【提高大型圆图记录仪表控温精度的几项措施】 控温精度

摘 要：本文针对五金产品，在热处理生产工艺中出现的控制温度误差问题，分析了产生的原因，从而提出了在原有仪器设备的基础上，进行切实可行的改进措施。实施这几项措施，既不需要投资，又有明显收效，值得企业借鉴。关键词：提高；热处理；节能；措施中图分类号：O522+.1 文献标识码：A企业在五金产品的生产环节中，离不开热处理。在热处理的过程中，虽然现在已广泛地应用了数字控温仪表，但数字仪表在对于盐浴炉、大型箱式电炉等在抗干扰方面并不如大型记录仪表XWB-101电子电位差计好。而现有大量的这类仪表还在应用，大家已习惯于这种控温形式，直观又能记录控温的全过程。当然由于配S分度号热电偶进行温控精度并不高，所以产品的成品率不稳定。但目前又无好的经济而合理的仪表可供选配。因此，我们可以在原有设备的基础上，采取几项措施，从而使产品的质量和成品率得到明显提高。借此作简单论述，以供企业参考。1问题的提出如某一品种的产品，需要在1200±5℃的温度范围内进行热处理。就目前我们采用0～1600℃XWB型电子电位差计配S型热点偶而言，根据工作S型热点偶规程要求（600～1600）℃，允许误差为±0.25%t℃，则1200℃允差为：±1200℃×0.25%=±3℃。铂銠10—铂热点偶补偿导线，测量端为100℃时，参考端温度为0℃时，允差±0.03mV左右，在0～100℃铂銠10—铂热点偶，0.03mV均在5℃左右。电子点位差计在符合检定条件情况下，允许最大基本误差为电量程的±0.5%，则：±（16.711-0）×0.5%=0.0840（mV）其中1200℃附近的温度误差为：±℃测量系统的准确度为：±℃=±9.0℃上式的结果是指整个配套系统指示准确度。若是指控制系统的准确度，并不与指示准确度相同，由于动作开关，有一个回跳间隔，而且控制微动开关的凸轮与指针齿轮啮合存在一定的机械间隙，所以如利用这种仪表来确定炉温控制量，则上述测量系统的准确度，应把仪表指示误差换成动作误差（即控制误差）它以不超过电量程的±1%计，因此为：±16.771×1%=0.1677（mV）在1200℃附近误差温度应为：±=±14℃所以控制系统的准确度为：±℃显然，从上式的推导可知，控制系统的准确度是远不能满足工艺要求的，况且在计算中还未把仪表配套系统以外的各种因素造成的测量误差，如方法、条件等产生的误差包括在内。2采取的几项措施从上面计算，仅用XWB-101仪表是无法按工艺要求控温的。为了提高XWB-101型电子电位差计的控温精度，不妨首先对仪表内部的一些特性进行分析。XWB-101型仪表，其放大器为JF-12型，它的不灵敏区在20?V以内，这是直接影响仪表指示误差的基本参数。但是从上面的计算过程中看到，仪表的指示基本误差为84?V，超出放大器不灵敏区的四倍左右。其原因是多方面的，但主要原因在于可逆马达本身，以及可逆马达与指针间用齿轮啮合，而且齿轮轴和轴孔，指针与滑线电阻盘连动轴与轴孔之间均存在机械间隙，这些机械间隙严重地影响着仪表的基本误差，而且这种间隙影响基本误差是以刻度板在测温刻度范围的总弧长的百分比例表现出来的，与电量程大小无关。因此，通过展扩刻度是可以提高仪表的控温精度的。也就是说，在仪表有效刻度区域的转角通常为22.5～337.5°，实际所占的弧度应为315°左右，若在原来为0～1600℃测温范围的仪表（为了便于理解，假设其温度与刻度成线性关系），那么，每度温度所占的弧度为：=0.20倘若我们根据工艺要求在1200℃左右控温，可以把刻度通过对内测量桥路系统的调整，展扩为1000-1300℃，可以知道每度温度为：=1.050 显然，=5.25（倍）前面提到，仪表齿轮啮合、轴与轴孔间的间隙所产生的误差与仪表的刻度范围大小无关，而只与工作区域所占弧度的比例有关。刻度范围从0～1600℃改为1000-1300℃时，弧度相同。0～1600℃刻度范围要比1000～1300℃刻度范围温度读数大5.25倍，同样，机械间隙所产生的误差0～1600℃要比1000～1300℃大5.24倍左右。同时，我们知道，热电偶在保护套管内进行测温，由于温度传递过程受到套管和热电偶及套管和热电偶之间的空气介质的热容量的影响，某一时刻电炉内的温度，不能立即从热电偶通过仪表反映出来，而热电偶反映的温度值，是前一时刻的温度值，也就是说，如果炉内的温度从一个状态阶跃地变化成另一个状态时，电热偶反映的温度值的变化，不能产生阶跃的效果，要经过一个时间的热平衡过程，才能反映后一种状态的炉内温度，更何况这种温度反过来又不去调节炉内的温度。还有炉体、加热元件、加热工件等的热惯性的影响，都使测温精度降低。当然，加热元件及工件一般都是难以改变的，但是要改变热电偶整个装置的热容量却是可能的。上面我们提到测量系统的准确度和控制系统的准确度时，都与热电偶和补偿导线的示值误差有关，如果消除这种误差的影响，也可以提高测温和控温的准确度。展扩刻度、改变热电偶、套管及介质的热容量及消除热电偶和补偿导线的示值误差，这是上面提出的三个问题，下面分别叙述具体做法。2.1展扩刻度XWB型电子电位差计，测量桥路系统如图1所示。其稳定工作电压为1V，上支电流I1 =4mA，下支路电流I2 =2mA。展扩刻度应遵循下面计算：△En=E（1300℃）-E（1000℃）=13.155-9.585=3.57mV滑线电阻在使用中，上下端各留5%所以：90%×UDE=△En 0.9×I1（90Ω//RM）可写：0.9×I1=△En因此：RMM=根据工艺要求，应为LB3热电偶，测量范围为1000～1300℃，具体数据代入：RM==1.00（Ω）起始电阻RG，由于滑线电阻盘在实际应用中两端各留5%，所以：I1RG+△En×5%=I2RW+E1（t0）即：=2.69（Ω）限流电阻R4 的计算，设RZ为 RH， RB 及RM 并联电阻，因为RH//RB为90Ω。所以：显然：得到：=246.3（Ω）通过以上计算，对相应的电路阻值进行适当的改值，并输入标准电势值进行比对，稍作适当调整，同时改变0～1600℃的面板为1000～1300℃面板，就可以达到展扩刻度为目的。图2为一组展扩刻度前后，电子电位差计运行的记录图谱。图2，a为改值前的控温记录曲线。图2，b为用改值后的电子电位差计进行控温，用未改值的电子电位差计进行记录。图2，c为用已改值后的电子电位差计进行控温和进行记录的曲线。图2，d为用未改值的仪表进行控温，用改值后的仪表进行记录的曲线。通过对a和b曲线，及c和d的二组曲线的比较看出，改值后比改值前仪表的灵敏度及控温精度要高的多。但从a和c曲线比较来看，改值后仪表的基本误差不能单纯为仪表测量范围的0.5%求得，实际检定结果也是如此。这是因为受到仪表放大器灵敏度的影响所致。2.2热电偶保护套管及空气热惯性的减少前面提到，由于热电偶保护套管、热电偶及热电偶与保护套管之间的空气介质有一定的热惯性，某时刻仪表的温度由于热惯性，会引起滞后，而反映前一时刻的温度。反过来仪表控制部分动作，使温度变得十分不稳定。目前，我们采用了细薄壁氧化铝瓷管和石英玻璃管，并且，热电偶的工作端直接接触保护套管的底端，这样就可以大大地缩短了热点偶的响应时间，是减少热惯性有效的方法。2.3消除热电偶及补偿导线的示值误差由于热电偶的示值误差和补偿导线的示值误差的存在，对于工艺要求在1200±5℃的要求，仍然是难以实现的。因此，我们采用手动电位差计监控炉温的办法，以消除补偿导线及热电偶的示值误差，即从计量部门检定的数支热电偶中，挑选示值误差最小，并与上次检定的数据比较接近一支，在炉侧插入与控温热电偶工作端位置相当，用UJ33-A电位差计进行现场测定，冷端用0.5℃分度的玻璃温度计修正，并引入热电偶修正值，再调节控温电子电位差计控温点，直至达到工艺要求为止，同时定期进行监控检测。结语如果采用这些措施，热处理产生的报废率，将由原来的1%降低到现在的2‰左右。废品率下降了五倍之多，废品率的下降是显而易见的。这种多快好省就能提高仪表控温精度的办法，企业均可采用。参考文献[1]潘其光等.电子电位差计的原理及维修[M].北京.国防工业出版社.1975年.

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