/ 临汾市质量技术监督检验测试所

0 引言

箱式电阻炉，俗称马弗炉，其原理是利用电阻丝、加热管或者加热棒对炉体内部进行加热，使其达到300 ℃至1 300 ℃甚至更高的温度，继而对放入其中物体熔化、分解、灰分等化学分析或实验等工作[1-2]。箱式电阻炉结构简单，造价便宜，使用方便，被广泛应用于医药、食品、化工、仪器仪表、实验室、工矿企业、科研单位，用作化学分析、物理测量、钢件热处理、高温灭菌等，具有体积小、升温快、热损耗小、均匀性好、维修方便、使用安全等优点[3]。

1 箱式电阻炉校准方法及存在的问题

1.1 箱式电阻炉校准方法

由于箱式电阻炉的广泛应用，其计量准确性也受到企事业单位的高度重视[4]。目前对箱式电阻炉的校准工作依据的是JJF 1376-2012《箱式电阻炉校准规范》。校准规范中7.3.3测温点的布置中要求按箱式电阻炉容积大小分为两种方式来确定。当容积不大于0.15 m3时，箱式电阻炉测温点的布置根据箱式电阻炉测温区的尺寸，设计测温架（可用耐高温合金材料）的大小和形状，确定5个测温点[5]。将5个测温点分别置于测温区的中心点（作为监控点）和前下左、前上右及后上左、后下右四个端角，如图1所示。当容积大于0.15 m3时，根据箱式电阻炉测温区的尺寸，设计测温架的大小和形状，确定9个测温点。将8个测温点分别置于测温区的八个端角上，另一个测温点（作为监控点）置于距控温热电偶测量端延伸方向不超过150 mm的测温区内，如图2所示。

图1 小容积箱式电阻炉测温点布置图

图2 大容积箱式电阻炉测温点布置图

1.2 箱式电阻炉校准过程中遇到的困难

1.2.1 箱式电阻炉校准操作中遇到的困难

经过对箱式电阻炉校准方面的一些实际操作，发现在具体校准中的一些问题，因此，对校准规范中涉及的传感器布置方法提出一些看法。笔者认为如果完全按照校准规范中的要求进行测温点的布置，做到布点尺寸准确其实是很困难的。有时候不仅布置9支热电偶，即便是布置5支热电偶都是不容易实现的，而且测量数据的准确性也会受到怀疑。

1.2.2 测温点具体布置方面的困难

箱式电阻炉测温点的具体布置方面，在实际检测中发现对于目前国内使用的大多数箱式电阻炉，由于其温度均匀性、稳定性等技术要求，工作空间都比较小，布置5个或9个测温点都很难实现。再加上炉门较厚，并向炉内凸出，以起到保温的效果，而热电偶材质较硬，能够长时间测量高温的热电偶直径一般也不会小于2 mm。在这种情况下，要想将热电偶测量端按规定放入箱式电阻炉炉膛内，而将热电偶的参考端引出炉外，操作是极其困难的。如果是一根热电偶还是可以控制的，但对于5根热电偶同时从炉内引出，想要正常将炉门关闭，是十分困难的。如果强行关闭，热电偶就会由于受到炉门的拉拽而错位，不能按照原先布置好的尺寸进行测量，也有可能因为热电偶之间相互短路而影响校准结果的准确性。如果不将炉门关严，将影响炉内温场的均匀性和稳定性，也就失去了校准的意义。

1.2.3 箱式电阻炉设计存在的问题

箱式电阻炉设计时，没有考虑后期校准。随着市场的发展，各种新式的箱式电阻炉层出不穷，其中有一种箱式电阻炉加热的电阻丝是裸露在炉膛内的。如果直接按照校准规范中图示的方法进行布点，由于测量热电偶的导电性，极有可能因为热电偶与加热电阻丝的短接而造成校准设备的损坏或校准人员受伤。还有一种箱式电阻炉具有保护功能，当炉门打开的时候，自动断电，停止加热。这种保护功能，有效地保护了操作人员，但也给校准工作带来了问题。当热电偶从炉门穿出时，炉门和炉体之间一定会留有缝隙，此时断电保护功能就会启动，自动断开电路，箱式电阻炉停止加热，校准工作也就无法进行。

2 解决办法

2.1 设计测温架

可以设计箱式电阻炉校准专用测温架，如图3所示，在一个装有圆锥形柱体的支座上面设置9个能夹持测量热电偶的测温用支撑杆，所采用的测温用支撑杆是可以旋转和自由伸缩的。如果采用箱式电阻炉校准专用测温架，就可以对现有的大多数常用规格的箱式电阻炉进行温度测量。与校准规范中提到的测温方法比较，不仅具有能够同时夹持多个热电偶来进行测温的特点，还具有结构简单、使用方便、制作成本低、并适合于多种规格和尺寸的箱式电阻炉的温度测量等优点[6]。

根据箱式电阻炉测温区的尺寸选择布点，将校准时热电偶测温端夹持在箱式电阻炉校准专用测温架夹头上，然后将箱式电阻炉校准专用测温架和热电偶的测温端一起放入箱式电阻炉炉膛内。只要调节伸缩式金属杆的长度和球头支座的旋转角度，就可以使各个热电偶的测温端布置在规范中要求的位置上，然后把热电偶参考端置于箱式电阻炉外面，关闭炉门，打开通电开关，将箱式电阻炉设定在规定的温度。等到炉温达到设定温度，并进入稳定状态时开始读数，这样就可以完成对箱式电阻炉的校准操作。但对于具有保护功能又没有测温控的箱式电阻炉，由于热电偶引线从炉门门缝中引出就会造成箱式电阻炉断电，此测温架就无法进行炉温测量。

图3 测温架示意图

2.2 从箱式电阻炉设计上解决

许多箱式电阻炉因为没有留有测温孔，在使用后给校准工作带来了很多困难。建议生产厂家统筹兼顾，在设计产品时既要能够保证箱式电阻炉的各项指标符合要求，同时也应该考虑后续计量校准工作，在箱式电阻炉上留有测温孔，方便校准工作。

2.3 新型测温方法

针对目前校准规范中的不足之处，对当前校准方法进行改进，笔者提出了一种新的校准方法。此方法是利用一种箱式电阻炉校准辅助装置（如图4所示），来解决当前校准方法中存在的问题。该装置需要用耐火材料加工成与被校准箱式电阻炉大小匹配的炉门，并且在外层加包铁皮耐火材料的保护层。选直经大约5 mm的刚玉管，根据炉内检测点布点位置的需要，在加工好的炉门上开5个测温孔，要求测温孔直径和刚玉管外径相同，能够把刚玉管刚好插入炉门的测温孔中。刚玉管作为测温热电偶的保护套管，校准时把测温热电偶插入刚玉管中，并根据校准规范的要求，调整测温热电偶和刚玉管插入炉膛的深度，把热电偶的测温端布置在规定的位置上。在炉门中间开一个小孔，并在上面装有透明的耐火材料，作为观察孔。

图4 箱式电阻炉校准辅助装置

3 结语

本文根据工作实践分析了目前箱式电阻炉校准方法中存在的不足，并提出了解决方法。本文提出的校准方法不仅不需要根据不同型号的箱式电阻炉设计测温架，而且提高了校准操作的难度，延长了测温热电偶的使用寿命，也很好地解决了存在保护功能和加热电阻丝裸露在炉膛内的箱式电阻炉难以校准的问题。