摘要：热处理是现代制造业中不可缺少的重要环节，是提高机械零部件质量和使用寿命的关键工序，热处理炉温玚的准确度对工件的热处理工艺至关重要，本文对影响热处理炉温玚准确度的因素及预防措施进行了一系列阐述和分析。
关键词：热处理；感温元件；智能温度调节仪
1、概述
焊接结构的工件在焊接过程普遍存在着较高的各种组织缺陷和焊接应力，这些组织缺陷和焊接应力会导致焊接接头的塑性和韧性下降，为了防止工件变形、裂纹，提高产品的加工质量，要将加工后的工件放置于特殊结构的热处理炉中缓慢加热到特定温度，保温一段时间后缓慢冷却，通过合理的热处理过程来改善工件的塑性和韧性，达到预期的物理性能。
2、热处理过程及工作原理
炉温调节系统是热处理过程的关键环节，由感温元件（热电偶）和智能温度调节仪、计算机集散控制系统组成。炉温调节系统以工件的热处理工艺技术要求为闭环控制目标，在整个工艺执行过程中，全部由计算机高精度控制，自动运行，无需人工干预，计算机根据实测数值来控制炉内温度，直至达到工艺要求。
3、影响热处理炉温玚准确度的因素及预防措施
3.1感温元件的影响
热电偶是温场测量的感温元件，将温度信号转换成热电势（mV）信号传递给智能温度调节仪，实现温度的测量，热电偶的安装位置、热惰性、热电偶参考端温度、热电偶热电极的绝缘性都会引起测温误差，影响工件的退火质量。
3.1.1 热电偶的合理安装位置、插入深度能准确反映出炉膛温度的真实性，因此热电偶安装位置距离升降门和加热元件不能太近，插入深度至少为热电偶保护管直径的（8~10）倍；热电偶与炉膛插孔之间的缝隙应使用耐火泥或者石棉材料的绝热物质密封，避免进入炉膛内部的冷气流影响炉膛温玚；安装位置应该避开强磁场、强电场，因此热电偶的补偿导线与动力电缆线不能安装在同一根导管内，避免干扰引入到信号输入端。
3.1.2 热电偶的热惰性会使炉温调节系统的显示值滞后于温玚的变化量，快速测温时热惰性尤为明显。改善热电偶保护管的导热性是减小热惰性的关键因素，因此保护管的管壁要薄，内径应尽可能小，如果在测温环境允许的情况下，甚至可以把保护管去掉直接测温，尽量选择时间常数小的热电偶。
3.1.3 热电偶的热电效应仅与热电极的材料性质和热电极两端（工作端和参考端）的温度有关，热处理过程中，热处理炉的参考端温度不可能保持恒定，需要用补偿型补偿导线把参考端延伸至温度恒定的环境中，再用计算法对测量结果进行修正，消除测温误差。
3.1.4热电偶的两个电极之间必须有良好的绝缘性，如果绝缘不良，就会造成热电势损耗，引入的干扰会影响炉温调节系统的正常运行。
3.2干扰对炉温调节系统的影响
智能温度调节仪根据热处理炉的实际温度与给定温度的偏差，自动接通或断开热处理炉的加热电源或者是连续改变加热功率的大小，使热炉温稳定在热处理工艺的要求范围内。干扰对智能温度调节仪的影响很大，而热处理过程中的干扰因素和干扰引入点是多方面的，大致可以归纳为端间干扰和对地干扰两大类。
3.2.1端间干扰源的分析及预防措施
3.2.1.1 在大功率变压器、交流电动机、强电流导线等的周围都会产生较强的交变磁场，如果补偿导线在其附近敷设，信号输入端会引入交流电动势而形成干扰信号，这种电磁感应耦合是端间干扰的主要来源。在实际工作中，输入信号线（补偿导线）应远离干扰源，用金属管套起来（不允许将补偿导线和动力线穿在同一金属管中），这样大部分磁通将会沿着磁阻很小的铁管通过，减弱了对信号线的干扰。由于干扰源与屏蔽管之间以及屏蔽管与信号线之间也存在着分布电容，信号线屏蔽后感应电压依然存在，应将屏蔽管接地，这样才能与信号线同电位，消除静电感应。
3.2.1.2 干扰电压的大小不仅与交变磁场的强度有关，还与磁通穿过信号线回路的面积有关。实际工作中，平行信号线比绞合线的受干扰量大20倍左右，由于未绞合信号线与干扰源之间的不等距离，引起不同的分布电容，此电位差引入到信号输入端就会形成干扰，因此信号线绞合使用，可以有效缩小回路所形成的面积，消除端间干扰源。
3.2.2对地干扰源的分析及预防措施
在现场使用中，对地干扰主要是由于高温漏电引起的，因此尽可能切断漏电电流的途径，对主要线路采取等电位屏蔽，合理安排一条漏电流的通路，使漏电流不会进入炉温调节系统。
3.2.2.1将热电偶的工作端引出一根金属导线接地，这样对地干扰电压将被短接，有效的消除了对地干扰，加接的金属导线的材料应耐高温且对热电偶不会产生影响，例如镍铬镍硅使用镍丝，铂铑热电偶可使用铂丝或是铂铑丝。如下图：
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3.2.2.2热电偶保护管接地
热电偶保护管有效接地，可以使干扰电流沿着保护管通地而不会进入热电偶，避免了干扰信号引入到信号输入端，这种方法效果比较好，也比较常用。
3.2.2.3旁路电容法
在补偿导线的一端通过一个容量较大的电容接地，如下图
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这样可以使干扰电流通过电容C旁路，降低对地干扰电压，这个方法在干扰不太强的情况下效果明显。
3.2.2.4热处理过程中，如果屏蔽管中有电流通过，就会形成电位梯度，干扰信号会通过屏蔽管与补偿导线间的分布电容而耦合到补偿导线中去，形成干扰，如果热电偶与信号输入端距离很远，更应注意存在的干扰。使用三线热电偶或工作端焊接在金属套管上的热电偶进行测温，热电偶和补偿导线的屏蔽管应在同一端接地，同时将测量系统“浮空”，防止不同的地电位干扰引入到信号输入端。如下图
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4、结论
热处理炉作为热处理工艺的核心设备，它的控制核心是炉温调节系统，温度的准确测量、控制是保证热处理工艺的关键环节，本文系统阐述了热处理过程中炉温调节系统的测温误差、干扰来源及预防措施，对于提高热处理炉的控温精度有一定的借鉴和参考作用。
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论文作者:姜永元
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/12
标签：热电偶论文; 干扰论文; 炉温论文; 测温论文; 导线论文; 温度论文; 信号线论文; 《电力设备》2018年第23期论文;