铠装热电偶在很早以前就已经得到应用, 在以前的铠装热电偶的应用过程中, 所应用到的校准一直都是装配式热电偶的校准方法及设备。而对于校验炉所要求的温度场, 一般相对应的检定规程都要保证最高均匀温场中心和炉轴向几何中心的偏离度在10mm以下, 空载时, 1摄氏度的均匀温区不得小于60mm。

为了能够保证铠装热电偶校准能够符合规范的相关要求, 所需要做的主要工作就是要尽可能的对热电偶校准不确定度进行减少, 以此为基础进行研发, 就研发出了符合要求的精密热电偶校验炉, 精密热电偶校验炉具有非常宽的均匀温区, 而相应的插孔温度均匀温区也较宽, 同时, 其自身的温度稳定性也非常好。

以前的校验炉的炉体使用的是卧式管状加热炉结构, 而校验炉运用的是单段的、制成距离不相等的加热丝进行加热, 这种加热方式可以有效保证中心区域获取较宽的等温工作区。同时, 此种校验炉在实际的应用过程中存在着严重的问题, 其中最主要的问题就是等温区距离太短, 因此, 在进行校准工作时, 不仅被检热电偶向外导热会对实际温度场产生影响, 且校验炉自身对外的传热也同样具有此作用, 这就会导致热电偶检验结果产生一定的误差。对于上述影响来说, 具体的可以表现为校验炉与各个被检热电偶间的热交换状况不一致, 同时, 不同时间的热平衡点存在一定的差异。具体的讲, 即:

对于校验炉及被检热电偶间的热交换状况和热平衡点, 校验炉工作区温度场的变化对其结果产生影响。具体来说, 温度场的变化导致的最直接结果就是对标准热电偶及被校热电偶测量端的温度产生影响, 使之出现差异, 而随着位置的变化, 其温度也会出现差异。进行装配式热电偶校准时, 首先需要做的工作就是要对保护管进行拆卸, 进而将热电极以及绝缘管与标准热电偶放置在校验炉中进行对比。通过一定的比较可以知道, 标准热电偶的测量端与被校热电偶的测量端的温度小到几乎可以忽略不计, 这样也不会造成非常大的不确定性。当校准铠装热电偶的校准直径非常大时, 热电偶的测量端节点就会因为其在金属保护管中, 进而出现标准热电偶的测量端就需要非常大的距离, 这样就会造成温度差的出现。在进行实际的校准过程中, 当被校铠装热电偶被扎到一块时, 此时就会造成轴向导热现象的出现, 进而造成此时的温场要比空载时的温场环境恶化许多。同时, 在卧式炉自身的工作区中, 会存在径向对流现象的出现, 这就会导致在一个截面上, 不同位置下的被校热电偶的温度也不一样。要想真正确保校准时径向温差的减小, 则需要有效的使用均温块。

当热温区特别小时, 被检热电偶和校验炉自身的对外传热都会造成实际的温场发生变化, 进而造成对热电偶检验结果的影响。对于相同温度点来说, 不同时间进行的测试, 所得出的温度点也会存在差异, 这是因为在不同的时间, 校验炉的热平衡点是不一样的。因此, 在实际的热电偶检验过程中, 通常情况下都是后来进行测量所得出的实验数据都要比上一次测量所得出的实验数据数值高。

对于上述出现的现象来说, 都会增加铠装热电偶校准时的不确定性。而通过诸多实验, 我们可得知, 在重新捆扎校准铠装热电偶时, 所得出的校准数据范围在1K左右。同时, 这也是当前许多热电偶生产厂商和用户及计量部门的检测数据在很多情况下都不一样的原因。当校验炉自身的等温区足够大时, 才能够确保被检验的热电偶和校验炉自身对外的导热均不会对热电偶检验结果产生影响, 而校验炉不等温分布区域的热平衡点及被校及标准热电偶之间的位置变化都不会对试验值造成影响。

根据上述校对校验炉存在的问题进行了分析可以知道, 对精密热电偶校验炉进行设计的过程中需要进行三个方面的改进工作, 具体如下:

1) 需要对精密热电偶校验炉进行内外二级炉体结构及控温系统的应用, 这样就能够有效的保证对等温工作区域的扩大, 同时, 还能够保证对被校热电偶及校验炉炉体自身对外传热影响的减小。当外级的工作温度能够与內级的工作温度非常接近时, 就能够保证內级的传热会降到最低, 由此可确保校验炉的均温工作区较宽。

2) 对于精密热电偶校验炉来说, 要想在校准试验中确保热电偶校验炉的数据离散性的减小, 就需要运用插孔的方式进行对热电偶的安置, 这样就能够保证每一支被校热电偶与校验炉之间热交换结果的一致性得到有效的提高。

3) 在实际的校验过程中, 想要保证对被校热电偶对外导热影响的降低, 还可以进行不长加热器的设置, 具体的做法就是将补偿加热器设置在校验炉炉口的位置。

校验炉是由控温热电偶所配用数字温度控制仪来指示和控制工作温度。对于工作区的炉管和均温块的温度来说, 其是由不同的控温热电偶进行检测, 我们可以将它们按顺序分为控温热电偶1及控温热电偶2, 利用数字温控仪来实现控制, 分别为输出1、2;其后再通过可控硅进行均温块及炉管加热器加热功率的控制。一般情况下, 炉管的温度和均温块工作过程中的温度相比, 都较低, 这样才能保证均温块在工作过程中对外热传导现象的出现, 进而从根本上做到了对校验炉工作区域温度均匀性的提高。

综上所述, 相对于传统的热电偶校验炉, 精密热电偶校验炉在插孔温度的均匀性和一致性以及工作温度的稳定性都得到很大提升。技术性能完全符合铠装热电偶校准规范对热电偶校验炉提出的相关要求。