提高箱式电阻炉计量校准工作效率方法

  0 引言

  箱式炉是以电为能源,在某一规定的时间内,电流通过加热元件产生热量,具有辐射、传导、对流等传热方式。其主要由炉体和控制器组成,两者既可各自独立,也可组合为一体。炉体一般为台式,由加热元件、炉衬(包括耐火层和保温层)及炉壳等组成。

  箱式电阻炉具有升温快、均匀性好、维修方便简单易用的优点,广泛应用于医药、食品、化工、仪器仪表、工矿企业、科研单位等领域。对箱式电阳炉进行定期校准是保证其性能符合预期使用要求的重要手段,由于大多数箱式炉不易移动或拆卸,因此主要采用现场校准的方式进行计量校准工作。呵目前,箱式电阻炉的校准主要依据JJF13762012《箱式电阻炉校准规范>,但是在具体工作中存在校准时间长、难度大等问题,无法完全满足实际工作的需要。叨本文主要通过对校准流程进行分析并制定相应措施,从而提高箱式电阻炉计量校准工作效率。


  1 校准现状调查

  1.1 校准标准器

  校准规范要求传感器为不低于1级的廉金属热电偶或不低于2级的贵金属热电偶。本文选用1级N型易耗型热电偶:(0~700)C、(0~1100)C;测温仪器:福禄克公司1586A多通道数据采集器、接头转换器、迈凯测量技术有限公司的温湿度场检测系统软件等


  1.2 校准流程

  以新乡市天马工业炉有限公司生产的箱式电阻炉(2000x1500x1500)mm为例,整个校准流程如图1所示。校准通常在空载状态下进行,可分为前期准备、现场校准、后续处理三个阶段。从广家购置卷状热电偶丝的热电偶,根据被测温场尺寸大小,通过裁剪、焊接制作不同长度的热电偶,放入标准温场中进行检定,满足使用要求后方可使用。在现场校准阶段,首先与现场使用者进行沟通,确定校准方案选定参数、规程、测量点等)。其次,将检测热电偶测量端固定在测温架的各个测量点上,做好标记,然后将测温架装入炉内,与转换器、采集器等连接,确保线路连接完好。关闭炉门,通电升温,将箱式炉的控温仪表按需要设定温度值,软件自动采集数据采集结束后,打开炉门,整理所用的设备,完成现场校准工作。后续处理阶段主要是在实验室完成数据处理、生成报告工作。

校准过程流程图

  统计整个箱式电阻炉校准所用的时间为:


  总时长=1x1.5+1x7.5+1x0.5+3x1+1x6.5+3x1+1x3=25h/人


  1.3 箱式电阻炉校准时长统计

  如表1所示,布置传感器3人、现场整理3人,工作时长共11.3h/人,其余工作时长共94.3h/人:则平均每个温场大概需要时长为:

  

  (3x11.3+94.3)/5≥26h/人


  因此,单个温场校准时间长,无法满足实际工作的需要

表12021 年3 月校准的 5 个箱式电阻炉时长统计表

  2 原因分析及对策制定

  在整个校准流程进行中,热电偶的焊接、检定与所用设备及所需制作的热电偶数量有关,但不易提高效率;确定校准方案所用时间较少,但由于是必须环节,因此很难压缩时长;布置传感器与人的操作和现场条件有关,容易提高效率,但耗时长;数据采集时间为规程要求时间,但升温时间与被校设备有关很难提高效率;现场整理与人的操作有关,容易提高效率,但耗时长;数据处理、生成报告与处理工具和人的操作有关,容易提高效率,但耗时长。因此,本文主要从热电偶的布置环节、现场整理、数据处理生成报告环节提高效率。


  2.1 热电偶的布置时间长

  由于现场没有合适的测温架,需花费大量时间解决热电偶的固定问题。虽然在校准前建议准备好合适的测温架,但现场条件冬不相同,有些具备了制作条件,而有些则不具备。因此,热电偶的布线问题可分为三种情况。


  2.1.1 温场负责人准备好合适的测温架

  当现场准备好测温架时,计量人员将校准热电偶测量端固定在测温架的各个测量点上,然后将测温架装入炉内,热电偶参考端引出炉外,连接电路关闭炉门。其优点是测温架可以重复使用,便于下次校准。但需注意检查所制作的测温架的材料及其结构,若材料不耐高温或结构不合理,则会在加热过程中发生垮塌,热电偶测温位置发生偏移,影响校准结果的可靠性。


  2.1.2 温场负责人提供相关材料

  当现场不具备制作测温架的条件时,计量人员可以根据现场条件解决热电偶的固定问题。现场有负载时,可将热电偶与负载结合,固定在负载周围若现场有其他材料,可用支撑杆做骨架,中间通过耐高温的镍铬丝相连,制作简易支架;可用耐火砖或废弃工件搭建支撑架,将热电偶测量端固定在上面;针对小空间的温场,甚至可以通过在耐火砖上开孔的方式固定热电偶


  2.1.3 计量人员自备测温架

  计量人员可制作一些通用的测温架,根据温场的大小,选择合适的测温架,带到现场进行热电偶的固定。其优点是现场可以直接进行热电偶的固定缺点是制作测温架成本较高、携带不便。不同型号的箱式电阻炉炉内容积冬不相同,检测机构提供的测温架为通用结构,可能会与温场空间不匹配,影响测量结果。


  2.2 热电偶的收纳时间长

  由于在大尺寸温场的校准中,布置的热电偶多、长、乱,将其收纳整理需要花费大量的时间。且热电偶和其他的丝线不同,直径较粗且不能过度弯折。因此,通过认真分析,结合购置的热电偶线的形状最终选用圆筒加速热电偶的收纳。经过多种尺寸的不断对比,最终选择出匹配的收纳筒体,大大提高了收纳工作效率。


  2.3 数据处理时间长

  由于数据处理主要包括数据的筛选、计算等,最终生成报告。处理过程中,常常遇到数据量大、公式复杂、自动化程度低、处理时间长等问题,需要采用新的处理手段提高工作效率。因此,箱式炉校准时采集的数据与布置的热电偶数量及采集时间有关,计算公式固定,非常适合使用Excel进行计算。如图2所示,通过编写多个常用的数据处理模板,将采集的数据导入处理模板中直接运算输出结果,大幅度地提高了工作效率。

9通道数据处理模板图

  3 效果检查

  如表2所示,采用新的对策后,布置传感器3人、现场整理3人,工作时长共4.7h,其余工作时长共87.1h,则平均每个温场大概需要的时长为:(3x4.7+87.1)/5=20h//采取措施前,平均每个温场大概需要26h/人;采取措施后,平均每个温场的校准时间减少了23%,达到了预期的目标。

2021 年 10 月校准的 5 个箱式电阻炉时长统计表

  4 结束语

  箱式电阻炉具有升温快、均匀性好、维修方便、简单易用的优点,广泛应用于医药、食品、化工、仪器仪表、工矿企业、科研单位等领域。本文结合工作实践,针对目前箱式电阻炉校准的流程进行梳理,并统计各个环节所用的时间,对热电偶布置、收纳、数据处理环节提出了相应的对策,将平均每个温场的校准时间减少了23%,达到了预期的目标,希望能为箱式电阻炉计量校准工作效率的提高提供参考。


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