測溫技術(shù)與儀器儀表如何滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求

　　—— 訪中國溫度儀表專業(yè)協(xié)會(huì)副理事長宋平
   
　　在機(jī)械熱加工領(lǐng)域，溫度的測試與控制技術(shù)對于保證產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要。隨著技術(shù)的進(jìn)步，國內(nèi)溫度測控設(shè)備的制造水平有了明顯的進(jìn)步，一些廠家形成了自己的產(chǎn)品特點(diǎn)和優(yōu)勢。
　　
　　如今，日益提高的質(zhì)量要求對于相應(yīng)的測溫技術(shù)與設(shè)備提出了更高要求，國內(nèi)廠家做好準(zhǔn)備了嗎？為此我們采訪了中國溫度儀表專業(yè)協(xié)會(huì)宋平副理事長。
　　
　　記者：首先，請您主要介紹一下溫度測控技術(shù)的最新進(jìn)展？
　　
　　宋平：溫度是一個(gè)重要的物理量，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中，諸如溫度、壓力、流量、物位和轉(zhuǎn)速等物理量都必須進(jìn)行嚴(yán)格的測量和控制。各物理量中的溫度量為最多，估計(jì)占總量的50%以上，所以溫度測量是一項(xiàng)重大的課題。隨著微電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，檢測儀表（二次儀表）已經(jīng)得到迅速發(fā)展。如國內(nèi)生產(chǎn)的數(shù)顯儀表精度達(dá)千分之一，可靠性6萬小時(shí)，浪涌、射頻、靜放電及脈沖群等EMC指標(biāo)達(dá)三級以上，達(dá)到國外同等產(chǎn)品水平。
　　
　　而相比之下，傳感器的發(fā)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?zé)崦綦娎|。
　�。�3）半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器。
　�。�4）石英溫度計(jì)。
　　（5）聲學(xué)溫度計(jì)。
　�。�6）熱噪聲溫度計(jì)。
　　（7）核四級共振溫度計(jì)（NQR溫度計(jì)）。
　�。�8）示溫、感溫材料。
　　
　　記者：熱處理、鑄造、鍛壓等行業(yè)的工況環(huán)境比較惡劣，對于溫度控制儀表的測試精度和可靠性要求很高。目前，國內(nèi)外測溫儀器儀表生產(chǎn)廠家在這方面做得如何？能否滿足實(shí)際的需要？還存在哪些問題？
　　
　　宋平：我國熱處理爐有效加熱區(qū)測定方法國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 9452——2003）明確規(guī)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(qū)的測定周期和儀表檢定周期在標(biāo)準(zhǔn)中都有明確的規(guī)定。
　　
　　對于熱處理爐有效加熱區(qū)測溫系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，遵照現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)只能對測溫系統(tǒng)各個(gè)元件分別進(jìn)行檢定。但采用分立元件法檢定熱處理用測溫系統(tǒng)的誤差無法滿足熱處理行業(yè)大部分工藝要求。因此若工廠購入的熱電偶未經(jīng)檢定就直接使用，會(huì)使分散性很大，所測數(shù)據(jù)不可靠，不能用于指導(dǎo)生產(chǎn)。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)采用現(xiàn)場在線整體校準(zhǔn)測溫系統(tǒng)。
　　
　　記者：采用先進(jìn)的測溫標(biāo)準(zhǔn)對于熱處理爐的性能的保證至關(guān)重要。目前，我國熱處理爐有效加熱區(qū)測定的方法主要參照標(biāo)準(zhǔn)是哪些？有何特點(diǎn)？
　　
　　宋平：我國熱處理爐有效加熱區(qū)測定方法的主要參照標(biāo)準(zhǔn)之一，為美國汽車工程師學(xué)會(huì)（SAE）的高溫測溫規(guī)范（AMS 2750C），該規(guī)范包括了溫度傳感器、儀表、熱處理設(shè)備、系統(tǒng)準(zhǔn)確度和溫場均勻性的測試。

　　其特點(diǎn)如下：
　　
　�。�1）傳感器使用前必須校準(zhǔn)，其量值可溯源到美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院。
　�。�2）經(jīng)校準(zhǔn)的傳感器必須帶有修正值或偏差，在使用時(shí)予以修正，從而得到實(shí)際溫度。
　　
　　對溫場均勻性檢測用傳感器，其修正值不應(yīng)超過±2℃或0.75%t中的大者，對系統(tǒng)準(zhǔn)確度檢測用傳感器不應(yīng)超過±1℃或0.4%t中的大者。
   
　　[$page]　　用于溫場均勻性和系統(tǒng)準(zhǔn)確度檢測用廉金屬熱電偶的校準(zhǔn)周期為3個(gè)月，貴金屬熱電偶校準(zhǔn)周期為6個(gè)月。
　　
　�。�3）溫場均勻性是表征熱處理爐內(nèi)溫度分布狀態(tài)的技術(shù)指標(biāo)。它與爐體的結(jié)構(gòu)及耐火與保溫材料等因素有關(guān)，也與加熱方式等工藝參數(shù)密不可分。對該參數(shù)的要求只注重爐內(nèi)溫場均勻一致的程度，是一個(gè)相對的概念，并不追求溫度的實(shí)際值。
　�。�4）測溫系統(tǒng)的準(zhǔn)確度或測溫精度則是表征測溫系統(tǒng)的指示值對實(shí)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(bǔ)償導(dǎo)線及儀表的精度有關(guān)。而控溫精度與測溫精度也不同，它是表征對工業(yè)爐窯溫度波動(dòng)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(dòng)。
　　
　　美國對零件熱處理爐和原料熱處理爐都有嚴(yán)格的技術(shù)要求。實(shí)踐證明，只有對測溫準(zhǔn)確度嚴(yán)格要求，才能保證滿足熱處理行業(yè)對工藝溫度的要求。
　　
　　記者：先進(jìn)測溫技術(shù)和儀器的應(yīng)用，對控制和提高產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。熱處理、鑄造、鍛造生產(chǎn)企業(yè)如何根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況配置相關(guān)設(shè)備，在這方面您有哪些建議？
　　
　　宋平：在美國國家能源部、金屬學(xué)會(huì)、熱處理學(xué)會(huì)制定的2020年設(shè)想和遠(yuǎn)期目標(biāo)——美國熱處理技術(shù)發(fā)展路線圖（Heat Treament Technologe-Roadmap），要求消耗減少80%，生產(chǎn)成本降低75%，熱處理爐壽命提高10倍，熱處理爐價(jià)格降低50%，熱處理生產(chǎn)環(huán)境污染為0等。我國GB/T 9452－2003熱處理爐有效加熱區(qū)域測定方法參考國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其主要參照之一就是AMS 2750C。這就要求我們做好以下工作：
　　
　�。�1）齊全與完善資料：AMS 2750D，AMS 2750C以及美國材料和實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì)等有關(guān)熱電偶方面的技術(shù)資料。
　�。�2）相應(yīng)的的接插件。在執(zhí)行AMS 2750D時(shí)是在爐子生產(chǎn)停頓下進(jìn)行的盡可能快的檢測，這是SAT（系統(tǒng)準(zhǔn)確度測試）和TUS（溫度均勻性測試）測量應(yīng)注意的。
　�。�3）符合AMS 2750D的校準(zhǔn)。我們可提供國家認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)的熱電偶，按AMS 2750D要求，校準(zhǔn)點(diǎn)間隔<140℃，將示值誤差以修正值辦法處理，提高系統(tǒng)的準(zhǔn)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(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快，國際元器件采購渠道的拓展，為我國測控設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)同國外企業(yè)競爭創(chuàng)造了很好的條件。目前，在競爭中國內(nèi)企業(yè)所處的地位怎樣？在自主創(chuàng)新方面國內(nèi)企業(yè)做得如何？
　　
　　宋平：元器件采購渠道的通暢，以及特殊領(lǐng)域如核電站專用測溫儀表等，為國內(nèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)提供了極大的便利，縮小了與國外先進(jìn)產(chǎn)品的距離，這在二次儀表方面尤為突出。目前國內(nèi)測控設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)所用的集成電路如放大器、數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器、CPU、控制芯片等還是大量依靠進(jìn)口。