随着科学技术的不断发展, 热电偶的应用越来越广泛, 使用量大。日常工作中热电偶的检定是保证温度准确的必须环节。而目前热电偶的检定工作繁重, 耗时长, 直接延误了科研和生产任务。我实验室近几年热电偶的检定工作日趋繁重, 而热电偶检定工作效率与实际要求不相符, 因此本文结合工作中摸索出来的经验, 介绍提高热电偶检定工作效率的新方法。

依据《JJG351-1996工作用廉金属热电偶》检定规程, 检定过程要求当炉温升到检定点温度, 炉温变化小于0.2℃/min时, 自标准热电偶开始, 依次测量各被检热电偶的热电动势, 测量时管式炉温度变化不得大于±0.25℃。到温采样是循环测量过程, 单次检定的热电偶数量越多扫描时间越长, 温度波动越容易超过±0.25℃。当温度波动超过±0.25℃时, 系统将重新精密控温, 反复多次反而延长检定时间, 日常工作中得出的结论往往一炉只能检4~5支热电偶, 因此依靠增加单炉单次热电偶检定数量达不到提高效率目的。然而我们使用的检定炉是标准管式检定炉, 加热管内径为40mm可同时装入8~10支热电偶, 如图1所示。现热电偶检定单炉只装4~5支热电偶, 炉子内的空间得不到充分的利用, 炉子的利用率很低。

热电偶检定工作过程如图2所示, 接收送检热电偶, 根据热电偶材质、电极直径确定检定点并将热电偶分类 (根据类别分组装入不同的炉中检定) , 清洁装炉, 接线, 参数设定, 升温, 精密控温, 采集 (一般检定3~5个温度点, 每点采样2个循环4个数据) , 打印报告, 热电偶降温至100℃左右, 出炉, 取出热电偶装配还原, 粘贴合格标签, 发放。一个检定过程结束, 必须等温度随炉温自然降到100℃左右才能取出, 如温度过高取出, 偶丝容易产生内应力从而降低热电偶的稳定性, 而且容易使炉子内管因骤冷炸裂。然后可以循环上述步骤, 进行下一组热电偶的检定。

炉子在密封情况下自然降温, 高温降得快越到低温越慢, 到可以人工取出100℃以下历时3到4小时左右。降温是一个缓慢的过程, 约占热电偶检定总时长的3/5~2/3。如果检定点多、温度点高、热电偶数量多, 时间更长, 一炉一天只能做一次。

图2中红框所圈的几个步骤是依据检定规程严格执行, 按预先设定程序运行, 缩短时间已无可能。因此, 本文决定从提高检定炉的空间利用率和减少两组热电偶检定衔接时间来提高热电偶的检定效率, 达到单炉一天完成两天工作量的目标。

我所使用的K、N、E、J型热电偶都是用二等标准热电偶作标准比较检定的, 可将不同型号的被检热电偶与同一标准同时扎入同一炉中, 分先后做是可行的。每组不超过5支, 采集数据过程温度波动不超过±0.25℃满足检定规程的要求。

新方案的思路将两类热电偶, 例如2种型号或2组温度范围相同, 检定点不同的热电偶 (如一组4支检定点为400℃、600℃、700℃的K型热电偶, 另一组4支检定点为400℃、600℃、700℃、800℃的N热电偶) 同时捆扎入一个炉中, 两组热电偶的装炉情况如图3所示, 实验现场图如图4所示。

每次只做一组先做4支K型热电偶, 做完后关机, 待炉温自然降到400℃以下时 (不用降到过低温度再装炉) , 转换接头, 接入另一组4支N型热电偶, 输入预定参数, 直接升温做另一组。改进前后的流程如图5所示, 黑线表示的是改进前的流程走向, 红线表示的是改进后的流程走向。这样, 节省了装炉、升降温时间。

项目组成员经过研究讨论认为可以通过设计接头, 满足现有热电偶接线转换问题, 保证接线快速方便转换到下一组。

项目组设计了二款接头, 囊括了我们现有的热电偶的转接, 解决了转换过程繁琐的操作部分, 为下一组的检定过程提供方便, 如图6和图7所示。

接头部分用锁紧式航空公母接头或鳄鱼夹, 采用铜导线延长, 减少接触电势, 导线引起的电势信号衰减。我们以其中一种航空接头为例, 用3支热电偶带接头和不带接头做两组实验, 实验数据如表1所示。

根据本测量中心建立的热电偶测量标准技术报告可知, 本热电偶检定系统的合成标准不确定度为0.74℃, 分析上表的数据可以得出, 实验数据显示误差在允许范围内, 对检定结果影响可以忽略不计。

从表2可以看出, 改进后的方法净使用时间为510分钟, 原方法净使用时间为670分钟。原方法比新方法多用两个多小时。短短这两个多小时的差距, 使得原方法的两炉检定必须放在两个工作日内完成。新方法的提出, 实现了单炉完成两天工作量, 满足了客户的效率要求。

针对热电偶检定工作现状, 文章分析了热电偶检定整个工作流程的现状, 制定了解决方案, 并用实验验证了本方案的可行性, 达到了提高热电偶检定效率的目的。