测温技术与仪器仪表如何满足现代工业的需求

      访中国温度仪表专业协会副理事长宋平

　　在机械热加工领域，温度的测试与控制技术对于保证产品的质量至关重要。随着技术的进步，国内温度测控设备的制造水平有了明显的进步，一些厂家形成了自己的产品特点和优势。

　　如今，日益提高的质量要求对于相应的测温技术与设备提出了更高要求，国内厂家做好准备了吗？为此我们采访了中国温度仪表专业协会宋平副理事长。

　　记者：首先，请您主要介绍一下温度测控技术的最新进展？

　　宋平：温度是一个重要的物理量，在现代化工业生产过程中，诸如温度、压力、流量、物位和转速等物理量都必须进行严格的测量和控制。各物理量中的温度量为最多，估计占总量的50%以上，所以温度测量是一项重大的课题。随着微电子及计算机技术的发展，检测仪表（二次仪表）已经得到迅速发展。如国内生产的数显仪表精度达千分之一，可靠性6万小时，浪涌、射频、静放电及脉冲群等EMC指标达三级以上，达到国外同等产品水平。

　　而相比之下，传感器的发展比较缓慢，有许多问题需要研究与解决。目前新型温度传感器主要有以下几种类型。

　　（1）光纤温度传感器。

　　（2）特种测温热敏电缆。

　　（3）半导体集成电路温度传感器。

　　（4）石英温度计。

　　（5）声学温度计。

　　（6）热噪声温度计。

　　（7）核四级共振温度计（NQR温度计）。

　　（8）示温、感温材料。

　　记者：热处理、铸造、锻压等行业的工况环境比较恶劣，对于温度控制仪表的测试精度和可靠性要求很高。目前，国内外测温仪器仪表生产厂家在这方面做得如何？能否满足实际的需要？还存在哪些问题？

　　宋平：我国热处理炉有效加热区测定方法国家标准（GB/T 9452——2003）明确规定了热处理炉按保温精度（炉温均匀性）分六类。其中控温指示精度、记录仪表精度要求，以及热处理炉有效加热区的测定周期和仪表检定周期在标准中都有明确的规定。

　　对于热处理炉有效加热区测温系统的标准，遵照现行的国家标准只能对测温系统各个元件分别进行检定。但采用分立元件法检定热处理用测温系统的误差无法满足热处理行业大部分工艺要求。因此若工厂购入的热电偶未经检定就直接使用，会使分散性很大，所测数据不可靠，不能用于指导生产。为了保证产品质量，应采用现场在线整体校准测温系统。

　　记者：采用先进的测温标准对于热处理炉的性能的保证至关重要。目前，我国热处理炉有效加热区测定的方法主要参照标准是哪些？有何特点？

　　宋平：我国热处理炉有效加热区测定方法的主要参照标准之一，为美国汽车工程师学会（SAE）的高温测温规范（AMS 2750C），该规范包括了温度传感器、仪表、热处理设备、系统准确度和温场均匀性的测试。

其特点如下：

　　（1）传感器使用前必须校准，其量值可溯源到美国国家标准和技术研究院。

　　（2）经校准的传感器必须带有修正值或偏差，在使用时予以修正，从而得到实际温度。

　　对温场均匀性检测用传感器，其修正值不应超过±2℃或0.75%t中的大者，对系统准确度检测用传感器不应超过±1℃或0.4%t中的大者。

用于温场均匀性和系统准确度检测用廉金属热电偶的校准周期为3个月，贵金属热电偶校准周期为6个月。

　　（3）温场均匀性是表征热处理炉内温度分布状态的技术指标。它与炉体的结构及耐火与保温材料等因素有关，也与加热方式等工艺参数密不可分。对该参数的要求只注重炉内温场均匀一致的程度，是一个相对的概念，并不追求温度的实际值。

　　（4）测温系统的准确度或测温精度则是表征测温系统的指示值对实际值或真值的偏离程度，因此对传感器的精度等级要求高，它与热电偶、补偿导线及仪表的精度有关。而控温精度与测温精度也不同，它是表征对工业炉窑温度波动的控制能力。例如，真空热处理炉的控温精度为（900 ±0.5）℃，表明该炉温可控制在899.5～900.5℃之间波动。

　　美国对零件热处理炉和原料热处理炉都有严格的技术要求。实践证明，只有对测温准确度严格要求，才能保证满足热处理行业对工艺温度的要求。

　　记者：先进测温技术和仪器的应用，对控制和提高产品质量至关重要。热处理、铸造、锻造生产企业如何根据企业实际情况配置相关设备，在这方面您有哪些建议？

　　宋平：在美国国家能源部、金属学会、热处理学会制定的2020年设想和远期目标——美国热处理技术发展路线图（Heat Treament Technologe-Roadmap），要求消耗减少80%，生产成本降低75%，热处理炉寿命提高10倍，热处理炉价格降低50%，热处理生产环境污染为0等。我国GB/T 9452－2003热处理炉有效加热区域测定方法参考国内外相关标准，其主要参照之一就是AMS 2750C。这就要求我们做好以下工作：

　　（1）齐全与完善资料：AMS 2750D，AMS 2750C以及美国材料和实验学会等有关热电偶方面的技术资料。

　　（2）相应的的接插件。在执行AMS 2750D时是在炉子生产停顿下进行的尽可能快的检测，这是SAT（系统准确度测试）和TUS（温度均匀性测试）测量应注意的。

　　（3）符合AMS 2750D的校准。我们可提供国家认可实验室校准的热电偶，按AMS 2750D要求，校准点间隔<140℃，将示值误差以修正值办法处理，提高系统的准确度；炉温均匀性，要求热电偶一致。

　　（4）解决耐高温铠装热电偶的材料问题。

　　记者：随着世界经济一体化进程的加快，国际元器件采购渠道的拓展，为我国测控设备生产企业同国外企业竞争创造了很好的条件。目前，在竞争中国内企业所处的地位怎样？在自主创新方面国内企业做得如何？

　　宋平：元器件采购渠道的通畅，以及特殊领域如核电站专用测温仪表等，为国内产品的设计与生产提供了极大的便利，缩小了与国外先进产品的距离，这在二次仪表方面尤为突出。目前国内测控设备生产企业所用的集成电路如放大器、数模/模数转换器、CPU、控制芯片等还是大量依靠进口。

这也在一定程度上制约了国内产品的发展。但现在一个好的迹象就是国家有关部委和集团已给予了高度的重视，并采取了相应的措施。国内通信与计算机领域的元器件发展迅速就是一个很好的佐证。

　　记者：请您展望一下热工检测与控制技术未来的发展趋势？

　　宋平：作为一名仅仅从事温度仪表设计与生产企业的科研人员，对于热工检测与控制技术未来的发展趋势，实在不敢妄下推测，但有一点我坚信，我们正努力的追赶并缩小与先进国家产品的差距。

　　目前，国家、地方政府与上级集团给予相关企业极大的支持，投入了大量的资金用于技术开发与设备改造。例如，上海自动化仪表股份有限公司从2006年到目前为止，仅核电仪表的研制费用就投入了数千万元，并取得了良好的经济效果。为此，相信通过业界的共同努力，我国的热工检测与控制技术必将获得快速发展。