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[b]前言[/b]马弗炉,又称电阻炉,根据外观形状可称为箱式炉、管式炉、坩埚炉等,是实验室中一种常见的设备,主要用于加热样品。目前在售的马弗炉,通常采用智能PID调节控制升降温程序和炉内温度,测温元件常用的是热电偶。大家在使用马弗炉时,通常会考虑一个问题,即炉子的温度准不准?我们经常要使用马弗炉烧结样品做科学研究,温度的准确性对于结果的可靠性非常重要。要回答这个问题,其实涉及到3个方面:1.热电偶测温是否准确,2.马弗炉内温度场分布是否均匀,3.PID控制精度。第3点对于厂家来说通常不成问题,误差可以控制到±1℃,甚至小于±1℃;第2点可以咨询厂家索取技术资料,也能达到要求;然后我们主要考虑和解决了第1点,热电偶测温准确性问题。热电偶有不同的类型,不同类型的热电偶测温的范围是不一样的,以下引用论坛其他版友帖子内容([url=https://bbs.instrument.com.cn/topic/7148533]【原创】热电偶(themral couple)[/url]):“常用的的热电偶分为K、S、B型:k型热电偶测量的温度是1200度以下,材料是镍铬和镍硅材料。s型热电偶测量1500度以下,铂铑1和0纯铂(铂铑10-铂热电偶就是:偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极(rp)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为13%,含铂为87%,负极(rn)为纯铂,长期最高使用温度为1300℃,短期最高使用温度为1600℃。)b型热电偶测量1700度以下铂铑30和铂铑6(铂铑30-铂铑6就是:偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极(bp)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为30%,含铂为70%,负极(bn)为铂铑合金,含铑为量6%,故俗称双铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1600℃,短期最高使用温度为1800)”虽然三种类型的热电偶都具有较宽的温度使用范围,但实际上在不同温度范围的精度是不一样的。根据[url=https://baike.baidu.com/item/K%E5%9E%8B%E7%83%AD%E7%94%B5%E5%81%B6#3_3]百度百科[/url]的建议:“使用温度在1300~1800℃,要求精度又比较高时,一般选用B型热电偶;使用温度在1000~1300℃要求精度又比较高可用S型热电偶;在1000℃以下一般用K型热电偶。”[b] 实验方法与过程[/b]我们实验室用的一台箱式炉(如图1,型号KJ-M1400-1C)配的是S型热电偶,我们的使用需求是既要用25-700℃,又要用800-1300℃,所以几乎整个温度范围都需要校准。[align=center][img=,451,681]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171110386020_7265_2193245_3.jpg!w451x681.jpg[/img][/align][align=center]图1[/align]校准方法如下:自行购置PT100热电阻、K型热电偶、S型热电偶(见图2),分别对应测温范围为25-300℃、300-1000℃、1000-1300℃。在炉子的保温砖上钻一个孔,外置的热电偶/热电阻从孔中插入到炉膛内,另外一端连接至温度记录仪(见图3),同时用S型温度补偿导线从炉子本身热电偶上并联接出至温度记录仪。这样在升温/降温程序运行时,炉子本身热电偶测得的温度和外置的热电偶/热电阻测得的温度变会同步记录在温度记录仪上。采用以下两种升温程序:1.以2.5 ℃/min的升温速率从室温升至300 ℃,然后保温1h;2.以5 ℃/min的速率从室温升温至1350℃,每50 ℃保温10min。[align=center][img=,690,464]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171112270740_3209_2193245_3.jpg!w690x464.jpg[/img]图2[img=,690,684]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171112278280_4078_2193245_3.jpg!w690x684.jpg[/img]图3[/align][b]结果分析[/b]如图4、5所示为25-300℃范围外置PT100热电阻(图中标记为PT100或Measured)与炉子自带S型热电偶(图中标记为System)测得的温度变化曲线。从这两张图可以看出,在25-300℃范围,实际温度与炉子自带S型热电偶测得温度差别较大,差值最大超过100℃。图4升温程序本为升温10min、保温10min交替进行,保温阶段温度应该基本不变(曲线有平台),但结果显示,无论自带还是外置,曲线都无明显平台,而是波动较大。图5结果表明,在25-300℃范围,2.5 ℃/min这样很慢的升温速率,温度是波动式上升的,实际温度比炉子自带S型热电偶测得温度高50-80℃,温度越低,差值越大;到300℃保温半小时以后,差值才趋于稳定,高约50℃。[align=center][img=,690,519]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171113416019_2041_2193245_3.jpg!w690x519.jpg[/img]图4[img=,690,524]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171113431399_5991_2193245_3.jpg!w690x524.jpg[/img]图5[/align]如图6所示为300-1000℃范围外置K型热电阻(图中标记为K)与炉子自带S型热电偶(图中标记为System)测得的温度变化曲线。从图中可以看出,炉子自带S型热电偶测得温度依然比实际温度偏低,差别小于50℃,温度越高,差别越小。[align=center][img=,690,515]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171113446170_904_2193245_3.jpg!w690x515.jpg[/img]图6[/align]如图7所示为1000-1350℃范围外置S型热电阻(图中标记为S)与炉子自带S型热电偶(图中标记为System)测得的温度变化曲线。在1000-1150℃范围内,二者温度基本一样,曲线几乎重合,往后1150-1350℃,外置S型热电阻比炉子自带S型热电偶测得的温度低。可能的原因有两点:1.虽然同为S型热电偶,但考虑到材料或加工等方面的原因,精度会有差别;2.外置热电偶的长度不够,即使完全伸进炉膛,与内置热电偶测温的位置仍然不一样(PT100热电阻和K型热电偶足够长,没有这个问题)。[align=center][img=,690,525]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910171113462489_428_2193245_3.jpg!w690x525.jpg[/img]图7[/align]分析以上实验结果的时候,外置热电偶所测温度被当成是实际温度,可能有人会有疑问,你怎么知道你买的这些热电偶就是很准确的呢?诚然,我也无法确定它们的精确程度,最严谨的方法应该是用经过计量认证的测温工具来测试。但我们没有这个条件,只能采用这种低成本(单根几百元)的方式校准,它们是符合国家标准的合格产品,结果有一定的可信度。其实也并非S型热电偶只能测准1000-1300℃,还是得看材料和工艺,最终体现在价格上。举个例子,差式量热扫描仪(DSC)的热电偶同为S型,即使测1000℃以下的温度也很准确,价格约2万;而我们的马弗炉总价可能才2万左右,那S型热电偶价格估计只要几百,不超过一千,所以精确度差点也可以理解。[b]总结[/b]1.对于该台配S型热电偶的箱式炉,在25-300℃,温度偏差50-80℃,在300-1000℃,温度偏差小于50℃,1000-1350℃认为无偏差;2.对于不同温度范围的使用需求,应考虑购置相应类型热电偶的马弗炉。[b]后记[/b]说了那么多,最终还是要解决我们的需求。刚开始分析出这个结果的时候,将就着用,只是设置温度的时候,按校准过的温度设置。比如要烧700℃,设置成650℃。后来重新买了一台配K型热电偶的箱式炉,烧1000℃以下时就用这台。也用同样的方法校准过,300℃以下温差小多了。然后还买了一台配B型热电偶的管式炉,最高烧到1500℃。
各位老师好!有2个问题想请教:1、我们公司的热电偶校准点为50,80,100三个点,分别给出了+1.7,+1.0,+0.4三个修正值,我们对照检定规程后发现这三个修正值都落在允差范围以内,这个时候还需要使用修正值吗?2、当标准规定了限值时,我们是用修约值还是用实测值去比较? 请问大家是如何做的。谢谢!
JJF1637-2017廉金属热电偶校准规范代替了原来的JJG351-1996,规程从原来的检定规程变成了校准规范,那我们企业原来授权的计量检定是不是现在全部要按照校准的要求去做,包括证书和记录、标识,那以后需要申请授权吗,自校可不可以不用授权自行校准?新规程看似增加了使用单位的自由度,实际上给企业造成了不少麻烦,尤其是不合格的热电偶怎么判别和处理的问题,麻烦请知道的专家能够释疑。