0 引言

      熱電偶是兩種不同材料的導(dǎo)體基于塞貝克效應(yīng)制成的溫度計(jì)，是溫度測(cè)量領(lǐng)域中，應(yīng)用最廣泛的感溫元件之一。為了更好地開展好工廠短型熱電偶校準(zhǔn)工作，本文從分析短型熱電偶校準(zhǔn)技術(shù)難點(diǎn)入手，梳理了近幾年來短型熱電偶校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用情況，依托工廠計(jì)量站與國防科技工業(yè)電學(xué)一級(jí)計(jì)量站共同研制的一套短型熱電偶校準(zhǔn)裝置，開展了短型熱電偶校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)和測(cè)量結(jié)果不確定度分析，供其他有共同需求的單位參考。

1  短型熱電偶校準(zhǔn)存在的技術(shù)難點(diǎn)

根據(jù)熱電偶測(cè)溫理論，熱電偶回路處于端溫分別為t和t0的溫場中，其回路電動(dòng)勢(shì)EAB(t,t0)=E0+△E，等式右邊第一項(xiàng)為均質(zhì)熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)，第二項(xiàng)為熱電偶的不均質(zhì)性引起的誤差（寄生熱電勢(shì)），很顯      然不均質(zhì)性和溫度梯度共同作用才會(huì)產(chǎn)生寄生電動(dòng)勢(shì)，因此，熱電偶在校準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)將熱電偶的感溫頭插入爐體最高溫度點(diǎn)處，并且要有足夠長的溫坪。選擇一個(gè)合適的標(biāo)準(zhǔn)熱源，是解決短型熱電偶校準(zhǔn)的關(guān)鍵。

2  短型熱電偶校準(zhǔn)技術(shù)方法

2.1  臥式檢定爐法

      用臥式檢定爐校準(zhǔn)短型熱電偶的原理和方法與長型熱電偶的校準(zhǔn)方法相似，可采用雙極比較法或同名極性分度法，儀器校準(zhǔn)原理圖見圖1。由于爐體長度較短，被校熱電偶的冷端受爐溫的影響很大，需加接補(bǔ)償導(dǎo)線才能提高儀器校準(zhǔn)結(jié)果可靠性，這種方法只能校準(zhǔn)長度在200mm~700mm范圍內(nèi)的熱電偶，也是國內(nèi)采用較多的儀器校準(zhǔn)方法。

 圖1 臥式檢定爐法校準(zhǔn)原理圖

2.2干體爐法

      對(duì)于長度小于200mm的短型熱電偶，國內(nèi)還沒有定型的校準(zhǔn)方法，也缺乏穩(wěn)定可靠的國產(chǎn)校準(zhǔn)裝置。中國計(jì)量科學(xué)研究院、中航工業(yè)304研究所等單位選用國外廠家生產(chǎn)的干體爐，采用雙極比較法開展了短型熱電偶的校準(zhǔn)研究，取得了令人滿意的校準(zhǔn)結(jié)果。

3 解決工廠短型熱電偶校準(zhǔn)問題的思路和方法

3.1問題分析

      工廠各型發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)、部附件試驗(yàn)臺(tái)上安裝使用的航空用熱電偶，長度為（150~250）mm，屬于短型熱電偶。300℃以下時(shí)，可放置在恒溫油槽中，用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)作比對(duì)校準(zhǔn)。但校準(zhǔn)時(shí)油槽介質(zhì)會(huì)對(duì)短型熱電偶產(chǎn)生污染，導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度降低，熱電性能下降。300℃以上時(shí)，因短型熱電偶不能伸入到300mm檢定爐的溫場中心位置，不具備儀器校準(zhǔn)條件。

3.2解決思路和方法

      依據(jù)問題分析，我們參考JJF1637-2017《廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》、JJG668-1997《工作用鉑銠10-鉑（鉑銠13-鉑）短型熱電偶檢定規(guī)程》技術(shù)要求，提出了采用干體爐法開展短型熱電偶校準(zhǔn)的思路。

（1）短型熱電偶溫度校準(zhǔn)及干體爐溫場保證

      被測(cè)熱電偶較短，目前市面上的臥式檢定爐不能滿足計(jì)量的需求，短型熱電偶只能在恒溫油槽進(jìn)行250℃以下溫度的校準(zhǔn)。在短型熱電偶校準(zhǔn)研制過程中，使用干體爐作為恒溫源，其恒溫溫場較短，處于干體爐底部位置，短型熱電偶的校準(zhǔn)結(jié)果與被校準(zhǔn)熱電偶插入深度和位置有很大關(guān)系。解決措施：溫度校準(zhǔn)系統(tǒng)采用干體式計(jì)量爐、標(biāo)準(zhǔn)熱偶、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻配合使用，可解決短型熱電偶的校準(zhǔn)問題。

（2）自動(dòng)化校準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

      短型熱電偶校準(zhǔn)對(duì)人員要求較高，表現(xiàn)在準(zhǔn)備工作時(shí)間較長，校準(zhǔn)過程中等待溫度恒定時(shí)間長，判定是否滿足恒溫要求對(duì)經(jīng)驗(yàn)要求較高，數(shù)據(jù)處理繁瑣復(fù)雜。解決措施：編寫自動(dòng)控制軟件，實(shí)現(xiàn)以下功能：允許在檢定時(shí)中途（意外）退出，檢定數(shù)據(jù)不丟失。能自動(dòng)判斷被檢偶、阻開路或損壞以及正負(fù)極。支持各種熱電偶同爐混檢。設(shè)有到溫延時(shí)檢定功能，延時(shí)時(shí)間可以自動(dòng)或手動(dòng)設(shè)置。時(shí)間可以任意增加或減少，這樣進(jìn)一步提高了熱電偶檢定數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。

3.3  試驗(yàn)數(shù)據(jù)及效果分析

      我們分別選取了1只長度為160mmK分度1級(jí)鎧裝廉金屬熱電偶和1只長度為200mmS分度Ⅱ級(jí)貴金屬熱電偶作為被測(cè)，在該系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。當(dāng)被測(cè)熱電偶插入深度大于計(jì)量干體爐（9173型）軸向均勻性、徑向均勻性技術(shù)指標(biāo)保證深度（100mm）時(shí)，測(cè)量結(jié)果受溫度梯度場、溫坪影響較小，儀器校準(zhǔn)情況較為滿意。

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