熱壓罐設(shè)備溫度檢測(cè)端口的改造
發(fā)布日期：2016-03-04 來(lái)源：作者:繆理清 上海飛機(jī)制造有限公司
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隨著復(fù)合材料在航空器的零部件用量和復(fù)雜程度均有了極大的提升，作為復(fù)合材料零部件生產(chǎn)線(xiàn)中固化工序的熱壓罐設(shè)備也逐步體現(xiàn)出其重要性。熱壓罐作為爐窯設(shè)備之一，運(yùn)行中需要根據(jù)生產(chǎn)工藝要求對(duì)罐內(nèi)溫度進(jìn)行定期檢測(cè)。本文將闡述對(duì)熱壓罐設(shè)備溫度檢測(cè)端口進(jìn)行符合國(guó)內(nèi)工藝要求的適應(yīng)性改造。
一、設(shè)備基本信息
熱壓罐設(shè)備是典型的爐窯設(shè)備和壓力容器的組合，本設(shè)備加熱狀況下在罐內(nèi)形成直徑1m、長(zhǎng)度2m、最高工作溫度250℃，均勻性±2℃、氣壓1.5Mpa、袋內(nèi)真空度-0.097Mpa的圓柱形加熱區(qū)域。
二、原設(shè)備存在的問(wèn)題
熱壓罐內(nèi)支架上分布9個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)溫點(diǎn)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶線(xiàn)連接到罐體內(nèi)壁的快卸接口，罐體內(nèi)壁的快卸接口通過(guò)連接部件和密封元件與罐體外壁的快卸接口相連接。罐體外壁的快卸接口直接連接入控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集A/D接口（見(jiàn)如圖1）。
設(shè)備采取此類(lèi)設(shè)計(jì)是基于原產(chǎn)國(guó)熱處理行業(yè)的的工藝文件（AMS2750“D”）未限定設(shè)備制造廠家不得使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行溫度檢測(cè)通道的本身誤差修正。也就是說(shuō)可以采取如下的測(cè)溫通道誤差補(bǔ)償方法：將9股不同的熱電偶線(xiàn)捆扎在同一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，觀察在各個(gè)預(yù)設(shè)測(cè)溫點(diǎn)讀數(shù)差別作為通道本身誤差，次誤差值用于后續(xù)實(shí)際測(cè)溫時(shí)的修正補(bǔ)償。但是根據(jù)國(guó)內(nèi)本行業(yè)的熱工工藝文件（GB、GB/T）要求，溫度均勻性檢測(cè)需要采用經(jīng)過(guò)計(jì)量受控的獨(dú)立的溫度記錄儀（本公司使用Agilent 34970A）進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的記錄和實(shí)時(shí)打印，且溫度均勻性總誤差包括了溫度檢測(cè)端口通道本身的誤差。
三、改造方案
1、改造方案制定時(shí)需考慮的因素
（1）測(cè)溫?zé)犭娕既]環(huán)的通路和整體功能仍應(yīng)完整可靠。因?yàn)榭刂朴?jì)算機(jī)不僅對(duì)9路熱電偶的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，還需要在PLC內(nèi)設(shè)置高溫?zé)犭娕糎IGH-TC和低溫?zé)犭娕糒OW-TC作為加大/降低不同位置加熱單元的控制信號(hào)。
（2）罐體內(nèi)另有一路獨(dú)立的超溫?zé)犭娕迹撀窡犭娕荚跍y(cè)溫?zé)犭娕季o鄰位置一并貫穿罐體并連入控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集A/D接口，且該路超溫?zé)犭娕计鹬瑴貓?bào)警和降低加熱功率的安全監(jiān)測(cè)功能，所以不能簡(jiǎn)單地在A/D接口處將它與罐體外壁的快卸接口的連接線(xiàn)路打斷。
2、改造的主要內(nèi)容
綜合分析有關(guān)的影響因素后，將改造的重點(diǎn)放在罐體內(nèi)壁和外壁的熱電偶快卸接口和連接部件。此項(xiàng)改造需要完成：
（1）罐體外壁接口處需要增設(shè)旁通（僅需三通）標(biāo)準(zhǔn)接口，供獨(dú)立的溫度記錄儀連接；
（2）罐體內(nèi)壁和外壁接口間的結(jié)構(gòu)需要修改機(jī)械結(jié)構(gòu)（設(shè)計(jì)和材料）以減少通道本身的誤差。
針對(duì)第一項(xiàng)內(nèi)容，根據(jù)電子信號(hào)數(shù)據(jù)采集原理，僅需將符合機(jī)械接口標(biāo)準(zhǔn)的“一”字型直通金屬扣替換為“T”字型三通金屬扣即可完成。
針對(duì)第二項(xiàng)內(nèi)容，經(jīng)打開(kāi)罐內(nèi)外熱電偶快卸接口連接部件（原設(shè)計(jì)接口如圖2）后分析發(fā)現(xiàn)，通道誤差與熱電偶線(xiàn)基本無(wú)關(guān)，而來(lái)自于接口處金屬本身：原設(shè)計(jì)中接口處金屬內(nèi)端連接熱電偶插頭，外端在保溫棉的包裹下連接罐體外壁熱電偶接口的向內(nèi)延伸部分，因?yàn)楦鱾�(gè)接口金屬的受熱狀況不同而且保溫棉包裹的密實(shí)程度也不同，這就造成了通道之間的差額主要體現(xiàn)在金屬不均導(dǎo)熱后造成的不同程度的電阻值增大。
四、實(shí)施及效果
1、實(shí)施
按改造方案，實(shí)施如下改造作業(yè)：
（1）拆卸現(xiàn)有接口（含插座）；
（2）將保溫棉厚度從8cm挖薄到4cm并壓實(shí)（此厚度可以確保仍有足量保溫棉覆蓋確保保溫效果，但可以將接口主要金屬部分露置于加熱空氣中）；
（3）插座面板金屬框除邊框和固定插座的部分之外全部挖穿，并制作正方形框架（見(jiàn)圖3）。
（4）重新安裝接口（含插座）。
2、效果
（1）改造前
改造前，通過(guò)在控制計(jì)算機(jī)端進(jìn)行補(bǔ)償誤差歸零、捆扎到一點(diǎn)實(shí)測(cè)通道誤差和正常加熱測(cè)溫的方式，形成如下的溫度誤差（通道誤差）數(shù)據(jù)表：
從上表可知，通道誤差隨溫度增長(zhǎng)呈現(xiàn)隨機(jī)分布，這就對(duì)溫度檢測(cè)誤差形成了不確定的正增幅和負(fù)減幅，造成總誤差超差。
（2）改造后
改造實(shí)施完成后，進(jìn)行相同步驟的溫度測(cè)試，形成如下的溫度誤差（通道誤差）數(shù)據(jù)表：
從上表可知，所有通道接口誤差均在≤±0.5℃以?xún)?nèi)，相對(duì)于改造前已經(jīng)逼近溫度均勻性上限的≤±1.8℃有了很大的降低，同時(shí)溫度均勻性誤差仍保持≤±2℃，總體而言，改造效果良好。
四、總結(jié)和推廣
本設(shè)備通過(guò)上述替換三通金屬扣以連接獨(dú)立溫度記錄儀和改造檢測(cè)端口內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方式，實(shí)現(xiàn)了國(guó)外進(jìn)口熱壓罐在溫度檢測(cè)方面對(duì)國(guó)內(nèi)熱工工藝的適應(yīng)性改造，效果總體良好，可推廣至有類(lèi)似結(jié)構(gòu)的爐窯設(shè)備，將為零件生產(chǎn)線(xiàn)中熱處理工序設(shè)備的技術(shù)管理工作起到推動(dòng)作用。
