符合AMS 2750D標(biāo)準(zhǔn)的溫度傳感器的研制與應(yīng)用
簡(jiǎn)述美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AMS 2750D 中系統(tǒng)準(zhǔn)確度測(cè)試傳感器、爐溫均勻性測(cè)試傳感器、控制溫度傳感器及負(fù)載傳感器的性能、用途、分類與選擇,以及在線原位校準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)。詳細(xì)探討符合美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)要求的溫度傳感器的研制與應(yīng)用。結(jié)果表明,作者研制的2750D 用溫度傳感器,完全滿足美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)要求。
Nadcap 是專門對(duì)航天工程等相關(guān)行業(yè)特殊產(chǎn)品及工藝進(jìn)行審定與認(rèn)證的。目前世界領(lǐng)先的航空企業(yè),如空客、波音等45 家企業(yè)均為Nadcap成員。獲得Nadcap 認(rèn)證,表明該企業(yè)已達(dá)到當(dāng)今世界上最為嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。我國(guó)已有沈飛、黎明公司等26 家企業(yè)取得Nadcap 認(rèn)證。中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所、北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司、江蘇豐東熱技術(shù)股份有限公司等已開始貫徹執(zhí)行2750D。作者自2008 年起在國(guó)內(nèi)率先為已取得Nadcap 認(rèn)證單位提供溫度傳感器。實(shí)踐證明作者研制的溫度傳感器,可以滿足2750D 要求,不必進(jìn)口。
美國(guó)AMS 2750D 標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介
美國(guó)AMS 2750D 標(biāo)準(zhǔn)同國(guó)際上通用標(biāo)準(zhǔn)比較,應(yīng)該承認(rèn)它是當(dāng)今世界在高溫測(cè)量領(lǐng)域,最為嚴(yán)格、準(zhǔn)確度最高、最為完善的標(biāo)準(zhǔn),也是高溫測(cè)量領(lǐng)域的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。其應(yīng)用范圍越來(lái)越大,我國(guó)也準(zhǔn)備制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。
溫度傳感器分類
(1) 依據(jù)溫度傳感器的性能分類:溫度傳感器的性能,校準(zhǔn),允差及用途見表1。
(2) 依據(jù)溫度傳感器的結(jié)構(gòu)分類:
① 易損型傳感器:所謂易損型傳感器是由陶瓷或塑料編織絕緣的傳感器,與包覆熱電偶相似。但將其譯成消耗式熱電偶[2]是不妥當(dāng)?shù),因(yàn)橄男蜔犭娕际?ldquo;用于測(cè)量金屬熔體溫度的,一般為一次性使用的微型熱電偶”。
、 耐用型傳感器:耐用型傳感器又分為裝配式溫度傳感器與鎧裝熱電偶。
裝配式溫度傳感器,通常是指可拆卸的工業(yè)熱電偶,即熱電極組件可從保護(hù)管中取出的工業(yè)熱電偶。熱電極組件是由一對(duì)或多對(duì)熱電極與絕緣物構(gòu)成的組件。為防止環(huán)境有害影響,熱電偶組件要裝入保護(hù)管內(nèi)。總之,裝配式溫度傳感器是指熱電偶組件或帶有保護(hù)管、熱電極組件可拆卸的工業(yè)熱電偶。
鎧裝熱電偶,將熱電偶絲用無(wú)機(jī)物絕緣、金屬管封裝,壓實(shí)成可繞性的堅(jiān)實(shí)體的鎧裝熱電偶電纜,由鎧裝熱電偶電纜制成的熱電偶稱鎧裝熱電偶。
系統(tǒng)準(zhǔn)確度測(cè)試傳感器的研制
(1) 系統(tǒng)準(zhǔn)確度測(cè)試傳感器的特點(diǎn)與研制
、 準(zhǔn)確度更高,可溯源:在2750D 標(biāo)準(zhǔn)中,該種測(cè)試傳感器對(duì)準(zhǔn)確度的要求與Ⅰ、Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相同,較爐溫均勻性、控制及負(fù)載傳感器的準(zhǔn)確度要求高。S、R 型為±0.6℃或±0.1%t,N 型為±1.1℃或±0.4%t。
② 研制:在開發(fā)與研制過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)目前國(guó)產(chǎn)鉑銠熱電偶絲難以全面滿足2750D 要求,本公司采用進(jìn)口絲材研制成系統(tǒng)準(zhǔn)確度測(cè)試傳感器經(jīng)長(zhǎng)城計(jì)量所檢定結(jié)果無(wú)補(bǔ)償導(dǎo)線的S 型傳感器在1000℃的平均偏差僅為0.70℃, 完全符合2750D要求。
(2) 溫度測(cè)量系統(tǒng)在線原位校準(zhǔn)
當(dāng)前,對(duì)于測(cè)溫系統(tǒng)的校準(zhǔn)有兩種方式:分立元件檢定與在線原位校準(zhǔn)法,依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),目前只能對(duì)構(gòu)成測(cè)溫系統(tǒng)的元件及儀表分別進(jìn)行檢定,即必須將使用中熱電偶從安裝位置上取下來(lái),送計(jì)量部門檢定,不能對(duì)測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行在線原位校準(zhǔn)。
、 離線式分立元件檢定法的弊端:檢定合格的產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)使用有時(shí)卻不合格由于熱電偶絲不均質(zhì)及鎧裝熱電偶的分流誤差,易出現(xiàn)檢定合格,使用不合格的現(xiàn)象;各元件檢定均合格,組合成測(cè)溫系統(tǒng)其誤差卻很大由K 型熱電偶(Ⅱ級(jí))、補(bǔ)償導(dǎo)線(普通級(jí))及數(shù)顯儀表(0.5 級(jí)) 組成的測(cè)量系統(tǒng),當(dāng)t=1000℃時(shí)的綜合誤差計(jì)算結(jié)果為9.35℃,該系統(tǒng)誤差無(wú)法滿足II 類、甚至Ⅲ類熱處理爐溫度測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)要求。
、 在線原位校準(zhǔn):最近為江蘇豐東熱處理公司等制作48 支N型傳感器(含補(bǔ)償導(dǎo)線),經(jīng)長(zhǎng)城計(jì)量所檢定,其平均偏差(含補(bǔ)償導(dǎo)線)僅為0.70℃,故該系統(tǒng)精度為1.22℃。
由此可見,該系統(tǒng)符合2750D 要求,其系統(tǒng)準(zhǔn)確度可滿足II 類熱處理爐對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)要求。有關(guān)在線原位校準(zhǔn)的理念與實(shí)踐,作者早在2750D 前提出并已在國(guó)內(nèi)多家用戶實(shí)施在線原位校準(zhǔn),目前正在擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。
負(fù)載傳感器的研制
控制溫度傳感器雖然可以準(zhǔn)確測(cè)量出爐內(nèi)溫度,但是,該溫度卻不是工件本身溫度,特別是在升溫或降溫過(guò)程尚未達(dá)到熱平衡時(shí),兩者差距很大。而且,隨工件的材質(zhì)、幾何尺寸的不同而各異。因此,為了準(zhǔn)確測(cè)量出被加熱工件的溫度,尤其是大型、重要工件,通常是將負(fù)載傳感器固定在被加熱工件上,準(zhǔn)確提供熱處理工件的實(shí)時(shí)溫度。負(fù)載傳感器的準(zhǔn)確度要求較低,為±2.2℃或±0.75%t.相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)熱電偶絲的Ⅱ級(jí)。
3 年來(lái)作者開發(fā)研制出符合2750D 標(biāo)準(zhǔn)的溫度傳感器200 多支,實(shí)踐結(jié)果表明:①作者研制的溫度傳感器符合2750D 要求,不必進(jìn)口。②3~6 類爐用控制溫度傳感器及負(fù)載傳感器,即使采用國(guó)產(chǎn)熱電偶絲制成傳感器也可以滿足2750D要求。③系統(tǒng)準(zhǔn)確度測(cè)試傳感器等所需熱電偶絲材,國(guó)內(nèi)還難以滿足要求,尚需努力。