简述热处理厂用热电偶分立元件法检定的弊端，详细说明整体在线校准的特点及实施方案，建议采用带校准孔的新型热电偶，随时可对测温系统进行整体在线校准或监督性校验，简便易行。
当前热处理技术的发展，主要体现在清洁、精密、节能及可控气氛热处理等诸多方面。所谓精密热处理，就是要严格控制热处理产品质量。欲控制产品质量，必须通过精密的传感器与控制系统来实现。在热加工技术中最主要的是温度传感器及氧传感器。
为了确保温度量值的准确可靠，对热电偶等测温元件进行定期或不定期的检定或校准是必要的。本文将重点探讨热处理行业中温度测量系统的整体在线校准与实施。
目前，国内仅有热电偶、补偿导线及仪表各自的检定规程，但是，没有热电偶高温计等测温系统的检定规程。因此，对于测温系统的检定，只能采用分立元件法，即对构成测温系统的元件及仪表分别进行检定。此种检定方法是离线的，而且，不能对测温系统进行在线整体检定。这种离线式分立元件检定法存在如下弊端。
1）热电偶丝不均质影响
① 热电偶丝材本身不均质：热电偶在计量室检定时，插入检定炉内的深度只有300mm。因此每支热电偶的检定结果，确切的说只能体现或主要体现出从测量端开始300mm长偶丝的热电行为，然而，当热电偶的长度较长，使用时大部分偶丝又处于高温区。如果热电偶丝并非均质，并处于具有温度梯度的场合，那么其局部将产生热电动势，该电动势称为寄生电势，由寄生电势引起的误差称为不均质误差。
② 热电偶丝经使用后产生的不均质：例如：插入工业炉中的热电偶，将沿偶丝长度方向发生劣化，并随温度增高，劣化增强，当劣化的部分处于具有温度梯度的场所，也将产生寄生电动势叠加在总电动势中而产生测量误差。
2）铠装热电偶的分流误差
① 分流误差：用铠装热电偶测量炉温时，当热电偶中间部位的温度有超过800℃的温度分布存在时，因其绝缘电阻下降，热电偶示值出现异常的现象，称为分流误差。由于铠装热电偶的绝缘物是粉末状MgO ，当温度超过800℃。其绝缘电阻呈指数降低，当中间部位温度较高时，必定有漏电流产生，致使热电偶产生分流误差。
由上述讨论可以看出，分立元件检定法有诸多弊端，本来检定合格的产品，在使用中却有可能不合格，因此，建议最好采用整体在线校准法。
⒊ 测温系统整体在线校准
以热电偶为传感器的测温系统的检定，按照现行标准，只能采用分立元件法。由误差理论可知，这三者检定都合格，组合起来并不一定合格。因此，作者建议采用整体在线校准。即在计量室对其测温系统进行检定，求出整个系统的测温误差，而且最好能在线校准。为此必须提供标准器，既要有相对准确的在线校准仪，同被测系统用现场实际使用的工业炉作为比较热源，进行在线校准。因此，首先要有相对准确的热电偶高温计。该温度计事先要经过计量部门检定，提供校准证书，用这种带有校准证书的温度计，就可以对被测系统进行现场校准。
⒊⒈便携式在线校准仪的研制
目前市场上广泛流行的数字温度计精度低，不能用作现场校准仪。作为校准仪，不仅准确度要高，而且，其准确度应经国家质检部门确认，并带有校准证书。
1）工作用在线校准仪的开发 便携式在线温度校准仪是由特种热电偶保护管、铠装热电偶（K型）、测温枪及数字显示仪组成，其特点是：使用寿命长，准确度高。作者通过对其元件及仪表进行精选，以达到最佳组合。
① 选取I级K型铠装热电偶，并尽可能接近标准值
② 选取精密级延伸型补偿导线。
③ 选取高精度数显仪表，在0～1300℃内达0.2级。
2）溯源与校准 精选后组合的本校准仪经过辽宁省计量院校准，结果表明便携式在线温度校准仪的准确度均在0.4级以内，而且，还可达0.2级。用作现场校准是可行的。
3）工作用在线校准仪的应用 自2002年起作者开发的校准仪已有50台用于现场测温系统的校准。
⒊⒉ 分立元件检定与整体校准法的比较
1）分立元件检定 分立元件检定法，对于测温系统的检定，即分别对热电偶、补偿导线及仪表进行检定，该系统的误差为：
= （1）
式中 △1—热电偶的极限误差
△2—补偿导线的极限误差
△3—仪表的极限误差
如果采用K型热电偶，精度为Ⅱ级，取温度点为1000℃，误差为 7.5℃；补偿导线为B级，误差为 2.5℃；数显仪表的精度为0.5级，误差为 5℃。将上述误差代入（1）式：
= =
综上所述，如采用分立元件法检定热处理行业用测温系统的误差为 9.35℃，无法满足工艺要求。有的工厂购入的热电偶不检定就直接使用，分散性更大，所测数据不可靠。不能用于指导生产。
2）整体校准法
① 校准精度高：作者开发的便携式校准仪，其整体校准精度在0.4级以内，有的可达0.2级。由此可以看出整体校准法的精度远远优于分立元件检定法。依据误差理论，只有采用作者研制的在线校准仪，才有可能满足Ⅱ类热处理炉有效加热区保温精度为 ℃的要求。因此，该种校准仪颇受用户欢迎。
② 按用户要求校准特定的温度点，可以进一步提高校准精度。
③ 整体校准的系统误差可以修正。
由上述讨论可知，整体在线校准在理论上具有明显优势。但对于密闭或真空体系，如果未预留校准孔也无法实施整体在线校准，为此，作者开发出带有校准孔的热电偶，为实施在线校准提供方便。
1) 带校准孔热电偶
针对上述情况，作者开发出带有校准孔的热电偶。有如下多种型号：
① 种类
有S、R、B、K、N、E、J、T、C（WRe 5/26）等。
② 结构
带校准孔的热电偶为专利产品，它是由接线盒、保护管、校准孔、热电偶、接线板等组成。在保留特殊场合专用热电偶特性的基础上，在保护管内留有供校准、监测用的孔，其位置在保护管的中心线上或一侧，分别定型为Y型和X型。
新型热电偶外保护管为刚玉质的S型热电偶结构示意如图1、图2
a）校准孔在保护管中心（Y型）；
b）校准孔在保护管一侧（X型）；
1-接线盒，2-保护管，3-校准、监测孔，4-热电偶
a）校准孔在保护管中心（Y型）；
b）校准孔在保护管一侧（X型）；
图3 带有温度校准、监测孔K型热电偶（Y型） 图4 带有温度校准、监测孔热电偶接线板
① 校准与被校热电偶处于相同环境，准确度高。
② 既可以校准，又可用于监测；既可以对测温系统进行校准，又可对热电偶单独进行校准。
随着热处理技术的发展，必然要求对其测温系统及元件提出更高、更严格要求。便携式在线校准仪及带校准孔的热电偶便应运而生，为热处理行业服务，为提高热处理行业测温精度，作出力所能及的贡献。
- 2011/8/26 9:29:09
