高温马弗炉是实验室常用的工具之一,从事材料研究的部门更是离不开它。硅钼棒高温马弗炉由于炉子的使用情况、工作年限的不同,仪表显示的温度与实际温度都存在一定的差异,控温偏差会存在两个问题,一是不同高温炉烧出的样品失去了可比性,给科研增加了困难,甚至产生误导;二是高温炉失去了其原有的通用性,造成了设备资源的浪费,使高温炉的利用率降低。 采用一种比较准确的标定方法,对高温炉进行标定,就能排除不同炉子之间的差异,使所有的炉子误差都统一到标定方法所产生的误差上来,这样就可以解决上述两个问题,给科学研究带来很大的方便。 硅钼棒炉的工作原理 硅钼棒炉主要是由炉体和炉温控制系统两部分组成,单相硅钼棒炉,采用的是交流调压系统对炉温进行控制。它采用移相触发电路,通过改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率,达到控制电炉温度的目的。它的前级配用温度指示调节仪表,检测端配有B型热电偶,能对电炉的温度进行测量、指示及自动控制。炉体内有硅钼棒(发热元件)和热电偶(感温元件),热电偶输出的毫伏值通过PID调节器,与电路中的电压负反馈信号反相叠加,叠加后的信号大小控制着充放电电容充放电的速度,从而改变了可控硅触发信号的大小。当输出电流增大时,负反馈信号也增大,则可控硅的触发信号减小,使输出电流减小,反之亦然,从而增加了控制系统的稳定性。 硅钼棒炉温度系统误差分析 由硅钼棒炉的工作原理可以看出,其温度误差主要是由热电偶和温度指示调节仪表产生的。 2. 1 热电偶产生的误差 热电偶是根据塞贝克效应来测量温度的。将两种不同材料的导体A、B连成闭合回路,如果使两个接点处于不同的温度T0、T,则回路中就有电动势出现,称为热电势,这一现象称为热电效应。热电势是温度T0和T的函数,恒定接点温度T0,则热电势是温度T的单值函数,只要测得热电势的大小,便可得到被测温度T[3]。热电偶产生误差的主要因素有: 1、热电偶不稳定性的影响[4],不稳定性就是指热电偶的分度值随使用时间和使用条件的不同而引起的变化。大多数情况下,它可能是不准确性的主要原因。影响不稳定性的因素有:热电极在高温下挥发、氧化、还原、脆化、结晶、玷污等。 2、不均匀性的影响,一般来说热电偶若是由均质导体制成的,则其热电势只与两端的温度有关,若热电极材料不是均匀的,且热电极又处于温度梯度场中,则热电偶会产生一个附加热电势,其大小取决于沿热电极长度的温度梯度分布状态,材料的不均匀形式和不均匀程度及热电极在温度场中所处的位置。 2. 2 显示仪表的误差 显示仪表都有一定的精度等级,它说明了仪表在二次测量中允许误差的大小。其误差主要有以下几部分引起的: 1、非线性的影响[5],根据成型热电偶的特性曲线可知,构成热电偶的两种不同材料的热电势与温度不成线性关系,有的曲率还比较大。因此,用热电偶测量温度,非线性校正也是很重要的,处理不当将带来误差。 2、冷端温度的影响,热电偶所产生的热电势不仅与测量端的温度有关,而且与冷端的温度也有关系,只有当冷端温度恒定时,热电势才只与工作端的温度有关。大多数仪表都有冷端温度补偿作用,如果仪表工作的环境温度变化不大,对于冷端温度补偿所造成的误差可忽略不计,但当环境温度变化大时,因为仪表不可能对冷端温度*补偿,那么同样会引入一定的误差。对于B型热电偶来说,由于在0~50℃范围内热电势小于3μV,可以不进行温度补偿。 3、电信号处理的影响,由热电偶的分度表可以看出,热电偶输出的热电动势是很小的,要想实现更的测量,除了提高测量仪器的精密度外,还需加设外置放大电路,这也会引入误差。 温度系统的综合标定 由上述分析可知,高温炉温度的系统误差主要是由热电偶和显示仪表所产生的。而传统的标定都是对热电偶、仪表分别进行进行标定,分别给出修正值,有资料表明[6],这只能知道系统的极限误差,却不能得到系统误差的具体值,此误差与实际误差相差较大,无法进行修正。本文介绍一种高温炉温度系统的综合标定,将所有的误差都涵盖在内,减小了系统误差。 |
