箱式电阻炉减小炉温稳定度改造方法的探讨与实践

(邵阳市计量测试检定所 湖南 邵阳 422000)

箱式电阻炉减小炉温稳定度改造方法的探讨与实践

海佳

(邵阳市计量测试检定所湖南邵阳422000)

近年以来由于科学技术发展，技术标准提高，各个企事业单位的各种实验对电阻炉的炉温稳定度要求越来越高，而大量企事业单位在用的电阻炉已经不适合新的实验需求。本论文从理论分析出发在大量实践的基础上反复论证电阻炉改造方案并经校准检定后确认符合实验电阻炉的炉温稳定度要求。文中对改造中获得的经验和遇到的问题都做了阐述，为广大企业节约了大量资金的同时符合了实验需求。

电阻炉；炉温稳定度；改造方法

名词解释

炉温稳定度：箱式炉在校准温度下，达到热稳定状态时，中心点上测得的最大最小值与平均值之差。简而言之就是炉内温度达到热稳定状态时在一定时间内炉温上下波动的范围。

箱式电阻炉是分析实验室常用设备，近年以来由于科学技术发展，技术标准提高，各个企事业单位的各种实验对电阻炉的控温精确度度要求越来越高，有的实验控温精确度要求炉温稳定度在750℃至800℃时恒定在±4.0℃以内。但本人在依据JJF 1376-2012《箱式电阻炉校准规范》进行电阻炉校准时发现邵阳市大多数企事业单位所使用的电阻炉炉温稳定度达到了±6℃至±17℃左右根本无法满足实验需求，但更换高控温精度的电阻炉售价通常在5万元至9万元左右，进口的价格更是昂贵。这个价格使很多企事业单位尤其是中小企业无法承受。如何在花费不太高费用前提下对原有电阻炉进行技术改造使之达到实验要求，成为了本市计量技术研究的重要课题之一。

然而一次正常的检定工作为该项技术的探讨提供了契机，今年5月在对湖南中南制药进行电阻炉校准时获悉他们厂化验室进行的一项实验需要电阻炉温度偏差和炉温稳定度不能超过±4.0℃。经过检定电阻炉中心点温度偏差为±2.6℃，但炉温中心点炉内最大温差达到±10.7℃。无法满足实验需求。中南制药厂提出我所能否帮助他们改造电阻炉使其计量性能达到实验需求。本人随后承接了这一课题。

要进行电阻炉炉温稳定度改造，就必须先弄清现有电阻炉的结构和原理。通过对中南制药以及其他几家企业的电阻炉的拆卸发现大多数企业在用的电阻炉使用的是位式控制系统控制器。电路主要分为主电路和控制电路两部分，主电路是电源通过熔断器和交流接触器，接到电炉上。控制电路是由位式温度显示调节仪、交流接触器、转换开关等组成。

经过检验研究发现普通电子炉使用的位式控温过程中，因电炉的输出的功率不能连续调节，炉温波动范围大，控制质量不高。同时，因交流接触器通断次数频繁，会产生很大噪音和火花。通过交流接触器触点的又是大电流，触头容易烧坏，使接触器经常产生故障。

为了克服普通电阻炉的以上缺陷，本人翻阅了大量热工学资料，并实地进行了多个型号高端电阻炉控温装置学习和研究参考。决定使用PID连续控制系统代替接触器进行可行性试验，PID连续控制系统可以使温度的控制在无触点的情况下进行，电炉的输入功率不受反复通断频率的限制，因而容易实现电阻炉输入功率的连续调节和炉温的连续控制，提高了控制质量。而PID连续控制系统可以分为移相触发可控硅调压式控制系统和过零触发可控硅调功式控制系统两种。通过实验发现移相触发可控硅调压式控制系统控制精度可以达到要求但有一个致命的缺陷，由于采用移相触发，在负载上得到的电压是一种有缺角的正弦波，这样就会引起电源波形畸变，影响周围的其他实验仪器的正常工作。而实验室电子炉安装位置势必有其他精密仪器，所以这一方案被否决(假如电阻炉周围没有其他仪器，也可采用移相触发方案，此方法费用更为低廉)。过零触发可控硅调功式控制系统成为我选定的实验方案。

过零触发可控硅调功式控制系统就是触发信号发生在电源电压过零时，触发可控硅使其导通。由于采用了过零触发，因而导通时的输出波形为完整的正弦波，这样就不存在电源波形畸变以及随之而来的干扰问题。将可控硅以开关的状态串联在电源与加热负载之间，改变给定周期内的通电与断电时间之比，就能达到调节输出功率大小的目的。

在实际改装时我采用加装一个台泉KEC-C700型PID数显智能温度控制仪和一个汉美AP150A型可控硅调功器，具体安装原理图见附件一。设定好所需温度后，电阻炉温度由由热电偶测出，温度信号送往KEC-C700型PID数显智能温度控制仪，温度偏差经过运算后，输出4-20mA的直流信号，AP150A型可控硅调功器接受信号后从过零脉冲输出与输入信号的一系列过零脉冲去触发可控硅，改变可控硅通断时间之比，从而调节电炉的输入功率大小，实现对炉温的控制。如果炉温低于设定值KEC-C700型PID数显智能温度控制仪输出直流电流增加(4-20mA之间)，AP150A型可控硅调功器接受信号后，断开时间减少，过零脉冲数增加，电炉上得到的正弦波数目也增加，即电阻炉输入功率增大，炉温上升。炉温达到设定值时，KEC-C700型PID数显智能温度控制仪输出电流使AP150A型可控硅调功器保持一定接通时间，使电阻炉获得的功率恰能与所支出的热量平衡，炉温即可稳定在给定数值。

改装单相5KW电阻炉设备清单：

方案1、交流移相电压调节

a.智能温度控制器REX-C700(4-20mA) 价格90元。

b.无触点智能单相调压开关KSG1-60A型 价格98元。

方案2交流过零触发调功

a.台泉KEC-C700型PID数显智能温度控制仪 价格：90元

b.汉美AP150A型可控硅调功器 价格：393元。

此外在实际改装操作中我得出以下经验也希望引起大家注意。

1.配件选型阳性负载留1倍(即40A负载要用80A)，感性负载预留5倍

2.负载5A以上要配散热器，60A以上要加风冷，输出严禁短路，螺丝要适当拧紧。

3.只能控制阳性负载及非动力型感性负载，需接上负载万用表才能测试真实数据。

改造完成后我们需要通过检测校准来证实改造后的电阻炉是否达到实验需求炉温稳定度±4.0℃以内，我们把电阻炉温度升至800℃，使其温度稳定，标准热电偶测温点放在电阻炉热电偶测温点10mm以内，每3分钟测温一次，记录20次。取20次内最大值和最小值与平均值之差为炉内最大温差。

希望各位同仁在本文中能有所得，但本人才疏学浅，以上乃本人一点浅见，望各位老师同仁不吝指教。

[1]JJF 1376-2012.箱式电阻炉校准规范.

海佳(1978-)，男，回族，湖南邵阳，副主任，助理工程师，本科，邵阳市计量测试检定所。