专利名称：高精度宽温场热电偶检定炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热电偶检定炉，尤其是一种精密恒温检定炉。
背景技术：
在热电偶检定与温度量值传递过程中，热电偶高温检定炉中心区 域温场的均匀性非常重要，它直接影响热电偶检定的准确性和可靠
性。按国家计量检定规程以及检定炉的测试规范的要求，在100(TC时
测得的最高温区的均匀性为检定炉的最高均匀温区中心与检定炉几
何中心沿轴向线上偏离不大于10ram，且在均匀温区长度不小于60翻， 半径为14mm范围内，任意两点间温差不大于rC。
常规的热电偶检定炉构造一般为炉管+加热丝+保温层+外壳。加 热丝为单丝，绕法为平绕。此种结构的热电偶检定炉，在空载测试时
其温场性能基本上无法达到国家检定规程的要求。即使在空载测试时 其温场性能达到了国家检定规程的要求，但恒温时间很长，并且在真 正用于检定过程时(有载情况下)，由于多支被检热偶向外导热破坏 了原来的热平衡，使其温场性能更难达到国家检定规程的要求。因此， 长期以来，未达标的热电偶检定炉已成为严格按照国家检定规程完成 热电偶检定工作的一大障碍。
根据我国公开的有关发明和实用新型专利调查，和热电偶检定炉 相关的专利共有五项，其中有一项为发明专利。在这些专利中，和本发明内容相关的只有三项。ZL93100127. 7发明专利讲的是用液态纳为 工质的热电偶检定炉，恒温区长达1298mm，但是结构很复杂，不适于 工业应用，温度范围只在中低温段(15(TC至60(TC)，而我们现在考 虑的有效温度为100。C至120(TC。 ZL200520088706. 4实用新型的要点 是在炉体中段设计了一段空气环层，为的是拉平中心温区髙峰，但是 一旦制作完成，不可实时在线调整。ZL200520088706. 4实用新型的要 点是为防漏电增加了一个套管，就靠这个套管的热缓冲作用使温场宽 度增加。从原理上分析，这个温场宽度增加是捎带的和非本质的，若 原先温场不好，增加了一个套管也无法扭转局势。总之，现有的专利 都未能很好地解决本发明所针对的问题。
发明内容
本发明是要提供一种高精度宽温场热电偶检定炉，该检定炉具有 立体多点测温与三维温场分析提案和多回路加热的高精度宽温场控 制。
为实现上述目的，本发明的技术方案是 一种高精度宽温场热电 偶检定炉，包括主加热炉管，其特点是主加热炉管中设有轴向加热 孔槽，且均匀分布在主加热炉管的外侧；主加热炉管内侧还设有立体 多点测温用的测温孔槽；主加热炉管外套接有若干段可调间距的辅加 热炉管形成双层多段加热炉管嵌套结构，且辅加热炉管上设有轴向加 热孔。
主加热炉管和辅加热炉管内穿管式回旋布置小直径螺旋管式加热丝。测温孔槽分别设置在主加热炉管内侧的前、中、后三个横截面上， 且上、下、左、右四方位布置形成十二个测点与处在炉心的标准热电 偶测点一起构成一个圆柱体的立体测温网络。
本发明的有益效果是本发明采用上述结构的检定炉具有升温速 度快、调节时间短，均匀温区长和电磁感应干扰小的特点。具体测试 结果是最高温度点在检定炉的几何中心位置；合格的均匀温区长度
超过100mra;在半径为17mm范围内，任意两点间温差不大于O. 5°C。远
远优于国家计量检定规程的标准。
图l是本发明的结构原理图2是本发明的三段双层加热炉管嵌套结构的剖面图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的一种高精度宽温场热电偶检定炉，由主加 热炉管1、辅加热炉管2、固定端套管7、保温层8和检定炉壳体9 组成。
如图2所示，主加热炉管1外侧开有轴向加热孔槽3，且均匀分布。 辅加热炉管2内开有加热孔4，主加热炉管1内侧开有测温孔槽5，中间 为检定炉的工作区域6。
主加热炉管1外套接有若干段可调间距的辅加热炉管2形成双层 多段加热炉管嵌套结构。
本发明的要点可归结为五点特制主，辅加热炉管l， 2、可调双层多段加热炉管嵌套结构、小直径螺旋管式加热丝穿管式回旋布置制 造工艺、立体多点测温与三维温场分析提案和多回路加热的高精度温 场控制思路。
(1) 特制主，辅加热炉管 传统的热电偶检定炉的炉管一般为光管或线槽管。加热丝是单丝
平绕在炉管上的。本发明所用的加热炉管是为提高精密温场控制性能
专门设计的。参见附图l、图2，主加热炉管1中预制有轴向加热孔槽3， 均匀分布在主加热炉管l外侧，为小直径螺旋管式加热丝穿管式回旋 布置做好了准备。特制主加热炉管l内侧还预制了立体多点测温用的 测温孔槽5，为立体多点测温和三维温场分析做好了准备。特制辅加 热炉管2设有预制加热孔4，只预制有轴向加热孔。特制辅加热炉管2 的管径比特制主加热炉管的要大，所以径向布置的加热孔槽数量较 多。
(2) 可调双层多段加热炉管嵌套结构 传统的热电偶检定炉都是单层炉管单回路加热结构。轴向温度分
布呈山峰形，均匀温场长度不够长。前人在改变保温条件上或是改变 加热分布上(如单丝平绕间距变化)做了许多努力。虽然可以获得一 定程度的改进，但是缺少在线调整机制，改造质量不能保证。有时， 改过的甚至不如未改的。或者，空载时可以达到国家规程要求，有载 时就不能达到国家规程要求。本发明采用双层多段加热炉管嵌套结 构。关键是建立了改变加热分布的在线调整机制。例如，空载时温场 长度可以达到国家规程要求，有载时出现左高右低情况，只要调整一下两侧特制辅加热炉管的加热分布功率，均匀温场长度就完全能保证 国家规程要求。此外两侧特制辅加热炉管的间距和位置在制造阶段是 可以根据温场测试情况进行调整的。还有，若要求更高的温场性能， 还可采用三段以上的辅加热炉管2设计，将轴向温场分布控制得更加 精细。
(3) 小直径螺旋管式加热丝穿管式回旋布置制造工艺
传统的热电偶检定炉的制造工艺一般为把加热丝单丝平绕在光 管或线槽管上。这样，除了有难以达到合格温场要求的主要缺点外， 还有对炉管内的热电偶造成了较强的电磁干扰的问题。为此，本发明 采用小直径螺旋管式加热丝穿管式回旋布置制造工艺。改单丝为小直 径螺旋管式加热丝，可解决预设加热分布调整的问题。将加热丝单丝 先加工成小直径螺旋管状。在加热炉管上回旋敷设时，可根据加热分 布需要调整螺旋间距。这比调整单丝平绕间距要容易操作的多。在加 热炉管上回旋敷设的目的是抵消交变电流引起的交变磁场，从而，大 大地减弱对炉管内的热电偶的电磁干扰。
(4) 立体多点测温与三维温场分析提案 在特制主加热炉管1内侧预制的测温孔槽3，为多点立体测温提供
了可能。可以在前、中、后三个横截面上分别设置有上、下、左、右 四方位测温点，即有前上、前下、前左、前右，中上、中下、中左、 中右和后上、后下、后左、后右，共计12个测点。加上处在炉心的标 准热电偶测点，就形成了一个圆柱体的立体测温网络。如果获得全部 实时数据，那么不难推算出这个动态的立体温场。这个三维的温场分析将有助于提高检定炉的温场控制质量，甚至是热偶检定质量。例如， 可根据三维温场分布图来调整热电偶装炉中心。对于多段式双层加热 炉管嵌套结构，最少需要3个测点，如前左、中下和后右三点。 (5)多回路加热的高精度温场控制思路
本发明采用可调双层多段加热炉管嵌套结构，意味着必须采取多 回路加热的高精度温场控制系统。这和传统的单输入单输出的控制系 统区别明显。采用双层多段加热炉管嵌套结构，至少需要三输入三输 出控制系统。虽然，控制结构复杂了，控制规律需要重新研究，但是 重要的是可实现改变加热分布的在线调整机制，从而使即使在有载时 均能达到国家检定规程的要求。由于，三回路加热控制的是一个温场， 所以各回路之间有耦合有交联。简单地看成是三个独立的控制回路是 不够的，需要解藕和补偿问题。
经过样机试验测得，这种全新结构的检定炉具有升温速度快、稳 定时间短，且节约能源。最高温度点均可控在检定炉的几何中心位置， 且等温区有了非常大的提高，达到了检定炉几何中心〉士50毫米、
轴中心直径〉35毫米范围内，任意两点的温度偏差《0.5。C的水平，
远远优于国家计量规程的标准。在这样一个较大区域、温度偏差很小 的恒温场中，绝不会因为热电偶装炉离散造成的检定附加误差，极大 地提高了检定准确度和工作效率。
权利要求
1.一种高精度宽温场热电偶检定炉，包括主加热炉管(1)，其特征在于所述主加热炉管(1)中设有轴向加热孔槽(3)，且均匀分布在主加热炉管(1)的外侧；主加热炉管(1)内侧还设有立体多点测温用的测温孔槽(5)；主加热炉管(1)外套接有若干段可调间距的辅加热炉管(2)形成双层多段加热炉管嵌套结构，且辅加热炉管(2)上设有轴向加热孔(4)。
2. 根据权利要求l所述的高精度宽温场热电偶检定炉，其特征在于: 所述主加热炉管(1)和辅加热炉管(2)内穿管式回旋布置小直径螺 旋管式加热丝。
3. 根据权利要求l所述的高精度宽温场热电偶检定炉，其特征在于 所述测温孔槽(5)分别设置在主加热炉管(1)内侧的前、中、后三 个横截面上，且上、下、左、右四方位布置形成十二个测点与处在炉 心的标准热电偶测点一起构成一个圆柱体的立体测温网络。
全文摘要
本发明涉及一种高精度宽温场热电偶检定炉，包括主加热炉管，其特点是主加热炉管中设有轴向加热孔槽，且均匀分布在主加热炉管的外侧；主加热炉管内侧还设有立体多点测温用的测温孔槽；主加热炉管外套接有若干段可调间距的辅加热炉管形成双层多段加热炉管嵌套结构，且辅加热炉管上设有轴向加热孔。主加热炉管和辅加热炉管内穿管式回旋布置小直径螺旋管式加热丝。本发明的高精度宽温场热电偶检定炉可轻松达到国家检定规程的要求，均匀温区轴向长度可达国家检定规程要求的2倍，检定温场中任两点温度差是国家检定规程要求的1/2，而且恒温时间大为缩短，电磁感应干扰大为降低。
文档编号G01K15/00GK101586991SQ200910053270
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月18日 优先权日2009年6月18日
发明者张光海, 平 杨, 范传明, 陈式跃 申请人:上海量值测控仪器科技有限公司