热处理炉工艺温度仪表系统的校准与调整

热处理工艺是指将零件加热到一定温度，在一定温度下保温一段时间，然后以一定的方式冷却，获得一定的组织和性能的热处理方法。温度、时间和冷却方法是热处理过程中的三个主要因素，其中工艺温度是关键，热处理炉是提供满足热处理工艺温度要求的设备，炉上的工艺温度仪表系统用于控制、监测和记录热处理温度。

在判断热处理过程的质量时，工艺温度计显示和记录的数据是最重要的基础。美国宇航标准AMS2750E根据工艺温度仪表系统的复杂性，将热处理炉的工艺温度仪表分为A、B、C、D、E等五种类型，国内的HB5425《航空制件热处理炉校加热区测量方法》GB/T30825《热处理温度测量》也给出了同样的规定。本文重点介绍了工艺温度仪表系统的校准和调整。

工艺温度仪表系统校准的必要性

1.工艺温度仪表系统校准

工艺温度仪表系统由热电偶（或热电阻）、连接线和温度二次仪表组成。工艺温度仪表系统校准是指现场比较工艺温度仪表（包括导线和传感器）的读数或值，以确定测量的温度偏差是否在相关要求范围内。AMS2750E也叫系统精度测试（SAT）或探针检查，其目的是确保炉子控制系统和各控制区记录仪表系统的准确性符合要求。

根据国内外相关技术标准的要求，除了校准工艺温度传感器和仪器外，还需要完成两项更重要的工作：一是校准工艺温度仪器系统，确定系统偏差是否符合要求；二是检测有效加热区域的温度均匀性，确定热处理炉具有满足工艺要求的工作空间。在温度均匀性试验过程中，如果试验结果表明整体温度较高或较低，工艺仪表需要调整。工艺温度仪表系统也需要在规定的时间间隔内校准，这是保证热处理满足工艺要求的重要手段之一。

2.工艺温度变化仪表系统

炉温均匀性是评估炉能否满足工艺温度要求的关键指标。炉温均匀性检测是一个复杂的过程，使用传感器多，检测时间长，不能定期或短周期进行。

炉温均匀性是否可靠主要取决于热处理炉内加热元件的加热特性和工艺温度仪表系统的测量和控制能力。在稳定的控制条件下，加热元件产生的热量和形成的温度分布状态具有良好的重复性。如果工艺温度仪表系统相对稳定，炉温均匀性也会在上次测试结果的小范围内发生变化，有效实现工艺温度的控制。因此，在两次温度均匀性测试之间进行多次工艺温度仪表系统校准是控制炉温度的好方法，虽然这不是保证炉温均匀性满足工艺要求的唯一方法，但它更容易操作。

那么，工艺温度仪表系统变化的原因是什么？可从以下几个方面进行分析：

（1）设备现场环境条件的影响，特别是环境温度的变化，使工艺温度传感器、连接线和工艺温度仪表的测量特性不断变化。

(2)热电偶在炉内气氛中加热冷却，会导致电偶电极晶粒生长、氧化、腐蚀或挥发，改变热电偶的热特性。

（3）工艺温度仪表本身老化引起的测量特性变化。这些变化会导致工艺温度仪表系统的变化，偏离热处理炉的温度控制点，偏离炉的实际温度。工艺温度仪表系统在使用现场和使用过程中定期校准，使其综合偏差控制在可接受范围内，确保工艺温度在合理范围内变化。

AMS2750E根据规定，工作用廉金属热电偶作为工艺传感器，只需在第一次使用前进行校准，然后无需校准。确定是否需要更换工艺传感器。

工艺温度系统校准方法

在AMS2750E、GJB509B和GB/T30825中给出了类似的规定。GJB509B没有具体的操作要求。在校准工艺温度仪表系统时，应满足以下要求： 

1.校准装置

校准装置是由校准用温度传感器（热电偶或热电阻）、连接导线和校准仪表组成，它应该是一个稳定的、经过校准已知误差的系统。

校准传感器的示值误差应符合±（1.1℃或0.4%读数)，测量端与工艺传感器测温端的距离不大于76mm，越近越好，以减少空间距离对校准结果的影响。在随后的校准中，校准传感器的位置和方向应保持不变，以确保以往校准数据之间的可比性。

校准传感器可以安装在校准时，也可以使用驻留校准传感器。使用驻留校准传感器有一定的风险，因为任何类型的温度传感器的测量特性都会在热处理炉的加热和冷却过程中发生变化，这无疑会反映在校准结果中，使校准结果不可靠。

校准仪表的示值误差应符合要求±（1.1℃或0.4%读数)具有较高的分辨率和适应热处理炉工作现场环境条件的能力。连接导线对校准结果的影响应尽量减少。当使用热电偶作为校准传感器时，应使用与传感器和仪器相同分度号的校准补偿导线；当使用热电阻作为校准传感器时，导线电阻是考虑的关键因素。

2.选择校准温度

校准可以在热处理过程中进行，工艺温度作为校准温度，使校准工作不影响生产进度。也可以单独进行，可以选择最近常用的工艺温度或具有代表性的温度作为校准温度。不需要在多个温度下校准，因为校准只是对工艺温度仪表系统精度的验证，只要系统没有大的偏差或保持必要的稳定性。

3.校准计算温差

测量数据的获取和处理是工艺温度仪表系统符合性判断的重要环节。读取工艺温度仪表和校准仪表的读数时，需要满足两个条件:

首先，读数应在炉温处于稳定状态。如果工艺温度仪表的显示值稳定或周期性变化，则表明炉温处于稳定状态。

其次，工艺仪读取工艺仪表和校准仪表的读数，或在最短时间内完成读数操作。这可以减少炉温波动对工艺温度仪表系统校准结果的影响。

说明分为以下几种情况。分为以下几种情况进行说明。

(1)热处理炉日常使用或温度均匀性检测时，需要根据工艺传感器和仪器的校准误差修改工艺仪表的设定值、显示和记录数据SAT在数据处理过程中，还应根据最新工艺传感器和仪器的校准误差进行修正；如果热处理炉的日常使用或温度均匀性检测，则不需要根据工艺传感器和仪器的校准误差来修正工艺仪器的设定值和显示和记录的数据，在SAT工艺传感器和仪器的校准误差不应在数据处理过程中进行修正。

（2）在校准工艺温度仪器时，由于示值误差超过规定的允许误差，调整工艺仪器的读数。调整的目的是使仪器的示值符合规定，SAT在数据处理过程中，调整值不用于工艺仪表读数的修正。

（3）在校准工艺温度仪表系统时，如果校准结果超出范围或接近边界，则调整工艺仪表的读数。调整的目的是使工艺温度仪表系统的偏差符合规定的要求，SAT在数据处理过程中，调整值不用于修正工艺仪表读数，否则，合格结果将回到不合格状态。

(4)炉温均匀性检测时，由于控制点与实际温度均匀性检测结果中心点的偏差，调整工艺仪表读数。调整是对工艺温度仪表系统的额外应用，而不是系统本身的偏差。SAT在数据处理过程中，需要在工艺仪器中进行调整值 修正表读数。

4.规定校准间隔

AMS2750E、GJB509B、GB/T30825年给出了不同类型和不同仪表类型的热处理炉工艺温度仪表系统的时间间隔。时间间隔与温度均匀性的允许范围有关，允许偏差越小，间隔越短；时间间隔与仪表类型有关，配置了更多的工艺温度仪表系统，可以通过这些测量数据之间的比较来确定工艺温度的稳定性。时间间隔与工艺传感器的稳定性有关，如果使用铂电阻、贵金属热电偶和N类型等稳定的工艺传感器也可以延长时间间隔。如果炉子增加了工艺温度仪表系统，其他系统使用稳定的传感器或多工艺传感器及时更换，并及时验证不同系统获得的数据，也可以免除工艺温度仪表系统的校准。

5.工艺温度计需要校准

不同类型仪器的热处理炉配备不同数量的工艺传感器和仪器，所有用于热处理质量判断的数据都应校准；所有不用于热处理质量判断的数据，如超温报警的仪器系统，不需要校准。对于控制传感器，不仅需要校准控制仪器的读数，还需要校准记录仪器的读数。对于其他附加系统，例如，负载热电偶、高温传感器、低温传感器等系统需要对工艺温度仪表系统进行校准。

分析校准结果

工艺温度仪表系统校准的目的是评估其稳定性，我们需要一个稳定的系统。即使有很大的偏差，也可以通过修改或调整读数来消除，而不稳定的系统是无法控制的。

热处理炉的类别以及同一类别的不同温度，AMS2750E和GJB509B、GB/T30825提出了不同工艺温度仪表系统偏差的要求，这是判断是否符合要求的基础。温度均匀性允许范围越大，或工艺温度越高，工艺温度仪表系统偏差允许范围越大，符合测量系统的一般特点。

确保工艺温度仪表系统的可靠性也取决于系统校准结果的可靠性。校准装置的稳定性、校准方法的合理性和实际操作的标准化是确保校准结果可靠性的重要环节，数据处理和结果的正确表达不容忽视。

调整工艺温度计

如果工艺温度仪表系统的校准结果不符合要求，需要从不同的环节找出原因。根据不同的情况进行不同的调整或更换。

如果怀疑工艺传感器有问题，一种情况是工艺传感器超差，可以在炉温稳定状态下验证，即使用校准仪器分别测量工艺传感器和校准传感器的读数，如果差异不超过工艺传感器允许误差的要求，传感器的指示值符合要求，如果超过允许误差的要求，则应更换工艺传感器。另一种情况是，工艺传感器的安装位置发生了变化，这显然改变了工艺温度仪表系统的偏差。证明工艺传感器移动的证据可以是工艺传感器安装位置的标记，也可以校准传感器与工艺传感器之间的距离。如果是这样，工艺传感器应该恢复到原来的位置。

如果怀疑工艺仪表存在问题，可以使用温度校准仪将标称温度值输入工艺仪表。如果工艺仪表读数与标称温度之差不超过允许误差要求，则表示仪表示值误差符合规定；相反，仪表示值误差可能超过规定范围，仪表应按规定重新校准。如果真的不合格，应进行调整或更换。

如果不存在上述原因，超差是综合因素的结果，此时需要调整工艺仪器的显示或记录。调整应记录，调整后应重新校准工艺温度仪表系统。

也可能需要调整控制参数。也可能需要进行控制参数的调整。

在进行任何调整之前，应进行详细的分析和研究，不要轻易调整工艺仪器的偏置或控制参数，并在调整后重新校准或测试，以表明调整状态符合要求。

结语

为保证工艺温度满足热处理要求，除工艺温度仪表系统校准外，还应按规定的时间间隔校准工艺传感器和仪表，并按规定的时间间隔检测温度均匀性。分析研究以往的校准结果和测试数据，掌握这些数据的变化规律，采取合理有效的措施，是保证热处理质量的基础。