基于熱電偶實現精確校驗電阻爐設計的思考

張文云

（晉中市綜合檢驗檢測中心 山西晉中 030600）

1 前言

電阻爐初次使用或使用時間較長之后，容易出現溫度誤差，這種情況下，需要對電阻爐進行溫度校準，而傳統的用于電阻爐校準的測溫支架，部分只能固定單一測溫元件，不僅安裝、拆卸不方便，且在電阻爐內的分布點不夠，因此其測試的準確性不夠精確；部分雖然能夠對多點進行檢測，但是測溫架的大小無法調節，因此測溫元件對各點的檢測位置是固定的，僅適用于同一空間大小的電阻爐，靈活性較差。

因此，如何提供一種拆卸方便且能夠對電阻爐內部進行均勻檢測，還能適應不同空間大小的電阻爐的測溫裝置，是該領域技術人員亟需解決的問題?；诖?，本文針對熱電偶實現精確校驗電阻爐設計進行研究。

熱電偶是較為常見的測溫元件。在工業生產過程中，溫度是需要測量和控制的重要參數之一。在溫度測量方面，熱電偶在工業生產中的應用極為廣泛，具有結構簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高、慣性小和輸出信號便于遠程傳輸等諸多優點。熱電偶外形多樣，其需求也呈現多樣化，但大部分的機構是類似的。

熱電偶的配套設備有電子調節器和記錄儀器等，組成的構件有熱點極、絕緣套保護管和接線盒等。熱電偶獲得溫度信息后，會利用二次儀表進行轉化，得到被測介質的實際溫度?？梢哉f，熱電偶的性能較為穩定，有著廣泛的使用范圍，且在－40℃~1600℃的條件下均可實現連續測溫，裝置便捷，使用壽命周期長[1]。熱電偶測溫系統主要由4個部分組成：數據采集模塊、轉換模塊、單片機控制及其外圍、液晶顯示模塊，詳見圖1。此外，由于熱電偶是一種無源傳感器，測量時不需外加電源，使用十分方便，因此常被用作測量爐子、管道內的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。

2 基于熱電偶實現電阻爐精確校驗

2.1 熱電偶校驗原理

熱電偶經過一段時間的使用，會出現測量誤差。其原因是測量段在長時間的高溫作業下，會出現氧化腐蝕，熱點性能會隨之發生改變，基于這一問題，為保證熱電偶的精準性，需要對其進行校驗。

本文研究的電阻爐測溫裝置，其組裝、拆卸方便，便于收納，且能夠對電阻爐內部的8個角和中心部位進行多點檢測，還能夠適用于不同空間大小的電阻爐，不僅檢測較為靈活，熱電偶的安裝和拆卸也較為簡單，見圖2。

電阻爐安裝時，把熱點偶插進電阻爐的內部，中間的縫隙一定要用石棉繩填滿，根據具體的電阻爐型號和控制器型號，連接線圖、電源線、電爐線和熱電偶線，注意不要把正負極接反，在電源引入處另接上電源開關以便控制電源。為保障操作者的安全，電阻爐與控制器必須裝有可靠的接地。

2.2 電偶校驗電阻爐的特點

溫度測量和參數輸入等是電阻爐控制系統必備的性能，且具有較強的控制作用，通用性較好[2]。電阻爐的系統硬件包括單片機、溫度檢測與處理電路、鍵盤與顯示接口電路、聲光報警電路以及計時電路等，詳見圖3。

通常電阻爐是間接加熱，有專門的電阻體，又稱為電熱體，來實現電熱的轉化，進而輸入熱能。電阻爐的爐殼是由鋼板制作而成，在加熱物料的過程中，電熱功率會較為集中[3]，在很短的時間內就可以加熱物料，部分電阻爐的溫度甚至可以高于2 500℃。

2.3 基于熱電偶實現電阻爐精確校驗設計

使用熱電偶對其進行校驗，具有較為直觀的測量性能，在這樣的情況下，可以允許被校熱電偶和標準熱電偶形式的多樣化?？梢詫⑵渲苯臃胖糜陔娮锠t內部，通過頂部測溫架、中部測溫架和底部測溫架分別對電阻爐爐膛內部的8個角和中心部位進行溫度采集。結合多點溫度檢測，能夠對電阻爐的溫度進行準確校準；其伸縮桿的設計，不僅能夠對同一電阻爐內部的不同位置進行溫度檢測，還能夠通過伸縮以適應不同空間大小的電阻爐，詳見圖4。

對熱電偶進行檢定的過程中，必須嚴格按照國際溫標ITS-90的規定，各類熱電偶要和被檢熱電偶必須置于同一溫度條件下，若檢定爐內出現較大變化，則采集的信息是不精確的，需要使用溫度控制器，讓檢定爐的溫度能夠在較短的時間內滿足被檢溫度點，讓溫度點保持穩定[4]。

結合熱電偶中間溫度定律，為提高系統的測量精度和穩定性，需要簡化電路設計，通過計算機軟件來實現濾波、非線性和冷端補償等功能，進行冷端補償和非線性矯正。具體電路設計見圖5。

2.4 注意事項

通常情況下，電阻爐在使用一段時間后，加熱體會出現下墜、膨脹或變軟等問題，為能夠在高溫條件下，保證爐絲的輕度，避免出現上述問題，需要對爐絲的機構尺寸進行優化設計，比較常見的有螺旋形電阻絲。在加熱體的安裝過程中，要與爐襯靠緊，同時要留出一定的膨脹空間。

3 結論

基于熱電偶精準校驗電阻爐的設計中得知，由于熱電偶熱節點的熱容量是有限的，因此會出現校驗誤差，一般情況下，通過介質吸收到一定的熱量，熱節點出現溫度變化，在調整的過程中，被檢測介質的溫度會有波動，帶有一定的滯后性，所以測出的問題與實際溫度有偏差，這種誤差是動態的。在高溫的條件下，也會產生讓線路一定的熱量消耗，需要進行補償處理[5]。

電阻爐溫度的檢測和控制直接與能耗、生產效率、產品質量、安全生產等重大技術指標相關聯，為了能快速，準確檢測與控制電阻爐的溫度，在今后電阻爐校驗中，我們要進一步做好傳感器信號的處理，從而使得熱電偶在電阻爐的校驗中發揮更好的作用。