电热浴炉温度参数校准方法研究.pdf

46BRAND&STANDARDIZATION品牌与标准化2023年第4期电热浴炉温度参数校准方法研究王浩（辽宁省计量科学研究院，辽宁沈阳1 1 0 0 0 4）【摘要】浴炉的种类很多，按熔体介质分为铅浴炉、盐浴炉、油浴炉；按加热方式分为内热式与外热式（又分电热及燃料加热)；按结构分为插人式、埋入式等。电热浴炉被广泛应用于热处理行业中，但是对其还没有通用的测试法。本文研究了电热浴炉的校准方法，并对其炉温均匀度进行了不确定度分析。【关键词】电热浴炉；炉温均匀度；炉温偏差【D O I 编码】1 0.396 9/j.issn.1674-4977.2023.04.014Research on the Calibration Method ofTemperature Parameters for Electric Bath FurnacesWANG Hao(Liaoning Institute of Measurement,Shenyang 110004,China)Abstract:There are many types of bath furnaces,which can be classified according to the melting medium into lead bath furnace,saltbath furnace,and oil bath furnace.They can also be classified according to the heating method into internal heating and external heating(further divided into electric heating and fuel heating).Structurally,they can be categorized as plug-in or embedded,among others.Electric bath furnaces are widely used in the heat treatment industry,but there is no universal test method for them yet.This articleinvestigates the calibration method of an electric bath furnace and performs an uncertainty analysis on its temperature uniformity.Key words:electric bath furnace;furnace temperature uniformity;furnace temperature deviation电热浴炉主要由炉体和控制器等组成，炉体由浴槽、炉衬、炉壳、加热元件或电极等部分构成。电热浴炉主要用于金属零件在碱浴、盐浴或油浴中进行热处理加热。电热浴炉在热处理过程中有诸多优点。例如：电热浴炉的热容量更大，浴剂中的波动度更小；综合换热系数更大，工件升温速度快；工件浸人浴剂熔液接触紧密，浴剂内温度均匀；浴剂熔液化学状态可控，可控制为中性状态实现无氧化、无脱碳热处理，也可进行化学处理完成工件的局部加热淬火、退火和回火。1校准项目和方法1.1外观检查电热浴炉外形应完好，结构完整，名牌内容（包括设备名称、制造单位、出厂编号、规格型号、使用温度上下限等)齐全。此外配套的温控装置应外形结构完好，能够满足控温要求。控温仪表显示内容中的数字与物理量符合相应标准。设备接人电源后，还要检查加热功能、仪表显示等各部分运行情况是否正常。1.2测量标准及其他设备测量过程中的标准器和其他配套设备的相关信息已整理如下，见表1。表1温度校准装置序号名称测量范围技术要求备注1测温仪器01600不低于0.0 2 级也可使用准确度或扩展不确廉金属热电偶不低定度不大于技2热电偶01600于级，贵金属热电术要求的其他偶不低于I级测量系统1.3校准项目校准项目为炉温均匀度及炉温偏差。炉温均匀度应符合表2 的规定或满足用户的要求。表2 炉温均匀度最高工作温度A级B级C级85010585013502.5炉温偏差应符合技术说明书的规定或满足用户的要求。47王浩：电热浴炉温度参数校准方法研究|计量检定1.4校准方法炉温均匀度和炉温偏差可以同时进行校准1.4.1标称温度的选择根据客户要求选择实际的常用温度，也可选择电热浴炉的最高工作温度。1.4.2测温点的布置工作区有效高度的底平面和离试验浴液表面下50 mm处的顶平面所限制的工作区部分为测温区。对于测温区呈长方体的电热浴炉，布置测温点时可选择炉腔内的中心和四个端角位置，共五个测温点（如图1 所示）。对于测温区呈圆柱体的电热浴炉，测温点共三点，其中一点位于测温区中心，另外两点分别位于测温区顶平面和底平面的边缘，并与中心点对称（如图2 所示）。炉口图1测温区为长方体的电热浴炉测温点的布置1.4.3校准步骤校准前将热电偶测量端固定在测温架的各个测温点位置上，做好标记，然后通电升温，将电热浴炉的控温仪表按需要设定温度值，待浴剂熔化后将测温架放人浴液中。测量工作要在电热浴炉达到热稳定状态后进行。除另有规定外，当电热浴炉在校准温度下保温4h后，就可认为电热浴炉已达到热稳定状态。每个测温点记录实测值2 0 次以上，可在6 0 min内每隔3min记录一次，同时注意单点测温时长不得超过1 min。2数据处理2.1炉温均匀度严格按照本文所述的校准方法进行操作，按公式（1)计算。测温电偶在炉腔内各测温点测得最高和最低温度后，按公式（2）、（3)计算求得炉温均匀度。1mtu+txj(1)mi=1A0+=tpmax-tp(2)Ao_=tpmin-tp(3)式中，tp为测温热电偶监测各点采集到的实际温度，C;m为图2测温区为圆柱体的电热浴炉测温点的布置读数的次数；t；为瞬时温度，;t为温度校准装置第j个测温点的修正值，;0+、0.为炉温均匀度;tpmax为各点实际温度最大值，;tpmin为各点实际温度最小值，；t为中心点实际温度,。2.2炉温偏差根据1.4的操作过程，按公式（4）、（5)计算炉温偏差。At+=tpmax-tb(4)At_=tpmin-tb(5)式中，At+、A t-为炉温上、下偏差，C;tpmax为公式（1)得出各测温点测得实际温度中最大值，C;tpmin为公式（1)得出各测温点测得实际温度中最小值，;t为标称温度，。3电热浴炉炉温均匀度的测量不确定度评定3.1校准方法布置测温点时要根据炉腔形状选取图1 或图2 所示的测温点，将温度校准装置中热电偶的测量端固定在金属测温架上，等待炉腔内浴剂充分熔化后，缓慢将金属测温架放置在测温区。为防浴剂熔液飞溅，还需保证整个测温架上的各测温点完全浸没于浴剂溶液中，待稳定后即可开始测量。3.2数学模型A0=tpmax-tp(6)Ao_=pmin-tp(7)3.3合成方差和灵敏系数u?=ciu(tpmx)P+c2u(tp)P?(8)u?=ciu(tpmin)P+c2u(t)P(9)在（6）、（7)式中tpmax、t p mi n、t 互为独立，因而得：C1=1,c1=-1,所以:atatatatminu=u(tpmax)+u(tp)(10)u?=u(tpmin)+u(tp)(11)3.4对所有实际温度最大值与中心测温点实际温度之差进行不确定度评定3.4.1输人量tpmax引人的不确定度u（t p ma x）3.4.1.1输人量tpmax重复测量引人的不确定度u（t p ma x 1）当电热浴炉升温至50 0 C并达到热稳定状态时，每个测温点记录实测值2 0 次（6 0 min内每间隔3min记录一次），测量结果见表3。由测量值计算得出平均值为im=505.66，标准偏差为S(Tm)=(tpmi-Tm）=1.0 8。属A类不n=148（编辑：李加鹏）差S(T）：,-言(tu-)=0.64。属A类不确定度，BRAND&STANDARDIZATION品牌与标准化2023年第4期确定度，正态分布,所以平均值的标准不确定度为：u(tpmaxl)=S(pm)-V20=0.24(12)表3测量值结果单位：组数12345测量值506.28506.51506.70506.90507.19组数678910测量值507.00506.71506.27505.93505.51组数1112131415测量值503.62503.99504.14504.42504.74组数1617181920测量值504.98505.16505.40505.72506.013.4.1.2温度校准装置修正值引人的不确定度u（t l)校准证书中扩展不确定度为0.7 4C（k-2）,则标准不确定度u(tx)=0.37C。输人量tpmax的合成不确定度u（t p ma x）为：u(tpmx)=Vu(tpmxl)+u(ta)=0.44(13)3.4.2输人量t，引人的不确定度u（t）3.4.2.1输人量tp的重复测量引人的不确定度u（t p k）当电热浴炉升温至50 0 C并达到热稳定状态时，每个测温点记录实测值2 0 次（6 0 min内每间隔3min记录一次），测量结果见表4。由测量值计算得出平均值=50 3.6 4,标准偏正态分布，所以平均值的标准不确定度为：u(tpk)=S(tpk)-V20=0.14(14)表4测量值结果单位：组数12345测量值503.24503.40503.61503.70503.91组数678910测量值504.18504.38504.55504.60504.45组数1112131415测量值504.22504.10503.70503.41503.13组数1617181920测量值502.65502.77502.81502.90503.083.4.2.2温度校准装置修正值引人的不确定度u(tpd)对照校准证书内容得出温度校准装置修正值的扩展不确定度为0.7 4(k=2）,则标准不确定度u（t p d)=0.37。输人量t的合成不确定度u（t p）为：u(tp)=Vu(tpk)+u(tpa)=0.40(15)3.4.3合成标准不确定度u=VVu(tpma)+u(t)=V0.442+0.4020.59(1 6)3.4.4炉温均匀度.测量结果的扩展不确定度U=k uc=2 0.59 1.2 C,k=2各点最低实际温度与中心点实际温度之差的不确定度计算方法与以上方法相同4电热浴炉使用时的注意事项1)为了防止电热浴炉中的水和浴剂爆沸，补充的新浴剂、校正剂、工件等在浸入前须烘干残留水分。2)电热浴炉周边应备有干粉灭火器和干砂，若浴炉在使用过程中起火，使用人员应沉着冷静使用干粉灭火器对准火源根部灭火，或使用干砂盖灭火源，切忌用水或者溶液。3)电热元件之间若有金属器件会造成短路，可能会损毁变压器，影响电热浴炉的正常功能。4)禁止用电热浴炉的浴槽场铁板对工件进行预热和烘烤，防止工件、炉壁、工夹具因短路而引发事故。5)为了杜绝隐患，工件应距离炉底1 50 2 0 0 mm，距离浴面大于50 mm，且保证工件之间无接触间隔距离大于5mm。6)浴剂流人炉膛会损毁加热电阻丝甚至引发爆炸，所以电热浴炉须内设挡板来防止浴剂流人炉膛。7)电热浴炉的使用温度不得超过生产厂家标定的温度范围，一般的硝盐浴炉使用温度不得超过580，淬火碱浴炉使用温度不得超过1 8 0。5结束语本文研究了电热浴炉温度参数的校准方法，并给出了炉温均匀度不确定度的评定实例，电热浴炉在使用中有诸多注意事项，定期校准可以避免发生危险，并有助于提升热处理工艺水平。品【参考文献】1】间接电阻炉第1 2 部分：RY系列电热浴炉：JB/T8195.122007S.2】曾健平，章娩，晏敏，等.盐浴炉的温度控制系统 1.湖南大学学报（自然科学版），2 0 0 3（3）：54-56.【作者简介】王浩，男，1 98 3年出生，高级工程师，硕士，研究方向为热学计量。