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新型热电偶安装和控温方式设计
点击次数:684 发布时间:2017-09-18

  为改变现有传统热电偶安装和控温方式引起的炉内温度和气氛不均匀的问题, 需要改变原有热电偶安装方式和控温方式。 原有安装方式为热电偶在图 1 石墨料盒 4外面,而石墨料盒为了保证强度,厚度为 25 mm ,且在整个石墨盒密封良好的情况下低温阶段热量只有通过辐射和气体热传导缓慢进入产品区 5 ,这是造成低温段升温阶段炉内温度不均匀的主要原因, 因此如果要解决这个问题,必须将热电偶伸入到料盒内部测温,实测产品区 5 中产品实际温度,如图 2 ( 新型热电偶安装和控温方式)中热电偶 6 的位置由料盒外面移至料盒里面产品区内,为了保证密封需要给热电偶插入孔做一个石墨动密封装置,保证热电偶可以局部左右和轴向微小移动, 以消除热电偶和石墨盒在加热和冷却过程中热胀冷缩引起的微小位移,保证石墨料盒的整体密封性。 但是由于热电偶伸入料盒, 且密封性能良好的情况下热电偶测量的温度会严重滞后,如果采取原有控温方式则控温波动较大,曲线将会在设定值上下振荡, 在低温段测量值与设定值之间偏差为 35~50 ℃ ,根本达不到生产工艺的要求。 因此需要采用串级控温来消除热电偶由于伸入料盒后测温及控温严重滞后的影响,解决低温段控温振荡的问题。 如图 2 中内部热电偶即主控热电偶 6 作为产品区产品的主要控温热电偶,控制产品区 5 产品的实际温度达到产品设定的实际工艺温度。 而图 2 中外部热电偶 1 即辅控热电偶作为产品区的辅助控温热电偶, 主要起到消除主控热电偶由于伸入料盒产生的温度严重滞后的影响。

通过主控温热电偶插入料盒, 辅助控温热电偶仍然安装在加热区, 内外串级控制的方法不仅能解决低温温度不均匀的问题, 同时还能解决测温控温严重滞后的问题。 如图 3 ( 串级控温系统图)所示 , 产品区热电偶 T1 检测的温度信号反馈至主温度控制器 T1C , 加热区热电偶 T2检测的温度信号反馈至辅助温度控制器 T2C , T1C 根据工艺设定值及产品区热电偶 T1 的反馈值控制输出信号作为辅助温度控制器 T1C 的设定值, 而加热区热电偶 T1 检测的温度信号作为 T2C 控制器的反馈值,zui终 T2C 辅助温度


控制器的输出信号作为调功器和变压器的执行信号。 通过这个料盒内外串级控温的控温方式解决了控温严重滞后及温度波动大的问题。 zui终串级控温在低温段( 室温 ~600 ℃ )的控温精度达到了 ±2 ℃ ,远远好于没有采用串级控温的控温精度 35~50 ℃ 。
同时通过采用这种热电偶安装和检测方式以及串级控温方式 , 同样也是 500 型压力烧结炉 , 在低温段( 室温 ~600 ℃ )升温过程中,以温度点 265 ℃ 升温段结束为例,使用软体 9 支热电偶分布在图 2 料盒内产品区 5 的不同位置的 9 个点, 检测图 2 产品区 5 内 9 个点的温度, 9 个点的温度极差为 15.9 ℃ , 且产品区 5 的zui低温度与工艺设定温度,

即图 2 外面热电偶 1 的温度相差 30.1 ℃ , 这种内外温度差异和内部各个点温度差异在保温 30 min 以后就缩小到图2 产品区 5 温度与工艺设定温度, 即与图 2 外部热电偶 1 温度相差 12.8 ℃ ,而图 2 产品区 5 内各个点温度极差为 9.4 ℃( 如表 3 所示)。
同时在高温段,同样 500 型低压烧结炉采用高温测温陶瓷环测量,图 2 产品区 5 内 27 个点温度相差 9 ℃ ( 如表 4 所示)。 因此新型热电偶安装和控温方式无论是低温段图 2产品区 5 内各个点的温度均匀性,还是高温均匀性,以及图 2 产品区 5 内温度与工艺设定温度差值, 相对于传统热电偶安装和控温方式都有非常大的性能改善。
该种热电偶安装和控温方式经实际烧结硬质合金产品,测试产品 ZK10UF 钴磁( 受炉子低温均匀性影响)和磁力( 受炉子高温均匀性影响)均匀性极差分别为 0.05% 和0.64 kA/m ,大大改善了产品钴磁和磁力均匀性,该技术突破了市场上现有硬质合金压力烧结炉温度均匀性指标,在温度均匀性指标上超过同类进口设备技术水平。

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