一、测量前准备
- 工具选择
- 多通道温度记录仪：支持同时连接多个温度探头，实时记录数据（如Fluke 2638A）。
- 热电偶或热电阻：K型或J型热电偶（量程覆盖炉温范围，精度±0.5℃以内），或PT100铂电阻温度传感器。
- 绝缘支架：固定探头位置，避免直接接触炉壁或加热元件。
- 校准证书：确保所有传感器已校准且在有效期内。
- 炉体状态
- 空炉运行：炉内无样品，避免样品吸热或放热干扰。
- 稳定预热：设定目标温度后，运行至少2小时至温度稳定（或按设备说明书要求）。
- 门封检查：确认炉门密封良好，减少热量泄漏。
- 测量点布局
- 三维布点法：根据炉腔尺寸划分网格，覆盖上、中、下、前、后、左、右及中心区域。
- 小型炉（<50L）：至少5个点（中心+四角）。
- 中型炉（50-200L）：9-12个点（中心+三层×四角）。
- 大型炉（>200L）：16个点以上（增加层数和边缘点）。
- 关键区域：若用于特定工艺（如淬火），需在工件放置区加密布点。
二、测量步骤
- 探头安装
- 将热电偶或热电阻固定在绝缘支架上，确保探头悬空且不接触炉壁、加热元件或样品架。
- 探头插入深度需一致（如距炉底1/3高度），避免位置偏差影响结果。
- 数据采集
- 连接温度记录仪，设置采样间隔（如每30秒记录一次）。
- 启动炉温控制，记录从升温至稳定阶段的全过程数据（或仅记录稳定阶段数据，根据标准要求）。
- 稳定阶段判断
- 连续30分钟内，所有测量点温度波动≤±2℃（或按设备标准，如±1℃/30min）。
- 记录稳定阶段各点温度值。
三、均匀度计算与分析
- 计算温差
ΔTmax=Tmax−Tmin
- 平均温差（ΔT_avg）：各点温度与中心点温度偏差的绝对值平均值（可选）。
- 均匀度判定
- 合格标准：根据行业标准或工艺要求（如ASTM E145、GB/T 9452）：
- 一般工业炉：ΔT_max ≤ ±10℃（高温炉）或 ±5℃（中温炉）。
- 精密热处理炉：ΔT_max ≤ ±3℃。
- 实验室用炉：ΔT_max ≤ ±1℃（高精度需求）。
- 超差处理：若均匀度不达标，需检查加热元件分布、风道设计或温控系统。
四、优化均匀度的措施
- 硬件改进
- 加热元件布局：采用分区控制或环绕式加热，减少局部过热。
- 循环风扇：增加强制对流，促进温度均匀（尤其适用于空气循环炉）。
- 隔热层：检查炉壁隔热材料是否老化，减少热量泄漏。
- 操作优化
- 装载量：避免炉内过载或样品摆放过密，影响气流。
- 开门时间：减少频繁开关门导致的温度波动。
- 预热程序：采用阶梯升温，逐步接近目标温度。
- 温控系统校准
- 重新校准温度传感器（如热电偶位置偏移或老化）。
- 调整PID参数，优化控温响应速度。
五、注意事项
- 安全防护
- 佩戴高温手套和护目镜，避免烫伤。
- 确保探头线缆远离加热元件，防止熔断。
- 数据记录
- 保存原始数据及分析报告，标注测量日期、炉温、布点图等信息。
- 对比不同批次测量结果，追踪设备性能变化。
- 合规性
- 符合ISO 9001（质量管理体系）或NADCAP（航空航天热处理认证）要求。
- 定期由第三方计量机构校准设备（如每年一次）。
六、案例分析
场景：某实验室箱式电阻炉（80L）用于金属淬火，需满足ΔT_max ≤ ±5℃。
测量结果：稳定阶段中心温度750℃，左上角742℃，右下角748℃，ΔT_max=8℃（超差）。
原因分析：
- 加热元件老化，右侧功率下降。
- 循环风扇转速不足，底部气流不畅。
改进措施：
- 更换右侧加热元件。
- 清洗风扇并调整转速至设计值。
- 复测后ΔT_max=3℃，满足要求。
通过系统化的测量与优化，可显著提升箱式电阻炉的温度均匀度，确保实验结果的重复性和工艺稳定性。
