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在機械熱加工領域,溫度的測試與控制技術對于保證產品的質量至關重要。隨著技術的進步,國內溫度測控設備的制造水平有了明顯的進步,一些廠家形成了自己的產品特點和優勢。

    如今,日益提高的質量要求對于相應的測溫技術與設備提出了更高要求,國內廠家做好準備了嗎?為此我們采訪了中國溫度儀表專業協會宋平副理事長。

    記者:首先,請您主要介紹一下溫度測控技術的最新進展?

    宋平:溫度是一個重要的物理量,在現代化工業生產過程中,諸如溫度、壓力、流量、物位和轉速等物理量都必須進行嚴格的測量和控制。各物理量中的溫度量為最多,估計占總量的50%以上,所以溫度測量是一項重大的課題。隨著微電子及計算機技術的發展,檢測儀表(二次儀表)已經得到迅速發展。如國內生產的數顯儀表精度達千分之一,可靠性6萬小時,浪涌、射頻、靜放電及脈沖群等EMC指標達三級以上,達到國外同等產品水平。

    而相比之下,傳感器的發展比較緩慢,有許多問題需要研究與解決。目前新型溫度傳感器主要有以下幾種類型。

    (1)光纖溫度傳感器。

    (2)特種測溫熱敏電纜。

    (3)半導體集成電路溫度傳感器。

    (4)石英溫度計。

    (5)聲學溫度計。

    (6)熱噪聲溫度計。

    (7)核四級共振溫度計(NQR溫度計)。

    (8)示溫、感溫材料。

    記者:熱處理、鑄造、鍛壓等行業的工況環境比較惡劣,對于溫控儀表的測試精度和可靠性要求很高。目前,國內外溫控儀表生產廠家在這方面做得如何?能否滿足實際的需要?還存在哪些問題?

    宋平:我國熱處理爐有效加熱區測定方法國家標準(GB/T9452——2003)明確規定了熱處理爐按保溫精度(爐溫均勻性)分六類。其中控溫指示精度、記錄儀表精度要求,以及熱處理爐有效加熱區的測定周期和儀表檢定周期在標準中都有明確的規定。

    對于熱處理爐有效加熱區測溫系統的標準,遵照現行的國家標準只能對測溫系統各個元件分別進行檢定。但采用分立元件法檢定熱處理用測溫系統的誤差無法滿足熱處理行業大部分工藝要求。因此若工廠購入的熱電偶未經檢定就直接使用,會使分散性很大,所測數據不可靠,不能用于指導生產。為了保證產品質量,應采用現場在線整體校準測溫系統。

    記者:采用先進的測溫標準對于熱處理爐的性能的保證至關重要。目前,我國熱處理爐有效加熱區測定的方法主要參照標準是哪些?有何特點?

    宋平:我國熱處理爐有效加熱區測定方法的主要參照標準之一,為美國汽車工程師學會(SAE)的高溫測溫規范(AMS2750C),該規范包括了溫度傳感器、儀表、熱處理設備、系統準確度和溫場均勻性的測試。

    其特點如下:

    (1)傳感器使用前必須校準,其量值可溯源到美國國家標準和技術研究院。

    (2)經校準的傳感器必須帶有修正值或偏差,在使用時予以修正,從而得到實際溫度。

    對溫場均勻性檢測用傳感器,其修正值不應超過±2℃或0.75%t中的大者,對系統準確度檢測用傳感器不應超過±1℃或0.4%t中的大者。

    用于溫場均勻性和系統準確度檢測用廉金屬熱電偶的校準周期為3個月,貴金屬熱電偶校準周期為6個月。

    (3)溫場均勻性是表征熱處理爐內溫度分布狀態的技術指標。它與爐體的結構及耐火與保溫材料等因素有關,也與加熱方式等工藝參數密不可分。對該參數的要求只注重爐內溫場均勻一致的程度,是一個相對的概念,并不追求溫度的實際值。

    (4)測溫系統的準確度或測溫精度則是表征測溫系統的指示值對實際值或真值的偏離程度,因此對傳感器的精度等級要求高,它與熱電偶、補償導線及儀表的精度有關。而控溫精度與測溫精度也不同,它是表征對工業爐窯溫度波動的控制能力。例如,真空熱處理爐的控溫精度為(900±0.5)℃,表明該爐溫可控制在899.5~900.5℃之間波動。

    美國對零件熱處理爐和原料熱處理爐都有嚴格的技術要求。實踐證明,只有對測溫準確度嚴格要求,才能保證滿足熱處理行業對工藝溫度的要求。

    記者:先進測溫技術和儀器的應用,對控制和提高產品質量至關重要。熱處理、鑄造、鍛造生產企業如何根據企業實際情況配置相關設備,在這方面您有哪些建議?

    宋平:在美國國家能源部、金屬學會、熱處理學會制定的2020年設想和遠期目標——美國熱處理技術發展路線圖(HeatTreamentTechnologe-Roadmap),要求消耗減少80%,生產成本降低75%,熱處理爐壽命提高10倍,熱處理爐價格降低50%,熱處理生產環境污染為0等。我國GB/T9452-2003熱處理爐有效加熱區域測定方法參考國內外相關標準,其主要參照之一就是AMS2750C。這就要求我們做好以下工作:

    (1)齊全與完善資料:AMS2750D,AMS2750C以及美國材料和實驗學會等有關熱電偶方面的技術資料。

    (2)相應的的接插件。在執行AMS2750D時是在爐子生產停頓下進行的盡可能快的檢測,這是SAT(系統準確度測試)和TUS(溫度均勻性測試)測量應注意的。

    (3)符合AMS2750D的校準。我們可提供國家認可實驗室校準的熱電偶,按AMS2750D要求,校準點間隔<140℃,將示值誤差以修正值辦法處理,提高系統的準確度;爐溫均勻性,要求熱電偶一致。

    (4)解決耐高溫鎧裝熱電偶的材料問題。

    記者:隨著世界經濟一體化進程的加快,國際元器件采購渠道的拓展,為我國測控設備生產企業同國外企業競爭創造了很好的條件。

    目前,在競爭中國內企業所處的地位怎樣?在自主創新方面國內企業做得如何?

    宋平:元器件采購渠道的通暢,以及特殊領域如核電站專用溫控儀表等,為國內產品的設計與生產提供了極大的便利,縮小了與國外先進產品的距離,這在二次儀表方面尤為突出。目前國內溫控儀表生產企業所用的集成電路如放大器、數模/模數轉換器、CPU、控制芯片等還是大量依靠進口,這也在一定程度上制約了國內產品的發展。但現在一個好的跡象就是國家有關部委和集團已給予了高度的重視,并采取了相應的措施。國內通信與計算機領域的元器件發展迅速就是一個很好的佐證。

    記者:請您展望一下熱工檢測與控制技術未來的發展趨勢?

    宋平:作為一名僅僅從事溫控儀表設計與生產企業的科研人員,對于熱工檢測與控制技術未來的發展趨勢,實在不敢妄下推測,但有一點我堅信,我們正努力的追趕并縮小與先進國家產品的差距。

    目前,國家、地方政府與上級集團給予相關企業極大的支持,投入了大量的資金用于技術開發與設備改造。為此,相信通過業界的共同努力,我國的熱工檢測與控制技術必將獲得快速發展。


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