1 溫度系統(tǒng)的分立元件校準法

       按照JJG75—2022《標(biāo)準鉑銠10-鉑熱電偶》的要求，在燒結(jié)爐測溫系統(tǒng)中，傳感器送至計量部門進行校準，現(xiàn)場測量儀表則采用過程校驗儀進行校準。將傳感器與測量儀器分開進行校準，在實驗室條件下，通過對比待測儀表與更高等級的計量標(biāo)準器，實現(xiàn)量值的溯源。此方法通常具有較高的準確度優(yōu)勢。在實際應(yīng)用中，筆者發(fā)現(xiàn)由經(jīng)計量部門校準合格的儀表和傳感器組合而成的溫度系統(tǒng)，其系統(tǒng)誤差相對較大，導(dǎo)致現(xiàn)場應(yīng)用效果不佳，其主要影響因素有以下3點：

       （1）熱電偶在應(yīng)用過程中易腐蝕和老化，進而導(dǎo)致偶絲質(zhì)地不均。長時間處于高溫環(huán)境下的熱電偶，其偶絲可能會出現(xiàn)惡化，從而引發(fā)熱電動勢的變化。隨著溫度的升高，惡化程度加劇，尤其在具有溫度梯度的區(qū)域，劣化部分可能產(chǎn)生寄生電動勢，與總熱電動勢疊加，從而導(dǎo)致測量誤差。

       （2）熱電偶材質(zhì)本身不均質(zhì)。在計量室進行檢定時，熱電偶僅能展示從測量端開始300mm長偶絲的熱電特性。然而，實際應(yīng)用中，熱電偶插入的位置與燒結(jié)產(chǎn)品存在一定的距離，且在拆裝熱電偶時，其在爐內(nèi)的位置可能發(fā)生變化。因此，所測量到的溫度并非真實的爐溫，而是熱電偶插入位置的溫度，如圖所示。

       （3）關(guān)于鎧裝熱電偶的分流誤差問題。熱電偶保護管所使用的絕緣材料為MgO粉末，當(dāng)溫度升至800℃以上時，其絕緣強度會顯著下降。若溫度進一步上升至1000℃及以上，MgO粉末的絕緣強度將變得極低，從而容易導(dǎo)致誤差產(chǎn)生。此外，僅對測溫或控溫系統(tǒng)的傳感器進行檢定，頻繁的拆裝操作也會加大儀表受損的風(fēng)險。

2 測溫環(huán)校準法

       分立元件校準法程序相對復(fù)雜，需中斷燒結(jié)爐的正常生產(chǎn)，目前粉末冶金行業(yè)大多不采用分立元件校準法，而是使用測溫環(huán)粗略校準燒結(jié)爐溫度。測溫環(huán)作為一種陶瓷材料，具備記錄爐體內(nèi)產(chǎn)品所經(jīng)歷的熱過程的特性。在其理想的使用環(huán)境和溫度范圍內(nèi)，測溫環(huán)根據(jù)所受溫度的差異產(chǎn)生收縮，且收縮率呈線性。通過對照收縮后的測溫環(huán)直徑與換算表，可得出相應(yīng)的測試溫度，測溫原理如圖所示。

       盡管使用測溫環(huán)校準法相較于分立元件校準法更為方便，但局限性也非常明顯。測溫環(huán)的溯源較為困難，測溫環(huán)本身的一致性、精確度不高，制造的每批次陶瓷測溫環(huán)在不同溫度下的收縮率都不一樣，所以每一批次的陶瓷測溫環(huán)都需有不同的溫度對照表，且這個對照表是在相對理想的氣氛、加熱速度、保溫時間、特定爐型下測量得到的，與實際使用時爐子的狀況存在較大差異。如果爐膛氣體流動性較大時，會產(chǎn)生比在靜態(tài)氣流下更大的“物質(zhì)損失”，而造成測溫環(huán)更大的收縮，導(dǎo)致誤差增大；在真空或少氧的氣氛下，測溫環(huán)會產(chǎn)生MgO、AlO、SiO等氣體，在這種情況下會導(dǎo)致誤差增大，這些物質(zhì)也會污染燒結(jié)爐和產(chǎn)品。上述缺點的存在，使測溫環(huán)在稀土永磁燒結(jié)爐中的應(yīng)用受到限制。

3 爐內(nèi)多點校溫

       航空航天工業(yè)和汽車工業(yè)中廣泛采用AMS2750D《高溫測量》、CQI-9《特殊過程：熱處理系統(tǒng)審核》兩種高溫測量規(guī)程，在這兩個規(guī)程都包含若干個部分，分別列出了對儀表、熱加工設(shè)備熱電偶、溫度均勻性測量（TUS）和系統(tǒng)精度測試（SAT）的要求。按照規(guī)程要求，通常在爐內(nèi)架設(shè)立方體或圓柱體支架，使用九點或十五點，對爐溫及均勻性進行現(xiàn)場校準，該校準方法精確度高，可以同時校準爐溫和溫度均勻性，如圖所示。

       缺點是校準程序相對復(fù)雜，工作量大，需對操作人員進行專業(yè)培訓(xùn)，且需中斷爐子的正常生產(chǎn)校準熱電偶，連接導(dǎo)線直接安裝在爐內(nèi)。在高溫環(huán)境下，連接導(dǎo)線的隔熱困難使這種方法較難在1000℃以上進行校溫。稀土永磁燒結(jié)爐正常使用溫度在1250℃左右，使用這種方法難以實現(xiàn)直接校準稀土永磁燒結(jié)溫度的在線原位校溫。

4 在線原位校溫

       當(dāng)前，全球領(lǐng)先的航空航天、軍工企業(yè)以及冶金、機械等行業(yè)，在追求提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗目標(biāo)的過程中，對溫度測量的精確度需求日益攀升。然而，傳統(tǒng)的離線式分立元件校準方式已無法滿足生產(chǎn)與科研的實際需求。2005年，美國航空航天及國防部頒布了AMS2750D，著重強調(diào)了系統(tǒng)準確度校準的重要性，從而使得測溫系統(tǒng)的在線原位校準新理念逐漸受到關(guān)注和重視，主要有爐窯帶校溫孔和帶校溫孔的熱電偶兩種方式。需要校溫時，將校溫?zé)犭娕疾迦腩A(yù)留的校溫孔，連接校溫儀表，以爐窯本身作為熱源，可實現(xiàn)在線原位校溫。AMS2750D實施在線原位校準時，要求標(biāo)準與被校準傳感器的測量端間的距離必須小于76mm。有學(xué)者開發(fā)了帶校溫口的熱電偶，該種傳感器可用于對爐溫的測量與控制，當(dāng)需要對工作熱電偶進行校準時，不需要停爐，也無需拆裝原有熱電偶，將標(biāo)準熱電偶插入孔內(nèi)，接好儀表，就可以對工作熱電偶進行校溫。該校溫方法相對簡單，可以實現(xiàn)在線原位校溫，不足是僅能校準熱電偶，并不能真實反映產(chǎn)品經(jīng)受的溫度。