铠装热电偶校准用精密热电偶校验炉

　　0 引言

　　铠装热电偶早已大量应用于工业领域，但它们的校准却一直沿用装配式热电偶的校准方法和设备。相应的检定规程对校验炉的温度场的要求是: 最高均匀温场中心与炉轴向几何中心偏离不超过 10 mm，空载时，1℃的均匀温区不小于 60 mm[1]。2008 ～ 2009 年，在制订铠装热电偶的校准规范过程中，辽宁计量院经过相关试验与研究，确认了目前通用的单段加热管形炉是校准中最大的不确定度来源，其性能无法满足校准的要求[2]。规范对校准用恒温设备作出了明确要求: 设备需配置均温块; 热电偶插入均温块的度与孔径之比大于 10∶ 1; 从孔底算起，轴向30 mm内温差不大于 0. 5 K; 孔底部同一截面任意孔间的温度差绝对值不大于 0.25 K[3]。

　　为满足铠装热电偶校准规范的要求，减少热电偶校准的不确定度，研发了具有较宽均匀温区、插孔温度一致性理想以及温度稳定性好的精密热电偶校验炉。

　　1 原有校验炉存在的问题

　　原有校验炉的炉体一般采用卧式管状加热炉结构。校验炉常采用单段加热丝加热，加热丝绕制成不等距方式，以便在中心区域获得较宽的等温工作区。这种校验炉的主要问题是等温区太短，因而校准时被检热电偶向外导热及校验炉自身对外的传热会影响实际的温度场，从而影响热电偶检验的结果[4]。这种影响表现为两个方面，即校验炉与各被检热电偶间的热交换状况不一致且不同时间的热平衡点存在差异。

　　1. 1 温度场的影响

　　校验炉工作区温度场的变化会影响到校验炉与被检热电偶间的热交换状况以及热平衡点的结果。首先温度场的变化会导致标准和被校热电偶测量端的温度不一致，且温度会随位置变化。装配式热电偶校准时，将热电偶的保护管卸下，然后只需将热电极及绝缘管( 即热电极组件) 与标准热电偶置于校验炉中加以比较。在比较过程中，被校热电偶的测量端与标准热电偶的测量端可以很接近，它们之间的温差通常会较小，不会带来较大的不确定度。不过在校准偶丝较粗( 直径 2.5 mm 或3 mm) 的热电偶时，仍会带来较大的不确定度。在校准铠装热电偶，尤其是校准直径较大( 直径 5 mm 或6 mm) 的热电偶时，由于热电偶的测量端接点在铠装金属保护管内，其相对于铠装热电偶测量端面的位置是不确定的，与标准热电偶的测量端可能会有较大距离，存在一定温差。校准时，几支被校铠装热电偶扎成一捆，会引起较强的轴向导热，使温场相比空载时大大恶化，等温区变得更小，温度场对校准结果的影响量更大。

　　此外，卧式炉的工作区内存在径向的对流，造成同一截面上不同位置的被校热电偶温度有差异。只有使用均温块，才能减小校准时存在的径向温差。