高溫馬弗爐是實(shí)驗(yàn)室常用的工具之一,從事材料研究的部門更是離不開它。硅鉬棒高溫馬弗爐由于爐子的使用情況、工作年限的不同,儀表顯示的溫度與實(shí)際溫度都存在一定的差異,控溫偏差會(huì)存在兩個(gè)問題,一是不同高溫爐燒出的樣品失去了可比性,給科研增加了困難,甚至產(chǎn)生誤導(dǎo);二是高溫爐失去了其原有的通用性,造成了設(shè)備資源的浪費(fèi),使高溫爐的利用率降低。 采用一種比較準(zhǔn)確的標(biāo)定方法,對(duì)高溫爐進(jìn)行標(biāo)定,就能排除不同爐子之間的差異,使所有的爐子誤差都統(tǒng)一到標(biāo)定方法所產(chǎn)生的誤差上來,這樣就可以解決上述兩個(gè)問題,給科學(xué)研究帶來很大的方便。 硅鉬棒爐的工作原理 硅鉬棒爐主要是由爐體和爐溫控制系統(tǒng)兩部分組成,單相硅鉬棒爐,采用的是交流調(diào)壓系統(tǒng)對(duì)爐溫進(jìn)行控制。它采用移相觸發(fā)電路,通過改變晶閘管導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)輸出功率,達(dá)到控制電爐溫度的目的。它的前級(jí)配用溫度指示調(diào)節(jié)儀表,檢測(cè)端配有B型熱電偶,能對(duì)電爐的溫度進(jìn)行測(cè)量、指示及自動(dòng)控制。爐體內(nèi)有硅鉬棒(發(fā)熱元件)和熱電偶(感溫元件),熱電偶輸出的毫伏值通過PID調(diào)節(jié)器,與電路中的電壓負(fù)反饋信號(hào)反相疊加,疊加后的信號(hào)大小控制著充放電電容充放電的速度,從而改變了可控硅觸發(fā)信號(hào)的大小。當(dāng)輸出電流增大時(shí),負(fù)反饋信號(hào)也增大,則可控硅的觸發(fā)信號(hào)減小,使輸出電流減小,反之亦然,從而增加了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 硅鉬棒爐溫度系統(tǒng)誤差分析 由硅鉬棒爐的工作原理可以看出,其溫度誤差主要是由熱電偶和溫度指示調(diào)節(jié)儀表產(chǎn)生的。 2. 1 熱電偶產(chǎn)生的誤差 熱電偶是根據(jù)塞貝克效應(yīng)來測(cè)量溫度的。將兩種不同材料的導(dǎo)體A、B連成閉合回路,如果使兩個(gè)接點(diǎn)處于不同的溫度T0、T,則回路中就有電動(dòng)勢(shì)出現(xiàn),稱為熱電勢(shì),這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電勢(shì)是溫度T0和T的函數(shù),恒定接點(diǎn)溫度T0,則熱電勢(shì)是溫度T的單值函數(shù),只要測(cè)得熱電勢(shì)的大小,便可得到被測(cè)溫度T[3]。熱電偶產(chǎn)生誤差的主要因素有: 1、熱電偶不穩(wěn)定性的影響[4],不穩(wěn)定性就是指熱電偶的分度值隨使用時(shí)間和使用條件的不同而引起的變化。大多數(shù)情況下,它可能是不準(zhǔn)確性的主要原因。影響不穩(wěn)定性的因素有:熱電極在高溫下?lián)]發(fā)、氧化、還原、脆化、結(jié)晶、玷污等。 2、不均勻性的影響,一般來說熱電偶若是由均質(zhì)導(dǎo)體制成的,則其熱電勢(shì)只與兩端的溫度有關(guān),若熱電極材料不是均勻的,且熱電極又處于溫度梯度場(chǎng)中,則熱電偶會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加熱電勢(shì),其大小取決于沿?zé)犭姌O長(zhǎng)度的溫度梯度分布狀態(tài),材料的不均勻形式和不均勻程度及熱電極在溫度場(chǎng)中所處的位置。 2. 2 顯示儀表的誤差 顯示儀表都有一定的精度等級(jí),它說明了儀表在二次測(cè)量中允許誤差的大小。其誤差主要有以下幾部分引起的: 1、非線性的影響[5],根據(jù)成型熱電偶的特性曲線可知,構(gòu)成熱電偶的兩種不同材料的熱電勢(shì)與溫度不成線性關(guān)系,有的曲率還比較大。因此,用熱電偶測(cè)量溫度,非線性校正也是很重要的,處理不當(dāng)將帶來誤差。 2、冷端溫度的影響,熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)不僅與測(cè)量端的溫度有關(guān),而且與冷端的溫度也有關(guān)系,只有當(dāng)冷端溫度恒定時(shí),熱電勢(shì)才只與工作端的溫度有關(guān)。大多數(shù)儀表都有冷端溫度補(bǔ)償作用,如果儀表工作的環(huán)境溫度變化不大,對(duì)于冷端溫度補(bǔ)償所造成的誤差可忽略不計(jì),但當(dāng)環(huán)境溫度變化大時(shí),因?yàn)閮x表不可能對(duì)冷端溫度*補(bǔ)償,那么同樣會(huì)引入一定的誤差。對(duì)于B型熱電偶來說,由于在0~50℃范圍內(nèi)熱電勢(shì)小于3μV,可以不進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 3、電信號(hào)處理的影響,由熱電偶的分度表可以看出,熱電偶輸出的熱電動(dòng)勢(shì)是很小的,要想實(shí)現(xiàn)更的測(cè)量,除了提高測(cè)量?jī)x器的精密度外,還需加設(shè)外置放大電路,這也會(huì)引入誤差。 溫度系統(tǒng)的綜合標(biāo)定 由上述分析可知,高溫爐溫度的系統(tǒng)誤差主要是由熱電偶和顯示儀表所產(chǎn)生的。而傳統(tǒng)的標(biāo)定都是對(duì)熱電偶、儀表分別進(jìn)行進(jìn)行標(biāo)定,分別給出修正值,有資料表明[6],這只能知道系統(tǒng)的極限誤差,卻不能得到系統(tǒng)誤差的具體值,此誤差與實(shí)際誤差相差較大,無法進(jìn)行修正。本文介紹一種高溫爐溫度系統(tǒng)的綜合標(biāo)定,將所有的誤差都涵蓋在內(nèi),減小了系統(tǒng)誤差。 |
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