一、修訂背景
在JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范修訂之前，廉金屬熱電偶(以下簡稱“熱電偶”)的檢測依據(jù)是JJG351-1996工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程。
為什么工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程要修訂為JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范?
1、2010年后，我國頒布實(shí)施了GB/T 16701-2010《貴金屬、廉金屬熱電偶絲熱電動(dòng)勢測量方法》、GB/T30429-2013《工業(yè)熱電偶》等國家標(biāo)準(zhǔn)，在相關(guān)內(nèi)容上發(fā)生了變化。
2、1997年我國頒布實(shí)施的“規(guī)程”中，已有一些內(nèi)容不適合現(xiàn)今的熱電偶檢測工作。其中恒溫設(shè)備(管式爐)在滿載檢測時(shí)，爐內(nèi)均勻溫場的溫差，實(shí)際上達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)和原“檢定規(guī)程”的要求，無法解決管式爐溫場帶來的影響，亟須提高熱電偶整套裝置的測量能力。
3、長期使用的熱電偶由于熱電極晶格發(fā)生變化，引起均勻性的改變。那么原JJG351-1996工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程對(duì)新制的和使用中的熱電偶用同一個(gè)允差判定原則，來判定合格與否是不完全合理的。
4、檢測時(shí)，熱電偶插入管式爐的深度約300mm，與現(xiàn)場使用時(shí)插入測溫區(qū)深度不一致。
5、隨著科技的發(fā)展，很多現(xiàn)場使用計(jì)算機(jī)軟件程序或智能溫控儀，對(duì)經(jīng)過檢測的熱電偶不定級(jí)別進(jìn)行修正后，仍在現(xiàn)場使用。基于上述原因，我院申請(qǐng)將JJG351-1996工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程修訂為JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范。
二、修訂過程
根據(jù)國家質(zhì)檢總局質(zhì)檢辦量函[2014]79號(hào)文件，受全國溫度計(jì)量技術(shù)委員會(huì)委托，由遼寧省計(jì)量科學(xué)研究院負(fù)責(zé)起草，國防科技工業(yè)第一計(jì)量測試研究中心等參加起草，經(jīng)過調(diào)研、試驗(yàn)、形成初稿、征求意見、審定、報(bào)批等環(huán)節(jié)，完成JJG351-1996工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程的修訂，修訂后的JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范于2017年9月26日由國家質(zhì)檢總局發(fā)布，并自2018年3月26日起實(shí)施。
三、主要內(nèi)容與恒溫設(shè)備技術(shù)指標(biāo)的說明
1、范圍
在JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定了被校熱電偶長度，從測量端算起不小于500mm。在起草過程中，起草小組對(duì)多支不同長度的熱電偶，在不同校準(zhǔn)溫度點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)。其中，熱電偶長度為400mm示值的變差(校準(zhǔn)點(diǎn)800℃，與長度為750mm的示值比較)最大為-1.84℃，變差較大。長度不小于500mm示值的變差相對(duì)小(最大為-0.3℃)。所以，在JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定對(duì)被校熱電偶長度不小于500mm。
2、計(jì)量特性
熱電偶的熱電動(dòng)勢和溫度示值偏差等內(nèi)容：
①熱電偶的熱電動(dòng)勢表征其熱電特性。
②熱電偶的溫度示值偏差JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范提供了1級(jí)、2級(jí)熱電偶允許偏差范圍(見規(guī)范表1)。有些熱電偶熱電極信號(hào)輸出端需接補(bǔ)償導(dǎo)線，在被校熱電偶熱電動(dòng)勢計(jì)算公式中增加了補(bǔ)償導(dǎo)線修正值這個(gè)參數(shù)(見規(guī)范7.4.1)。
③增加了標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)作測量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，被校熱電偶熱電動(dòng)勢和溫度示值偏差計(jì)算公式。
④JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范中為什么新制熱電偶校準(zhǔn)前不進(jìn)行退火？在熱電偶的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定新制熱電偶退火后再進(jìn)行示值的校準(zhǔn)。針對(duì)這個(gè)問題，起草小組選取了不同型號(hào)熱電偶，在不同的校準(zhǔn)溫度點(diǎn)進(jìn)行了退火前、后(一次、二次退火)示值的大量試驗(yàn)，無論是第一次還是第二次退火后的示值與退火前的示值比較，最大變差約為允差絕對(duì)值的十分之一。試驗(yàn)結(jié)果表明，如果偶絲材料出廠前能充分退火，新制熱電偶退火與否對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果影響不大。所以JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范略去新制熱電偶校準(zhǔn)前的退火工作。
3、廉金屬熱電偶校準(zhǔn)條件
①環(huán)境條件
JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范要求電測設(shè)備工作的環(huán)境應(yīng)符合其相應(yīng)規(guī)定的要求；恒溫設(shè)備的環(huán)境應(yīng)無氣流擾動(dòng)。
②恒溫設(shè)備
在JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范中300℃以上恒溫設(shè)備(管式爐)應(yīng)配置均溫塊，這是來源于管式爐放置“杯式”金屬材料均溫塊的試驗(yàn)結(jié)果。這方面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，已形成試驗(yàn)報(bào)告上報(bào)原國家質(zhì)檢總局。
為使最高均勻溫場滿足熱電偶校準(zhǔn)的要求，起草小組設(shè)計(jì)了如圖1所示的杯式金屬均溫塊。經(jīng)過大量試驗(yàn)得出的管式爐配均溫塊的指標(biāo)見JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范表3。校準(zhǔn)時(shí)，將均溫塊幾何中心放在管式爐幾何中心的位置上(管式爐空載時(shí)，最高均勻溫場的指標(biāo)至少滿足JJG351-1996工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程要求)。
圖1 杯式均溫塊放置在管式爐爐內(nèi)的位置示意圖
4、廉金屬熱電偶校準(zhǔn)方法
①熱電偶的熱電動(dòng)勢校準(zhǔn)
盡管熱電偶的測量范圍較寬，但受限于測量標(biāo)準(zhǔn)和恒溫設(shè)備。所以，分溫區(qū)進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)熱電偶采用比較法，根據(jù)熱電極直徑選擇至少3個(gè)校準(zhǔn)溫度點(diǎn)。校準(zhǔn)時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和被校熱電偶的參考端與銅導(dǎo)線的一端連接，置入裝有酒精或變壓器油的玻璃試管內(nèi)，再均勻地插入?yún)⒖级撕銣仄鲀?nèi)。如果被校熱電偶電極信號(hào)輸出端無法插入?yún)⒖级撕銣仄鲀?nèi)，可用補(bǔ)償導(dǎo)線的一端與其連接，另一端與銅導(dǎo)線連接后，置入裝有酒精或變壓器油的玻璃試管內(nèi)，再插入?yún)⒖级撕銣仄鲀?nèi)，插入深度均不小于150mm。銅導(dǎo)線的另一端通過轉(zhuǎn)換開關(guān)與電測儀器連接。
②300℃以下溫區(qū)熱電偶的插入深度
JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定校準(zhǔn)300℃以下溫區(qū)熱電偶時(shí)，測量標(biāo)準(zhǔn)和被校熱電偶插入標(biāo)準(zhǔn)恒溫設(shè)備的深度不應(yīng)小于200mm。
③標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)(原二等)浸入深度對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響
用標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)作測量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，浸入其上限或下限對(duì)熱電偶(長750mm和500mm)校準(zhǔn)結(jié)果的影響不大。這部分和條款②的試驗(yàn)在制定JJF1262-2010《鎧裝熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》時(shí)已經(jīng)做過，本規(guī)范直接采納。
④300℃以上溫區(qū)熱電偶的插入深度
標(biāo)準(zhǔn)熱電偶套上高鋁保護(hù)管和被校熱電偶捆扎成束，插入管式爐杯式均溫塊中，測量端與孔底部接觸，這樣熱電偶束插入深度約330mm。
修訂后的JJF1637-2017有三個(gè)重點(diǎn)突破：一是新制的熱電偶校準(zhǔn)前不進(jìn)行退火；二是300℃以下溫區(qū)測量標(biāo)準(zhǔn)和被校熱電偶插入深度200mm；三是采用管式熱電偶檢定爐放置杯式均溫塊，提高了徑向溫場和軸向溫場的技術(shù)指標(biāo)。本著科學(xué)、合理、可操作性強(qiáng)的原則，在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上科學(xué)地確定測量標(biāo)準(zhǔn)、配套設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)，使JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范具有前瞻性，不至于使檢測機(jī)構(gòu)大范圍地更換配套設(shè)備，既符合國情、滿足量值溯源要求，又與國際接軌。
作者：侯素蘭、王浩、高福生、徐霄峰
