温度测量孔的直径要和管子的尺寸基本相符，根据保护管和套管的性能检查在实际工作中刚玉管的保护作用，要根据炉膛的内部位置对电偶的深度、角度进行分析，必要时可以进行观测孔洞的设置，对内部的构造情况进行观测分析，提高校准的便利性和合理性。

5.3对规范修订的建议

第一，建议不要在设置了感应装置后再通电加热；第二，将炉温调至校准要求的温度，然后在加热稳定后，分别采用在30分钟之内读取不低于15次，60分钟不低于20次两种方式对同一台电阻炉进行多次实验。结果表明，两种方法测试结果的精度在不确定度的变化过程中得到了很好的一致性。因此，为了增加工作效率，可以将这条规定改为“30分钟之内至少读数15次”。第三，修正“炉温偏差”的定义：在保证加热稳定的条件下，在规定的时间间隔中，测量范围中的最大和最小的具体温度分别与测量范围的上下误差，并记录电阻炉测温计的示值。计算炉温偏差时，最大特定温度和箱型电阻炉的测量仪表的平均偏差是炉温偏差△t+，最小的特定温度和箱式电阻炉的测温仪表的平均偏差是炉温偏差△t-。第四，分别对炉温均匀度、稳定度、温差和最大温差进行不确定度的评定。

6结论

综上所述，JJF 1376—2012《箱式电阻炉校准规范》对箱式电阻炉的校准提供了有力的技术保障，对于检定人员来说，需要严格按照JJF 1376—2012《箱式电阻炉校准规范》的内容进行校准，同时也需要根据实际的校准环境制定更有针对性的校准方案，以此来满足不同的箱式电阻炉校准需求，促进热工计量的不断发展。

【参考文献】

[1]孙宝洋.箱式电阻炉温度均匀性测量不确定度评定[J].科学技术创新，2021（13）：57-58.

[2]武进福.箱式电阻炉校准方法中存在的问题及解决方法[J].上海计量测试，2020，47（2）：52-53+59.

[3]刘彦刚.JJF 1376—2012《箱式电阻炉校准规范》有关问题的探讨[J].中国计量，2014（2）：104-105.

[4]邹明松，黄永松，周丽平，等.箱式电阻炉校准用测温架的设计[J].计量与测试技术，2019，46（2）：10-11.

【作者简介】

曹宇，女，1972年出生，高级工程师，研究方向为热工类计量器具的检定、校准与研究。

（编辑：李加鹏）