热处理炉系统精度测试及超差处理

来源:昌河飞机工业集团有限责任公司作者:蒋克全

介绍了热处理炉系统精度测量方法和要求,并对系统测试过程中经常出现的精度超差问题提出了针对性的解决措施。

热处理炉在验收前或使用一段时间后,按测温标准要求进行系统精度测试,以验证其控温系统和温度记录系统是否符合标准规定的允许误差要求。本文介绍了热处理炉系统精度测试的方法和要求,并对系统精度测试过程中常出现的精度超差问题给出相应的解决措施。

1、系统精度测试的要求和方法

1.1、系统精度测试的相关要求

系统精度测试是指在一个工作温度下,被校验传感器温度指示或记录的温度与测试仪器上测试传感器已修正的温度进行对比,以判别测量的温度偏差是否在许可的范围之内,这种校验方法叫系统精度测试。

系统精度测试应采用经校准并符合要求的测试仪表、测试传感器及补偿导线这三者组成的标准系统来进行比对测试,因此要求温度仪表和热电偶的精度应等于或高于被测工艺仪表的精度。

对热偶丝的直径有较严格的规定:在540 ℃以下使用,丝径要求不大于0.5 mm,在540 ℃以上使用,丝径要求不大于0.8 mm。

校验温度的选择也有明确的要求。初次校验温度点的选择: 对于在100 ℃以上使用的设备,应在每一个具体工艺温度范围的最高和最低值,并且在系统校验中温度测量点的间隔不应大于150 ℃。

周期性校验温度点的选择则应在一个常用的工艺温度点进行。如果经常使用的工作温度点很多,每次仅选取一个温度点测试,在一年内对各个温度点交替进行校验。进行系统精度测试时,要在加热炉温度稳定后,方能进行校验及读取被校验仪表、测试仪表的读数。按GJB 509B-2008 规定,不同类别热处理炉的系统精度允许误差及测试周期参照表1 执行。

表1 热处理炉系统精度允许误差及测试周期

热处理炉系统精度测试及超差处理

1.2、系统精度测试方法

将测试热电偶与被校验温度系统的热电偶放置于同一温度场内,二者的放置距离应小于75 mm,测试接线方法参见图1。首先选取需校验的工艺温度,将被校设备在空载(真空炉除外) 下升温,在热处理炉温度稳定后,方能进行校验,读取被校验仪表、测试仪器的读数。并将校验读数进行记录。真空炉的仪表系统精度测试可以采用与生产加热同时进行。

热处理炉系统精度测试及超差处理

图1 系统精度测试接线图

系统精度测试后,需要对测试数据进行处理,具体计算方法如下:被测仪表的系统误差为

△ = T被- T实

式中: T实为测试仪器获得的炉子实际温度; T被为被校验仪表的指示温度;T实( ℃) = 测试仪表的读数( ℃) + 测试仪器的修正值( ℃) + 测试热电偶的修正值( ℃) 。

任何影响系统精度的维修之后应重新进行系统精度测试,包括更换热电偶和对仪表的调整和校准、补偿导线的更换。

2、系统精度测试过程中常出现的问题及解决措施

在系统精度测试实践过程中经常会出现因各种因素造成系统精度超差的情况,如果缺少相应的解决办法,遇到问题无法处理,设备因超差而不能使用,耽误生产。近几年来,经过不断实践和摸索,我们已积累了一些实践经验,基本能够解决生产中出现的问题,下面将积累的经验总结出来以供大家分享。产生系统精度超差的原因很多,比如热电偶误差值太大,温度仪表受到外界的干扰而产生偏差,加热炉保温性能不好,测试偶与工艺偶的类型不同。

另外,还有温度仪表和补偿导线本身存在误差等因素。总的来说,可以归纳为工艺仪表、补偿导线和热电偶以及温场稳定性这几方面的原因,下面分别加以介绍。

2.1、仪表的原因

现在的数字仪表精度等级较高,误差值一般在0. 2 以下,所以仪表误差值相对较小。但也要考虑仪表失效或部分非数字仪表超差的因素。在对热处理车间的一个三区控温井式炉进行系统精度测试时发现,有一路控温仪表的系统精度超差,经过反复故障排查,发现是因为该区的控温仪表存在超差。解决该类问题的办法是更换或修理仪表。只要控温仪表的精度符合要求,问题就容易解决。

2.2、补偿导线的原因

可能因为选择的补偿导线型号与热电偶不匹配或补偿导线误差过大而造成整个系统的误差偏大。正确的做法是选择正确的型号和精度的补偿导线。因补偿导线的原因产生误差一般是出现在新设备安装时或更换补偿导线后,注意把好质量关,防止该类问题发生。

2.3、热电偶的原因

这是最容易出现问题的环节。如果设备前段时间其系统精度能够满足要求,并且温度均匀性较好,但最近一次系统精度测试时发现精度超差了,最可能的原因是热电偶在高温环境下使用一段时间后造成偶丝的组织和性能发生变化,而引起热电偶的精度下降,使得整个系统的精度超差。

2.4、测试方法的影响

不同的测试方法产生精度的偏差不一样,以真空炉为例,一种是外插式,另一种是内接式。外插式时,由于热电偶冷端处于室温下,温度对热电偶冷端影响较小,所以测试结果较准确; 另一种方式为内接式,热电偶处于真空炉隔热屏与炉壳之间,该部位温度很高,有时达200 ℃左右,这样会影响热电偶冷端温度,因而影响系统的测试精度。

2.5、温场的稳定性影响

炉子本身原因: 如炉门密封不紧,散热快,造成炉子不断加热,使得控温仪表的温度波动较大,进而影响系统精度测试。解决办法是增强炉门等部位密封,提高炉子整体的保温性能。

2.6、外部环境的影响

我们在生产中出现过温度记录仪的的显示温度和仪表打印的温度曲线上不时出现温度突然跳动的情况,有时零点几度,有时二三度,有时会出现四五度的跳动量,系统精度一直很难测试合格。经过原因查找,发现主要是由于存在外界干扰因素: 电源线和补充导线放置在同一线槽内,使得强电和弱电间产生相互干扰,因电压的波动而造成热电偶电压的不断跳动,进而影响温度瞬间产生较大变化。原因找出来了,问题就容易得到解决。我们将电源线与补偿导线分开走,两者距离尽量大,减少强电对弱电的影响。设备改造时可以考虑采用带屏蔽功能的补偿导线和记录仪表。

2.7、不同温度系统之间的影响

按AMS2750D 的要求,记录仪表需要记录控温偶的温度,为满足该要求,我们采用从控温热电偶冷端引出两组补偿导线线而分别接入控温仪表和记录仪表,这样会造成两个系统之间会产生干扰,进而影响了温度准确性。升版后的AMS2750E 高温测量标准规定: 允许控温仪表和和记录控温点的记录仪各接一支热电偶,但要求两者采用的是同类型热电偶,且要求热电偶之间的距离不大于10 mm。

3、结束语

系统精度测试是热处理炉设备验收和周期性维护过程中的重要工作之一,对热处理炉的精确控温和准确记录有重要影响。我们只有按要求进行系统精度测试,及时解决设备运行过程中出现的温度系统精度超差的问题,才能够确保热处理生产的零件产品合格,质量稳定。希望热处理工作者对热处理炉的系统精度测试工作加以重视,正确掌握系统精度测试方法和要求,能够及时解决生产中出现的技术问题。