一种电阻炉寿命预测方法及设备

技术领域

本发明涉及电阻炉技术领域，特别是涉及一种电阻炉寿命预测方法及设备。

背景技术

电阻炉是通过炉内金属电热元件将电能转化为热能从而对工件或物料进行加热，在长期高温加热后，长时间的大电流、高温，电阻丝易发生氧化，导致电热元件外层氧化层脱落，电热元件直径减少，然后再次氧化脱落，如此循环，最后造成电热元件氧化熔断现象，使得出现停炉、物料损失等问题。

目前为了解决上述问题，通常会对电热元件的氧化情况进行检测，以预测电阻炉的使用寿命。其中，较为准确的预测方法为从电阻炉内截取一截电热元件，对其材料组成成分进行分析对比，通常当电热元件截面氧化率达20％时为预期使用寿命，但是上述方法会造成电阻炉的损坏、且检测过程繁琐，不易在生产上使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有技术预测电阻炉寿命的方式会造成电阻炉的损坏、且检测过程繁琐，不易在生产上使用。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电阻炉寿命预测方法，包括如下步骤：

当电阻炉加热至预设目标温度时，获取所述电阻炉的第一时间段内的温度跳动以及电压跳动情况；

对所述温度跳动以及电压跳动情况进行分析确定所述电阻炉的状态；若所述电阻炉处于稳态，则每隔第二时间段获取一次所述电阻炉的第一状态数据，并根据获得的多组所述第一状态数据计算得出初始电阻；

每隔第三时间段获取一次所述电阻炉的第二状态数据，并对获得的多组所述第二状态数据进行处理过滤，以得到多组实际电阻；

根据多组所述实际电阻以及测得所述实际电阻对应的时间，利用最小二乘法拟合直线分析确定下一周期内的实际电阻，若下一周期内的实际电阻超过预设值，则报警。

在一些实施例中，对所述温度跳动以及电压跳动情况进行分析确定所述电阻炉的状态包括：

对所述第一时间段内的所述电阻炉的温度跳动以及电压跳动情况进行分析；

若所述电阻炉的温度跳动不超过1％，电压跳动不超过10％，则确定所述电阻炉处于稳态；反之，则所述电阻炉处于非稳态，此时重新获取第一时间段内所述电阻炉的温度跳动以及电压跳动情况。

在一些实施例中，若所述电阻炉处于稳态，则每隔第二时间段获取一次所述电阻炉的第一状态数据，并根据多组所述第一状态数据计算得出初始电阻包括：

若所述电阻炉处于稳态，则每隔第二时间段获取一次所述电阻炉处于第一温度下的电流与电压，并计算出第一电阻；

将所述第一电阻与所述第一温度定义为第一组合数据，将获得的多组所述第一组合数据进行存储，并根据多组所述第一组合数据计算得出初始电阻。

在一些实施例中，每隔所述第三时间段获取一次所述电阻炉的第二状态数据，并对多组所述第二状态数据进行处理过滤，以得到多组实际电阻包括：

每隔所述第三时间段获取一次处于第二温度下的所述电阻炉的电压与电流，并计算出第二电阻；

将所述第二电阻与所述第二温度定义为第二组合数据，以获得多组所述第二组合数据；

对多组所述第二组合数据进行过滤，以得到多组实际电阻并进行存储。

在一些实施例中，对多组所述第二组合数据进行过滤，以得到多组实际电阻并进行存储还包括：

获取第三时间段内的电阻炉的温度跳动以及电压跳动情况；

若温度跳动超过1％，则确定电压跳动情况；反之，重新获取第一时间段内电阻炉的温度跳动以及电压跳动情况；

若电压跳动不超过10％，则确定所述电阻炉处于稳态；反之，则所述电阻炉处于非稳态，重新获取第一时间段内电阻炉的温度跳动以及电压跳动情况；

将所述电阻炉处于非稳态的所述第二组合数据过滤，将处于稳态的所述第二组合数据进行存储。

在一些实施例中，根据多组所述实际电阻以及测得所述实际电阻对应的时间，利用最小二乘法拟合直线分析确定下一周期内的实际电阻包括：

构建坐标系；

根据实际电阻以及测得对应所述实际电阻的时间绘制坐标点，利用最小二乘法将多个所述坐标点拟合出直线，以得到直线方程；所述直线方程为y＝mx+b；其中，y是实际电阻，x是测得对应所述实际电阻的时间，m是斜率，b是截距；

根据所述直线方程分析确定下一周期内的实际电阻。

在一些实施例中，当所述电阻炉的电热合金为悬挂式时，所述预设值为所述初始电阻的1.25倍；

当所述电阻炉的电热合金为嵌入式时，所述预设值为所述初始电阻的1.18倍。

在一些实施例中，利用最小二乘法拟合直线分析确定下一周期内的实际电阻，若下一周期内的实际电阻超过预设值，则报警还包括：

若分析确定的下一周期内的实际电阻超过预设值，则实时获取实际使用时的第三电阻，若所述第三电阻大于或等于预设值，则报警；若所述第三电阻小于所述预设值，则重新获取第二状态数据。

在一些实施例中，还包括：

获取所述电阻炉损坏时的最终使用电阻，并对所述最终使用电阻以及所述初始电阻进行处理，得到新的预设值。

本发明还提供了一种电阻炉寿命预测设备，采用如上述所述的电阻炉寿命预测方法预测电阻炉的使用寿命，所述电阻炉寿命预测设备包括电压检测传感器、电流检测传感器、功率控制器、温控器、温度检测器、处理系统以及显示屏；

所述功率控制器与所述电阻炉连接，以控制电阻炉加热；

所述电压检测传感器与电阻炉的金属电热元件连接，以获取所述电阻炉的电压；

所述电流检测传感器与电阻炉的金属电热元件连接，以获取所述电阻炉的电流；

所述温度检测器与所述电阻炉连接，以获取所述电阻炉的温度；

所述温控器与所述功率控制器以及温度检测器连接，以控制所述电阻炉的温度；

所述处理系统与所述电压检测传感器、电流检测传感器、功率控制器、温控器、温度检测器以及所述显示屏连接，以处理并存储所述电阻炉的对应的数据。

本发明实施例一种电阻炉寿命预测方法与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明实施例通过将电阻炉加热至预设目标温度后，获取电阻炉在第一时间段内的温度跳动以及电压跳动情况，并对温度跳动以及电压跳动情况进行分析确定电阻炉的状态，若电阻炉处于稳态时，每隔第二时间段获取一次电阻炉的第一状态数据，并根据多组第一状态数据计算出初始电阻；而后每隔第三时间段获取一次电阻炉的第二状态数据，并对多组第二状态数据进行处理过滤，以得到多组实际电阻；最后根据多组实际电阻以及测得实际电阻对应的时间，利用最小二乘法拟合直线分析确定下一周期内的实际电阻，若下一周期内的实际电阻超过预设值，则报警。本发明提供的电阻炉寿命预测方法相比过往手动测量炉体电阻的方式，一致性较好，无需有专业背景知识的人即可得出炉体使用寿命。相比截取电热炉丝，使用显微镜观察测量外层氧化膜、横截面等方法而言，无需破坏电热合金，即可得出寿命预测，不会造成电阻炉的损坏、且检测过程简单，易在生产上使用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电阻炉寿命预测方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的电阻炉寿命预测方法的第一子流程示意图；

图3是本发明实施例提供的电阻炉寿命预测方法的第二子流程示意图；

图4是本发明实施例提供的电阻炉寿命预测方法的第三子流程示意图；

图5是本发明实施例提供的电阻炉寿命预测方法的第四子流程示意图；

图6是本发明实施例提供的电阻炉寿命预测设备的模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图6所示，本发明提供了一种电阻炉寿命预测设备，用于对电阻炉进行使用寿命的预测，该电阻炉寿命预测设备包括电压检测传感器、电流检测传感器、功率控制器、温控器、温度检测器、处理系统以及显示屏；功率控制器与电阻炉连接，以控制电阻炉加热；电压检测传感器与电阻炉的金属电热元件连接，以获取电阻炉的电压；电流检测传感器与电阻炉的金属电热元件连接，以获取电阻炉的电流；温度检测器与电阻炉连接，以获取电阻炉的温度；温控器分别与功率控制器以及温度检测器连接，以控制电阻炉的温度；处理系统与电压检测传感器、电流检测传感器、功率控制器、温控器、温度检测器以及显示屏连接，以处理并存储电阻炉的对应的数据。可以理解地，在电阻炉上设置有温度传感器，用于检测电阻炉的温度，且温度传感器与温度检测器连接，以便温度检测器获取电阻炉的温度。

需要说明的是，本实施例中的处理系统为可编程控制器PLC或PC工控机；电压检测传感器可为霍尔电压传感器；电流检测传感器可为霍尔电流传感器；功率控制器可为可控硅、固态继电器或四川库伦功率调节器；温控器可为宇电P ID温控器。显示屏可为威纶通触摸屏或显示器。

电阻炉的电热合金与保温材料存在两种配合方式，一种为悬挂式，即电热合金不与保温材料接触或极少接触，通过陶瓷螺栓螺母等固定材料，将电热合金固定悬挂于炉内；一种为嵌入式，即电热合金与保温材料大部分接触，通过真空技术，嵌入陶瓷纤维内。

如图1所示，本发明提供了一种电阻炉寿命预测方法，上述电阻炉寿命预测设备通过该电阻炉寿命预测方法预测电阻炉的使用寿命。具体地，该电阻炉寿命预测方法包括如下步骤：

S110、当电阻炉加热至预设目标温度时，获取电阻炉的第一时间段内的温度跳动以及电压跳动情况；

在该步骤中，当电阻炉加热到预设目标温度后，等待第一时间段，获取该段时间内电阻炉的温度跳动以及电压跳动情况，该第一时间段可以为30秒、1分钟、2分钟或3分钟等；优选地，第一时间段为1分钟。

S120、对温度跳动以及电压跳动情况进行分析确定电阻炉的状态；若电阻炉处于稳态，则每隔第二时间段获取一次电阻炉的第一状态数据，并根据获得的多组第一状态数据计算得出初始电阻；

在该步骤中，通过对电阻炉的温度跳动以及电压跳动情况进行分析来确定电阻炉的状态；可以理解地，电阻炉具有两种状态，即为稳态与非稳态，当电阻炉达到稳态后，所测得的电阻炉的电阻数据也更为准确，也便后续进行预测的结果更为精准。

S130、每隔第三时间段获取一次电阻炉的第二状态数据，并对获得的多组第二状态数据进行处理过滤，以得到多组实际电阻；

在该步骤中，需要对多组第二组合数据进行过滤，以将不符合条件的数据剔除，确保后续测算结果的准确性。

S140、根据多组实际电阻以及测得实际电阻对应的时间，利用最小二乘法拟合直线分析确定下一周期内的实际电阻，若下一周期内的实际电阻超过预设值，则报警。

在该步骤中，横坐标为测得实际电阻对应的时间，纵坐标为实际电阻，使用最小二乘法拟合出直线分析确定下一个工作周期内的实际电阻，若实际电阻超过预设值，则进行报警，以此来实现对电阻炉的使用寿命进行预测。

基于上述方法，本实施例提供的电阻炉寿命预测方法相比过往手动测量炉体电阻的方式，一致性较好，无需有专业背景知识的人即可得出炉体使用寿命。相比截取电热炉丝，使用显微镜观察测量外层氧化膜、横截面等方法而言，无需破坏电热合金，即可得出寿命预测，不会造成电阻炉的损坏、且检测过程简单，易在生产上使用。

需要说明的是，在步骤S110之前，可以在显示屏上选择金属电热元件固定方式、分别对为“悬挂式”、“嵌入式”，以根据不同的固定方式，进行不同的数据分析。

可以理解地，在步骤S110之前还包括：

S100、获取预设目标温度，并将电阻炉加热至预设目标温度；

该步骤中，根据实际需要设定预设目标温度，而后采用功率控制器控制电阻炉开始加热，并加热到预设目标温度，以便进行后续的工作。可以理解地，本实施例中还可以设置允许温度偏差值，以减低温度波动导致的数据误差，使得温度在预设目标温度的允许温度偏差值的范围内时，即可达到要求。此外，还可以设置加热预设时间，通过在加热预设时间内将电阻炉加热至预设目标温度，以满足在所需时间内加热到所需温度的需求。

在一些实施例中，当电阻炉的电热合金为悬挂式时，预设值为初始电阻的1.25倍；当电阻炉的电热合金为嵌入式时，预设值为初始电阻的1.18倍。

可以理解地，电阻炉的电热合金为嵌入式时，被保温材料包围的电热合金约占总体积的百分之七十，该部分的温度比暴露在空气中电热合金温度要高上50～100摄氏度，大部分故障都发生在保温材料包围的电热合金中。故而，在使用嵌入式电热合金的电阻炉时，需要将系数由1.25倍改为1.18倍。

如图2所示，在一些实施例中，对温度跳动以及电压跳动情况进行分析确定电阻炉的状态包括：

S121、对第一时间段内的电阻炉的温度跳动以及电压跳动情分别进行分析；

该步骤中，主要通过对电阻炉的温度跳动以及电压跳动情况进行分析比对，以确定此时的电阻炉处于何种状态，以便确定后续进行的工作处理流程。

S122、若第一时间段内，电阻炉的温度跳动不超过1％，电压跳动不超过10％，则此时电阻炉处于稳态；反之，则电阻炉处于非稳态，此时重新获取第一时间段内电阻炉的温度跳动以及电压跳动情况。

可以理解地，当电阻炉处于稳态时，其温度跳动以及电压跳动波动幅度是趋于较为平缓的状态，也即是本实施例中提及的电阻炉的温度跳动不超过1％，电压跳动不超过10％。而该步骤中的电阻炉的温度跳动不超过1％，可以理解为，温度的波动范围仅占它们的整体数值的1％之内。同理，电压跳动不超过10％，可以理解为，电压的波动范围仅占它们的整体数值的10％之内。也就是说，温度和电压的变化是相对较小且不会引起系统性能的明显变化，此时系统的稳态状态是相对稳定的，并且电压和温度的变化在可接受范围内。优选地，电阻炉的温度跳动不超过0.5％。

当电阻炉处于非稳态时，需要重新进行步骤S110中的获取第一时间段内电阻炉的温度跳动以及电压跳动情况，直至电阻炉处于稳态时，再进入后续步骤。

在一些实施例中，若电阻炉处于稳态时，每隔第二时间段获取一次电阻炉的第一状态数据，并根据多组第一状态数据计算得出初始电阻包括：

S123、若电阻炉处于稳态，则每隔第二时间段获取一次电阻炉处于第一温度下的电流与电压，并计算出第一电阻；

该步骤中，当电阻炉达到稳态后，每隔第二时间段，通过电压检测传感器、电流检测传感器得出电阻炉的电压、电流，通过欧姆定律，计算第一电阻。本实施例中，第二时间段可以为5秒、10秒、15秒或者20秒等；优选地，第二时间段为10秒。可以理解地，本实施例中的第一状态数据包括第一温度以及此时的电阻炉的电压和电流。

需要说明的是，本实施例中的第一温度为测得该电阻炉的第一电阻时的温度。

S124、将第一电阻与第一温度定义为第一组合数据，将获得多组第一组合数据进行存储，根据多组第一组合数据计算得出初始电阻。

在该步骤中，得出第一电阻后，与当时电阻炉内的温度(即第一温度)定义为第一组合数据，进行储存。本实施例中一次循环可以测得10组、20组或30组第一组合数据，并对获得的多组数据进行存储计算，以得到当前温度下的初始电阻。可以理解地，一次循环指的是完成一次步骤S120。

需要说明的是，该步骤中的当前温度可以理解为多组第一组合数据得到的平均温度值或者测得最后一组第一组合数据后的温度。

在一些实施例中，根据多组第一组合数据计算得出初始电阻包括：

去除多组第一组合数据中的第一电阻的最大值以及最小值，计算得出多组第一电阻的平均值，以该平均值作为初始电阻。

本实施例中通过去除多组数据的最大值和最小值，可以排除因为异常值或者误差引起的偏差，得到一组更加稳定和可靠的数据；然后计算平均值可以更好地代表这组数据的特征，减少来自单个数据点的误差，得到更加准确的数据。

如图3所示，在一些实施例中，每隔第三时间段获取一次电阻炉的第二状态数据，并对多组第二状态数据进行处理过滤，以得到多组实际电阻包括：

S131、每隔第三时间段获取一次处于第二温度下的电阻炉的电压与电流，并计算出第二电阻；

在该步骤中，得到初始电阻后，每隔第三时间段，通过电压检测传感器、电流检测传感器得出电阻炉的电压、电流，通过欧姆定律，计算第二电阻。在本实施例中，第三时间段可以为5秒、10秒、15秒或者20秒等；优选地，第三时间段为10秒。可以理解地，本实施例中的第一状态数据包括第一温度以及此时的电阻炉的电压和电流。

需要说明的是，本实施例中的第二温度为测得该电阻炉的第二电阻时的温度。

S132、将第二电阻与第二温度定义为第二组合数据，以获得多组第二组合数据；

该步骤中，得出第二电阻后，与当时电阻炉内的温度(即第二温度)定义为第二组合数据，进行储存。可以理解地，本实施例中一次循环可以测得的第二组合数据为100组、150组或300组等，在此不进行特别限定。

S133、对多组第二组合数据进行过滤，以得到多组实际电阻并进行存储。

在该步骤中，需要对多组第二组合数据进行过滤，以得到当前温度下的实际电阻，并对获得的多组数据进行存储。通过上述过滤操作，以将不符合条件的数据剔除，确保后续测算结果的准确性。

可以理解地，该步骤中的当前温度为测得实际电阻时的温度，也即是第二温度。

如图4所示，在一些实施例中，对多组第二组合数据进行过滤，以得到多组实际电阻并进行存储还包括：

S1331、获取第三时间段内的电阻炉的温度跳动以及电压跳动情况；

该步骤中，获取的第二组合数据数量较多，需要剔除部分不符合要求的第二组合数据，以便提高后续步骤拟合的直线进行预测的准确性；该步骤主要通过对第二组合数据对应的电阻炉的情况进行判断，以确定此时的第二组合数据是否符合要求。

S1332、若温度跳动超过1％，则确定电压跳动情况；反之，重新获取第一时间段内电阻炉的温度跳动以及电压跳动情况；

首先，对此时的电阻炉的温度跳动情况进行分析，当分析确定温度跳动情况在电阻炉的稳态范围内时，再对电压跳动情况进行分析；当分析确定温度跳动情况不在电阻炉的稳态范围内时，则返回步骤S110中，重新获取电阻炉的第一时间段内的温度跳动以及电压跳动情况，并进行电阻炉的实际电阻的重新获取。

S1333、若电压跳动不超过10％，则确定电阻炉处于稳态；反之，则电阻炉处于非稳态，重新获取第一时间段内电阻炉的温度跳动以及电压跳动情况；

该步骤中，当电压跳动情况也在电阻炉稳态范围内时，确定此时的电阻炉处于稳态；当确定温度跳动情况不在电阻炉的稳态范围内时，则返回步骤S110中，重新获取电阻炉的第一时间段内的温度跳动以及电压跳动情况，并进行电阻炉的实际电阻的重新获取。

S1334、将电阻炉处于非稳态的第二组合数据过滤，将处于稳态的第二组合数据进行存储。

可以理解地，电阻炉加热过程中，电阻值可能会随着温度的变化而发生变化。在不处于稳态时，电阻值可能会有较大的波动，因此无法准确测量电阻的实际数值。在本步骤中，通过剔除不处于稳态的第二组合数据，将处于稳态的第二组合数据进行存储，以提高数据获取的准确性。

如图5所示，在一些实施例中，根据多组实际电阻以及测得实际电阻对应的时间，利用最小二乘法拟合直线分析确定下一周期内的实际电阻包括：

S141、构建坐标系；

S142、根据实际电阻以及测得对应实际电阻的时间绘制坐标点，利用最小二乘法将多个坐标点拟合出直线，以得到直线方程；直线方程为y＝mx+b；其中，y是实际电阻，x是测得对应实际电阻的时间，m是斜率，b是截距；

该步骤中，标定初始电阻后，每个10秒记录一个实际电阻，该点在实际电阻/时间坐标系上的坐标为(x1，y1)，(x2,y2)(x3，y3)(…,…)。一小时内有360组点，通过最小二乘法拟合出直线,直线方程为y＝mx+b,根据上述得出的数据，即可求得斜率m和截距b。

S143、根据直线方程分析确定下一周期内的实际电阻。

该步骤中，优选为预测两个加热周期的实际电阻，也即是，已知两个加热周期所需时间x，通过直线方程为y＝mx+b计算出下两个加热周期所达到的电阻。

在一些实施例中，利用最小二乘法拟合直线分析确定下一周期内的实际电阻，若下一周期内的实际电阻超过预设值，则报警还包括：

S144、若分析确定的下一周期内的实际电阻超过预设值，则实时获取实际使用时的第三电阻，若第三电阻大于或等于预设值，则报警；若第三电阻小于预设值，则重新获取第二状态数据。

可以理解地，根据最小二乘法拟合直线分析确定下一周期内的实际电阻后，若该实际电阻大于1.25倍(或1.18倍)初始电阻，或10小时内达到或者超过1.25倍(或1.18倍)初始电阻，则通过在电阻炉工作过程中实时更新数据，以确定电阻炉的电阻情况，确定电阻炉的第三电阻超过预设值时，报警通知工作人员，以避免损坏物料的情况出现。

在一些实施例中，可以理解地，在函数图像中，斜率表示函数的变化率。如果斜率为正，说明函数图像在自变量增加时向右上方倾斜；如果斜率为负，说明函数图像在自变量增加时向右下方倾斜。因此，斜率向上和向下分别表示函数图像的上升和下降趋势。

在本实施例中，部分材料的电热元件氧化后导致电阻减小，氧化层脱落后，电阻增大，使得在稳态模式下，出现电阻减小的情况(斜率为负时)时，取过往曲线内斜率最大值的函数作为预计寿命的计算方程。可以理解地，本实施例中将此时电热元件的氧化情况视为最严重的情况，计算出此时的电阻炉的实际电阻是否超过预设值，提高对电阻炉寿命的预测准确性。

在一些实施例中，在步骤S140后还包括：

获取电阻炉损坏时的最终使用电阻，并对最终使用电阻以及初始电阻进行处理，得到新的预设值。

该步骤在第一次继续使用直到电阻炉损坏，数据处理系统会记录该炉体的最终使用电阻，使得最终使用电阻/初始电阻，并根据该值得出一个新的比例系数，该系数在下次使用时取代初始电阻的1.25倍(或1.18倍)。具体地，控制系统会形成一个坐标系，该坐标中X轴为所有处于稳态加热的时间,Y轴为所有处于稳态加热的电阻，由此会生成一个曲线图。当新的电阻炉处于稳态加热后，得出一个电阻，该电阻在曲线内对应匹配着一个处于稳态加热的时间，由此可以得出一个精准的电阻炉使用寿命。

综上，本发明实施例提供一种电阻炉寿命预测方法及设备，使得炉体使用寿命精确，方便车间人员根据使用寿命选择合适的炉体，无需专业人员对炉体进行分析。再者，对于贵重物料的生产，物料价值远比炉体昂贵，利用上述电阻炉寿命预测方法及设备，可以避免造成物料损失。相比过往手动测量炉体电阻的方式，上述电阻炉寿命预测方法的一致性较好，无需有专业背景知识的人即可得出炉体使用寿命。相较于截取电热炉丝，使用显微镜观察测量外层氧化膜、横截面等方法而言，无需破坏电热合金，即可得出寿命预测。相比过往停炉检测炉体电阻的方式，本方案测量电阻精度高，数据准确，无需专业人员进行记录与数据分析。最后，对于炉体设计人员来说，设计炉体寿命与实际炉体寿命存在差异，当炉体损坏后，需要及时修改设计，该设备可以留存足够的数据，包括炉体使用时间、炉体氧化速率、炉体电阻曲线等，方便后续升级与维护。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。