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隨著高參數(shù)、大容量機(jī)組的迅速發(fā)展，自動(dòng)化水平、熱工儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性要求日益提高，此選擇合適檢定儀器和檢定方法，保證熱工計(jì)準(zhǔn)確度至關(guān)重要。目前，華電寧夏靈武發(fā)電有限公司一期2x600 MW和二期2xl 000 MW共計(jì)4臺(tái)機(jī)組，共有溫度測(cè)量?jī)x表如熱電偶、熱電阻、溫度開(kāi)關(guān)、雙金屬溫度計(jì)上萬(wàn)個(gè)，每年的機(jī)組正常運(yùn)行維護(hù)和大小修工作中，均需對(duì)溫度測(cè)量?jī)x表進(jìn)行周期檢定，其中檢定zui多的是熱電偶和雙金屬溫度計(jì)。熱工計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)室共配置有2套溫度測(cè)量?jī)x表檢定裝置，即二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻和二等鉑銠10-鉑熱電偶檢定裝置；溫度源使用的是恒溫油槽和熱電偶檢定爐KRJ-600(溫度源總長(zhǎng)度為600mm)。600 mm長(zhǎng)度熱電偶檢定爐適用于長(zhǎng)度不小于750 mm的熱電偶檢定。
但在實(shí)際工作中，經(jīng)常出現(xiàn)長(zhǎng)度為750 mm以下的熱電偶，由于插入深度不夠(插人深度為爐子幾何尺寸中心點(diǎn))導(dǎo)致誤差超過(guò)允許值而不合格。恒溫油槽測(cè)溫范圍為100～300℃，現(xiàn)場(chǎng)很多300～500℃的雙金屬溫度計(jì)也無(wú)法檢定。為解決這些問(wèn)題，必須對(duì)原有檢定裝置進(jìn)行檢定設(shè)備補(bǔ)充。
1 溫度檢定中存在的問(wèn)題
1．1 短型熱電偶檢定中存在的問(wèn)題
(1)根據(jù)熱電偶檢定規(guī)程的要求，檢定熱電偶時(shí)被檢偶的工作端應(yīng)處于一個(gè)均勻溫區(qū)的中心，該均勻溫區(qū)沿檢定爐軸向60 mm范圍內(nèi)，溫差不超過(guò)1℃。此條件下，從工作端沿被檢偶偶絲的熱傳導(dǎo)較小，工作端與其周圍環(huán)境之間的溫差處于允許范圍內(nèi)。但在實(shí)際工作中，有很多長(zhǎng)度不足750 mm的短型熱電偶，因工作端無(wú)法插到檢定爐的均勻溫區(qū)中心，而處于溫度梯度較大的環(huán)境中，容易誤判。
(2)短型熱電偶在檢定時(shí)，被檢偶外露部分過(guò)短，偶絲的參考端距檢定爐邊緣太近，參考端溫度較高，所連接的補(bǔ)償導(dǎo)線與被檢偶參考端熱接觸面積小，熱傳導(dǎo)不良，接觸部位保持著較大溫差，造成被檢偶熱電勢(shì)的損失，造成誤判。
(3)熱電偶檢定爐為臥式結(jié)構(gòu)，被檢偶與標(biāo)準(zhǔn)偶(標(biāo)準(zhǔn)偶應(yīng)放于耐高溫石英管中)應(yīng)捆扎牢固再沿?zé)犭娕紶t軸向裝于爐子幾何尺寸中心點(diǎn)，此種安裝方式既浪費(fèi)時(shí)間，又容易損壞標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。
(4)短型熱電偶被誤判，會(huì)造成資源浪費(fèi)。
1．2 高參數(shù)雙金屬溫度計(jì)檢定中存在的問(wèn)題
(1)恒溫油槽測(cè)溫范圍是100—300℃，無(wú)法檢定300—500℃雙金屬溫度計(jì)。
(2)使用恒溫油槽做溫度源時(shí)，隨著檢定點(diǎn)溫度的升高(200℃以上)，由于油煙的揮發(fā)逐漸加重，造成環(huán)境污染，損害操作人員的身體健康。恒溫水槽檢定范圍有限，葉片及溫度計(jì)，且噪聲大、能耗高，存在不安全因素 。
(3)便攜式干體爐0～650℃，雖然測(cè)溫范圍滿足要求，可當(dāng)雙金屬溫度計(jì)傳感器長(zhǎng)度小于150 mm時(shí)，會(huì)由于插入深度不夠造成誤差大而不合格，且由于該爐子體積小，每爐每次只能檢定1支溫度計(jì)。
2 熱管恒溫槽在溫度檢定中的應(yīng)用
為了滿足公司一期、二期4臺(tái)機(jī)組穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的參數(shù)要求，能夠更加地顯示熱工過(guò)程控制的參數(shù)，經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的多方對(duì)比，zui終決定采用熱管恒溫槽作為溫度源，將測(cè)溫范圍向上擴(kuò)展到500℃，此應(yīng)用不但能解決高參數(shù)雙金屬溫度計(jì)的檢定問(wèn)題，同時(shí)又能解決短型熱電偶檢定誤判和裝爐困難的問(wèn)題。本文介紹的熱管恒溫槽為PR601—500型，由泰安磐然測(cè)控科技有限公司生產(chǎn)。
2．1 熱管恒溫槽的工作原理
熱管恒溫槽的核心部分是一個(gè)稱為“熱管"的裝置。熱管的主體為垂直放置的圓柱體，高約600 mm，直徑約130 mm，圓柱體上端面均勻排布著不同孔徑的傳感器插管，插管孔深約450 mm，電加熱元件位于熱管內(nèi)靠近下端面的部位。熱管經(jīng)高真空設(shè)備抽空、氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏后灌注一定量的液態(tài)工質(zhì)，工質(zhì)的化學(xué)成分根據(jù)熱管的工作溫度范圍不同而有所不同。熱管類似1臺(tái)特殊的電加熱微型蒸汽鍋爐，外部電源通過(guò)熱管內(nèi)的電加熱元件加熱工質(zhì)時(shí)，部分液態(tài)工質(zhì)吸收大量熱能產(chǎn)生汽化，變?yōu)檎羝墓べ|(zhì)攜帶潛熱充滿熱管內(nèi)部空間。蒸汽在熱管內(nèi)與插管外壁、熱管主體內(nèi)壁的各部位充分換熱，釋放出潛熱后的蒸汽被冷凝，并在重力的作用下返回?zé)峁艿撞?，被繼續(xù)加熱，再次汽化，如此往復(fù)循環(huán)，但是，工質(zhì)在上述循環(huán)過(guò)程中只進(jìn)行著液態(tài)氣態(tài)的狀態(tài)變化，同時(shí)傳遞大量的熱量，屬于物理過(guò)程，不存在任何化學(xué)反應(yīng)。熱管與相同材料、相同形狀的實(shí)芯金屬棒相比，前者的導(dǎo)熱能力比后者高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，相當(dāng)于熱的“超導(dǎo)體"，具有的“溫度展平"能力，因此熱管恒溫槽具有理想的溫場(chǎng)均勻性等指標(biāo)"1。
2．2 熱管恒溫槽的主要特點(diǎn)
(1)溫度范圍相對(duì)較寬。同型號(hào)的熱管恒溫槽工作溫度有150～300℃、200～400℃、300～500℃等。對(duì)于雙金屬溫度計(jì)，在恒溫油槽中通常能檢到200℃，這時(shí)油的揮發(fā)已經(jīng)比較嚴(yán)重，而熱管恒溫槽為全密封結(jié)構(gòu)，在200～500℃工作無(wú)揮發(fā)、無(wú)腐蝕，是目前檢定雙金屬溫度計(jì)的溫度源。國(guó)內(nèi)有多家雙金屬溫度計(jì)生產(chǎn)廠使用熱管恒溫槽進(jìn)行出廠前的檢驗(yàn)。
(2)均勻溫場(chǎng)寬。PR601—500型熱管恒溫槽，工作溫度范圍為300～500℃，從熱管端口向下100 mm至450 mm之間長(zhǎng)達(dá)350 mm的工作區(qū)域內(nèi)，zui大溫差不超過(guò)0．06℃。實(shí)際上，針對(duì)熱電偶檢定中不超過(guò)1℃的均勻溫差要求，該熱管恒溫槽的均勻溫場(chǎng)范圍可擴(kuò)展到端口下50 mm至插孔底部，長(zhǎng)度達(dá)400 mm。上述均勻溫區(qū)的寬度分別是熱電偶檢定爐溫場(chǎng)寬度的5倍和7倍。這意味著，可將被檢熱電偶根據(jù)長(zhǎng)度不同，插入熱管恒溫槽100 mm以下的不同位置，即使在插深互不相同的條件下，因溫場(chǎng)不均勻所引入的測(cè)量不確定分量都是可以忽略的，這是熱電偶檢定爐、干體爐等溫度源根本無(wú)法做到的。
(3)溫度波動(dòng)小。熱管恒溫槽的溫度波動(dòng)不超過(guò)±0．05％／10 min，大大優(yōu)于熱電偶檢定爐。
2．3 性能測(cè)試
熱管恒溫槽進(jìn)行性能測(cè)試，如表1所示，測(cè)試結(jié)果合格，并通過(guò)了上級(jí)計(jì)量監(jiān)督部門考核認(rèn)證。
2．4 熱管恒溫槽在溫度檢定中的應(yīng)用
2．4．1 短型熱電偶檢定
圖1是用熱管恒溫槽檢定短型熱電偶工作的原理圖，解決短型熱電偶檢定zui根本的問(wèn)題就是用熱管恒溫槽替代熱電偶檢定爐做溫度源。主標(biāo)準(zhǔn)器可用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻，也可用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，只是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶做標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)考慮參考端補(bǔ)償問(wèn)題。其它如接線、信號(hào)測(cè)量等均同于一般熱電偶
檢定方式。圖1中用短型被檢熱電偶做示例，泰安磐然公司生產(chǎn)的的溫度檢定裝置一爐可檢10支熱電偶。由于熱管恒溫槽具有很寬的均勻溫場(chǎng)，可得到非常理想的檢定結(jié)果。在近2年檢定過(guò)的短型熱電偶中，長(zhǎng)度zui短的僅200 mm，稍長(zhǎng)的有295mm、350 mm等等，均檢定合格。
表2列出了用2種不同溫度源檢定短型熱電偶的結(jié)果對(duì)比。
由表2可以看出，熱電偶爐對(duì)短型熱電偶的檢定誤差較大，且超過(guò)允許誤差，而熱管恒溫槽對(duì)短型熱電偶的檢定誤差小，*符合使用要求。
使用熱管恒溫槽檢定短型熱電偶應(yīng)注意2個(gè)問(wèn)題：①應(yīng)將被檢熱電偶插入直徑相匹配的插孔中，空氣間隙以小于1mm為宜，否則可能導(dǎo)致測(cè)量誤差增加；②應(yīng)特別注意補(bǔ)償導(dǎo)線與被檢偶參考端的連接問(wèn)題，要盡量用螺絲壓緊(或使用裸銅線等將兩者緊密纏繞)，加強(qiáng)兩者之間的熱接觸和熱傳導(dǎo)，減小因參考端延伸處理不理想所導(dǎo)致的測(cè)量誤差，特別要避免使用鱷魚(yú)夾之類的簡(jiǎn)單操作方法。
2．4．2 高參數(shù)雙金屬溫度計(jì)檢定
圖2是用熱管恒溫槽檢定雙金屬溫度計(jì)工作的原理，根本解決高參數(shù)雙金屬溫度計(jì)檢定問(wèn)題的方法就是用熱管恒溫槽做溫度源。該熱管恒溫槽有13個(gè)不同直徑插孔，檢定時(shí)可根據(jù)雙金屬溫度計(jì)傳感器不同直徑插人熱管槽相對(duì)應(yīng)的插孔中，采用人機(jī)結(jié)合方式，當(dāng)某一溫度點(diǎn)如300 穩(wěn)定10 min左右，則可讀取同時(shí)插入的雙金屬溫度計(jì)(6支左右)讀數(shù)，依次可將所有溫度表計(jì)溫度檢定點(diǎn)讀完后，再進(jìn)行下一個(gè)溫度點(diǎn)的檢定，這樣做非常方便，既能提高雙金屬溫度計(jì)檢定速度，提高工作效率，又能避免因反復(fù)升、降溫對(duì)熱管恒溫槽使用壽命的影響 。
表3列出了2種溫度源檢定雙金屬溫度計(jì)的結(jié)果對(duì)比。
由表3可看出，同一支雙金屬溫度計(jì)，用便攜式干體爐檢定實(shí)際誤差較大，且逼近允許誤差，而用熱管恒溫槽檢定則誤差小，*符合使用要求。
3 效果分析
(1)熱管恒溫槽理想的寬溫場(chǎng)特性，檢定短型熱電偶時(shí)插入深度zui短只要滿足100 mm，則不但可以避免熱電偶爐檢定短型熱電偶時(shí)工作端溫度梯度大的不利影響，而且還可以解決短型熱電偶參考端熱傳導(dǎo)不良的問(wèn)題。
(2)補(bǔ)充熱管恒溫槽做溫度源，大大提高了檢定速度和效率，將原來(lái)3天檢定30支熱電偶的時(shí)間縮短到了1天。在實(shí)際檢定工作中，2套檢定裝置同時(shí)運(yùn)行，即長(zhǎng)、短熱電偶同時(shí)檢定，加之該溫度檢定程序有混合檢定功能(可在一次檢定10支熱電偶中同時(shí)接人E型和K型)，特別在機(jī)組日常維護(hù)和小修工期短任務(wù)重的情況下，可盡快判斷不合格儀表，提早定貨，及時(shí)回裝，以確保檢修工期按期保質(zhì)保量完成。
(3)熱管恒溫槽為立式結(jié)構(gòu)，在熱電偶裝爐方面比臥式熱電偶爐方便很多，標(biāo)準(zhǔn)器、石英管不易被損壞。檢定雙金屬溫度計(jì)時(shí)，不僅裝爐方便，且單次檢定數(shù)量多，解決了以往用干體爐檢定雙金屬溫度計(jì)時(shí)單次單支檢定且誤差較大的問(wèn)題，大幅度提升工作效率。
(4)經(jīng)過(guò)近兩年來(lái)實(shí)踐證明，PR601—500型熱管恒溫槽以其工作溫度高、均勻溫場(chǎng)寬、溫度穩(wěn)定性好等突出特點(diǎn)，在短型熱電偶和高參數(shù)雙金屬溫度計(jì)檢定中發(fā)揮了不可替代的作用，從根本上解決了以往由于溫度源不合適而造成的溫度測(cè)量?jī)x表誤判、資金浪費(fèi)問(wèn)題。
如按一年大修1次，小修3次測(cè)算，共可節(jié)約資金約35萬(wàn)元(測(cè)算數(shù)據(jù)如表4所示)。
(1)采用熱管恒溫槽代替熱電偶檢定爐做溫度源，有效解決了長(zhǎng)度小于750 mm的熱電偶因檢定誤差偏大易造成誤判及裝爐困難的問(wèn)題。
(2)補(bǔ)充熱管恒溫槽做溫度源，既解決了測(cè)量范圍300～500℃的雙金屬溫度計(jì)無(wú)法用100—300℃恒溫油槽檢定的問(wèn)題，又解決了用干體爐檢定時(shí)誤差偏大和每爐每次只能檢定1支溫度計(jì)的問(wèn)題。
(3)熱管恒溫槽的使用，避免了資金浪費(fèi)問(wèn)題，每年可節(jié)約大筆設(shè)備維修資金。
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