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1. 什么是Orton測溫錐？

測溫錐是由Edward Orton于1896年研制成功的（至今已經有110年），用于測量窯爐內的燒制溫度和時間對陶瓷燒制的影響。在陶瓷行業(yè)，陶瓷燒制時間和溫度對陶瓷的組合影響稱之為“加熱功率”，它是獲得成功陶瓷制品的關鍵因素。正確地使用Orton測溫錐這一敏感的元件，可以非常準確地了解加熱過程的差異。

測溫錐是由超過100種成分精心調制而成的，成分類似于陶瓷成分。測溫錐在25℃或小于25℃的溫度范圍內將以可重復的形式發(fā)生彎曲變形；當達到預期的溫度以及持續(xù)的時間后，測溫錐將會像玻璃一樣變軟和彎曲。

Orton生產大號、小號的測溫錐，以及帶底座的測溫錐。大號測溫錐用于行業(yè)廠家以及制陶藝人，按照Orton于1896年制定的原始標準，大號測溫錐為2.5“高（即6.35cm） 、小號測溫錐為1.125"高（即2.86cm），成分類似于大號測溫錐；小號測溫錐應用于空間比較小的窯爐中。

小號測溫錐、大號測溫錐都需要底座以達到正確的底座角度和高度。

帶底座的測溫錐也是2.5"（即6.35cm）高，而且高度和底座的角度都不需要再調試了，對用戶來說帶底座的測溫錐既簡單而且準確，保證燒制過程的一致性。

2. 為什么要使用Orton測溫錐？

Orton測溫錐可以可靠、準確地測量時間和溫度的共同作用，并可用于下列目的：

• 判斷產品是否達到預期的加熱程度；

• 測溫錐得到的數據輸入統計程序以產生SPC控制圖；

• 測試窯爐的溫度均勻性；

• 在燒制過程中，監(jiān)測窯爐的氣氛條件；

• 通過同一批次的積聚提供燒制產品的視覺證據。

3. Orton測溫錐是如何工作的？

測溫錐將隨著頂端的角度成向下的弧形或變形，就像時鐘的指針一樣，當頂端錐頂彎曲成90°時，需要的溫度達到了。錐頂在開始時彎曲很慢，但當加熱效果超過一定時間，彎曲將加快。

圖1說明了溫度和時間的共同作用對08、07、06、05大號的測溫錐的作用（Orton建議燒制過程的監(jiān)測采用3錐系統，即一個導錐、一個燒制錐、一個后備錐，也可以同時使用4個錐）。

在一個150℃/小時升溫速度的爐子中，08號測溫錐甚至變形到頂部彎曲至底部（955℃）。在984℃時，07號測溫錐達到相同的形變；經過1小時的恒溫處理后，06號測溫錐發(fā)生形變；經過3小時的恒溫處理后，05號測溫錐發(fā)生形變。

由于溫度和時間是測溫錐的兩個重要的因素，加熱速率會影響測溫錐的變形溫度。圖2是3種測溫錐同時在不同的加熱速率下的變形溫度。顯然，當升溫速率加快時，達到變形的終點溫度也隨之升高。這種相關關系存在于大多數的陶瓷產品和釉料中，這也是一個很好的例證為什么僅有溫度并不足以保證適當的熟化條件或燒制條件。

基于“時鐘位置”描述的測溫錐變形的系統在對于測溫錐頂部位置與設想的時鐘面的關系的觀察下逐漸形成。圖3顯示了類似時鐘的測溫錐變形，使用者可以用相應的垂直角度來描述測溫錐的實際彎曲程度。圖4是一個常用的模板，以2°的角度增量來測量測溫錐的變形，在這個圖例中，72°角應該為報告經過或終點溫度。

圖5則描述了在燒制過程中用來記錄變形或彎曲的時鐘系統，顯然彎曲不是線性關系，因此使用者在燒制過程中必須牢記這一點。

 

 

4. 如果使用熱電偶，為什么還要使用測溫錐？

熱電偶因其結構簡單、操作方便、安裝容易，是使用最為廣泛的溫度指示器。熱電偶記錄在頂端獲得的溫度，只是空間和時間的一點，一個熱電偶無法決定加熱過程；一只熱電偶是無法提供窯爐在不同方位加熱是否均勻的信息。

使用測溫錐所帶來的成本節(jié)約遠遠大于測溫錐的成本，并且保證了陶瓷的質量。

5. 使用什么樣的測溫錐？

為了使用正確型號的測溫錐，我們首先要確定如下問題：

• 所期望的最高燒制溫度；

• 在最高溫度下保持或恒溫時間；

• 窯爐中的氣氛類型；

• 最后200℃的升溫速率。

利用上述信息，通過以下步驟確定測溫錐的溫度范圍：

• 利用Orton的等溫圖找到和燒制條件最接近的測溫錐型號和最高溫度（這個會作為“燒制錐”）；

• 如果在最高溫度有一個持續(xù)恒溫時間，一個小時必須提高測溫錐一個熱度、三個小時必須提高測溫錐兩個熱度、九個小時必須提高測溫錐三個熱度；

• 如果窯爐中有一個安裝在頂部的熱電偶，請適當降低“燒制錐”的熱度，因為窯爐的頂部通常比測溫錐所在的地方要熱得多；

• 對于測試燒制，用兩個“導錐”（稍涼，溫度低一點）和一個“后備錐”（稍熱，溫度高一點）放在燒制錐的周圍。

（對于小窯爐，燒制升溫速率很快，可以達到300℃/小時或更高的升溫速度，必須使用Orton小測溫錐，小測溫錐可以耐更快的升溫速率，而不會有副作用。）

6. 為什么要用帶底座的測溫錐？

在使用Orton的測溫錐時，測溫錐的角度和高度是非常重要的兩個因素，操作者可能會花費大量的時間和勞動力。

高度的設置會嚴重影響測溫錐的變形過程。圖6顯示了測溫錐高度對測溫錐變形的影響，高度越高測溫錐的變形越大、高度越低測溫錐的變形越小。

 

              

“角度設置“也影響測溫錐的變形，如圖8和圖9，采用了與”高度設置“類似的程序，幾個測溫錐被放置成不同的角度，而其他條件相同。當測溫錐放置角度小于設計的8°時，測溫錐的變形程度要小于正常為8°時的變形程度。圖10中，大號測溫錐被正確地放置為8°的角度和5.08cm（2"）的高度。

隨著Orton帶底座的測溫錐的推出，這種依賴于人力來調整高度和角度的過程不需要了。Orton的改良品種－－帶底座的測溫錐，不再需要調節(jié)測溫錐的高度和角度了，確保用戶燒制過程是一致的、燒制過程可重復的。

7. Orton帶底座的測溫錐如何工作？

圖14顯示了Orton擁有專利的測溫錐底座，這個底座在燒制過程中作為支撐。Orton工程人員研究了手工放置不正確帶來的測量結果不一致的問題，開發(fā)了帶底座的測溫錐。測溫錐彎曲時所用的底座在設計和制造時都是精心控制和設計的。

圖15比較了Orton帶底座的測溫錐和不帶底座的大測溫錐的形變分布，帶底座的測溫錐的變形角度分布明顯變小 ，說明帶底座的測溫錐的測試精度高、重復性好。

 

 

8. Orton的測溫錐是品質最好的嗎？

圖16中顯示了測溫錐的變形的一致性是Orton測溫錐品質和一貫承諾的最好解釋。圖16是48個帶底座的測溫錐同時燒制時表現出的變形一致性，測試重復性好。

 

 

 

 

 

9. 升溫速率和停留時間意味什么？

“升溫速率”是指在燒制時窯爐溫度的上升速度，如果窯爐在3個小時內升至600℃，這意味著升溫速率為200℃/小時，升溫速率是很重要的，因為升溫速率決定了測溫錐在什么溫度發(fā)生變形。Orton提供了不同升溫速率下的不同測溫錐的終點溫度，供用戶選擇。
“停留時間”意味著窯爐在指定溫度停留的時間，停留時間可以使得窯爐達到平衡，或者在燒制過程中因為工藝的要求必須在指定溫度停留一定的時間。

10. 測溫錐放置時間很長，仍能用嗎？

當然能用，測溫錐沒有保質期。一般來說，測溫錐應該保存在通風干燥的地方，只要沒有破裂或明顯裂縫，測溫錐仍能使用。Orton的技術人員測試了50多年前的測溫錐，測試結果與以前的結果相比，并沒有發(fā)現什么變化。

11.  在Orton提供的溫度轉換表上，數字27、108、270代表什么？

數字27、108、270指的是升溫速率，升溫速率對測溫錐變形彎曲溫度有決定性影響。27、108、270分別對應于慢速、中速、快速升溫。

注意，帶底座的測溫錐和不帶底座的大號測溫錐的溫度表現是不一樣的，在相同的升溫速率下，變形彎曲的溫度是有差異的。例如帶底座的06號測溫錐在快速升溫速率下得到的變形彎曲溫度為1013℃、而不帶底座的06號測溫錐在相同條件下的變形彎曲溫度為1011℃，兩者相差2℃。

12. 如何使用測溫錐？

Orton制造四種不同類型的測溫錐（小號測溫錐、棒狀測溫錐、大號測溫錐以及帶底座的測溫錐）。

大號測溫錐和帶底座測溫錐用于測量溫度均勻性以及/或者判斷是否有足夠的熱 功率來燒制陶瓷。測溫錐顯示了陶瓷是否受到了足夠的熱功率來燒制陶瓷或釉料，一個合適的測溫錐會發(fā)生變形彎曲，測溫錐的頂端會基本接觸到底座上，對測溫錐的簡單一眼即可判斷燒制是否成功。

小號測溫錐或棒狀測溫錐主要用于窯爐切斷設備，叫“窯爐監(jiān)控器”，這是一個機械裝置，當窯爐中的溫度足夠的時候，在“窯爐監(jiān)控器”棒的重力下，測溫錐發(fā)生變形彎曲，切斷電路。

要真實測量陶瓷接受的熱功率，必須將大號測溫錐或帶底座的測溫錐放置在陶瓷的旁邊。

13. 燒制結束后，如何知道測溫錐受到的溫度？

有兩種方法可以測量測溫錐受到的溫度，第一個方法需要Orton的測量模板，Orton的測量模板是一個塑料卡，可以測量大號測溫錐或帶底座的測溫錐的變形彎曲角度，這個塑料卡可以讀出10至90°的范圍，燒制的測溫錐緊靠在Orton的測量模板，測溫錐頂端的位置顯示了彎曲角度，如果測溫錐的彎曲角度達到90°，認為是燒制完全了。

第二個方法是“時鐘”方法，這個方法需要知道測溫錐頂端在時鐘面的位置，對于測溫錐來說，時鐘1點鐘位置表示測溫錐還沒有變形彎曲，時鐘6點鐘表示測溫錐的頂端接觸到了底座上，一般來說處于測溫錐頂端處于5點或6點鐘位置，被認為是燒制比較合適。

 

14. 如何知道測溫錐的溫度是多少？

要知道測溫錐的溫度是多少，必須知道窯爐的加熱速率以及測溫錐的變形彎曲角度，彎曲角度可以用Orton的測量模板測量。基于窯爐的加熱速率和測溫錐的彎曲角度，在Orton提供的測溫錐圖上即可查詢得到測溫錐的溫度。你可以直接下載或者給我們電子郵件，我們可以直接免費送給你。該程序會自動將彎曲角度轉化為溫度、計算加熱速率以及其他。

15. 以前我沒有使用過測溫錐，我應該使用哪種測溫錐？

大部分的陶瓷或釉質制造經過長時間的實踐，他們都已經知道該采用哪種類型的測溫錐在陶瓷或釉質燒制成熟時會發(fā)生變形彎曲。例如，瓷器釉質應該采用6號測溫錐，對于這個產品我們會向用戶建議采用大號測溫錐或者帶底座的6號測溫錐。

16. “Heatwork”（熱功）代表什么？

“熱功率”是一個用于描述在燒制時，時間和溫度對陶瓷的一個綜合作用，燒制陶瓷非常類似于烤制蛋糕，在許多的加工工藝中必須選擇溫度和時間。例如，一個薄蛋糕的工藝處方中規(guī)定：蛋糕必須在375℃下停留45分鐘；如果是紙托蛋糕，則必須將時間減小為30分鐘，因為紙托蛋糕吸收的熱量更快，因此必須將時間縮短為30分鐘。

在陶瓷工業(yè)中，必須保證陶瓷或釉質在一定的時間內吸收一定的熱量，你不能將陶瓷直接放置在2232°F的窯爐中保持一個小時，這樣會導致嚴重的焙燒不足，必須再焙燒19個小時才能保證陶瓷的燒制成熟。

17. 窯爐氣氛的變化是否會影響測溫錐？

是的。測溫錐在還原氣氛中與在氧化氣氛中是是非常不一樣的。因此，測溫錐還是窯爐空氣質量的監(jiān)測工具。測溫錐比大部分的陶瓷對氣氛更加敏感，因此，測溫錐作為可以作為窯爐中氣氛變化的警告標志，例如，如果在燒制時發(fā)現測溫錐是白色的，然后突然變成灰色的，是窯爐中氣氛變化的明顯標志。測溫錐可以用于還原氣氛中測量溫度均勻性以及溫度重復性。在氧化氣氛中按照測溫錐彎曲角度換算溫度應該會發(fā)生一些變化。

18. “鹽析”對測溫錐的測溫準確性有何影響？

事實上，鹽溶液可以使得測溫錐更加光亮和光滑，還是能夠如預期那樣發(fā)生彎曲，鹽不會引起很奇怪的現象。

無論如何，有一件事必須特別注意：鹽的加入方式的不同，會引起窯爐溫度的突然下降，就像將水潑到熱的爐子上，這個溫度的突然下降會在測溫錐上形成一個硬的殼，這個堅硬的外殼會凍結測溫錐，并延遲測溫錐的彎曲。如果先降溫然后再升溫，這個堅硬的外殼會變得更加嚴重突出；如果窯爐溫度發(fā)生波動，會在測溫錐上形成更厚的外殼。

因此，只要在測溫錐上加鹽，溫度下降不是很嚴重，溫度也會逐漸恢復，測溫錐會正常工作。

另外，含鐵的測溫錐（010號測溫錐到3號測溫錐）由于鐵氧化物的存在，對堅硬外殼更加敏感。

19. 窯爐中測溫錐的放置？

在窯爐中放置測溫錐是很重要的，在窯爐中的不同區(qū)域放置測溫錐可以確定整個窯爐中的熱功的分布，當窯爐中不同位置放置了測溫錐，窯爐中的不同位置的測溫錐將窯爐中的熱分布測定出來了，這個信息可以為調整燒制條件提供依據。

測溫錐在窯爐中的位置也是很重要的考慮因素，測溫錐以期望的形勢彎曲；如果測溫錐放置在風口位置，測溫錐會形成一個“硬殼”，這個硬殼會影響測溫錐的彎曲；如果測溫錐放置在離熱源比較近的位置，例如在電熱絲附近，測溫錐彎曲的時間或變形方式也會受到影響。

20. 影響陶瓷燒制品質的因素。

在燒制過程中，時間、溫度以及窯爐氣氛會影響陶瓷制品的燒制，由于Orton的測溫錐的成份與陶瓷相似，時間、溫度以及窯爐氣氛同樣也影響測溫錐的彎曲。

升溫速率：升溫速率影響測溫錐開始變形彎曲的溫度、彎曲的速率以及燒制的終點溫度（測溫錐的等效溫度）。一般來說，陶瓷產品或測溫錐加熱的速率越快，產品燒熟的溫度或彎曲的溫度也越高。測溫錐的終點溫度隨升溫速率的加快而升高。

停留時間：停留時間也會影響陶瓷制品或測溫錐的燒熟，停留時間影響測溫錐的彎曲，一般來說將溫度升高至最高溫度，在最高溫度處停留1~2小時；如果停留4~6小時，必需使用下一個熱度的測溫錐；如果停留16~20小時，必需使用再下一個熱度的測溫錐。

窯爐氣氛： 陶器專家知道窯爐氣氛對陶瓷制品的反應和性能有巨大的影響，由于測溫錐的變形彎曲是由于熱化學反應，熱化學反應則受到氣氛的影響。幸運的是，影響陶瓷制品性能的條件與測溫錐的變形彎曲條件一致，因此測溫錐可以作為評價窯爐燒制區(qū)域溫度分布的有效工具，測溫錐可以在以下幾方面評價：

• 氧化或還原程度；

• 含硫氣體的存在；

• 水蒸汽的存在；

• 火焰碰撞測溫錐；

• 附近熱源或冷源的輻射效應；

• 窯爐中氣流（冷空氣）。

還原氣氛對測溫錐的變形彎曲有相反的作用，含金屬化合物的玻璃料的低溫測溫錐對還原氣氛是非常敏感的，在還原氣氛下有機粘合劑不能被完全氧化，測溫錐發(fā)生膨脹以及變黑。測溫錐的膨脹會改變測溫錐變形的特性，“紅色”測溫錐（含鐵氧化物，O10#至3#）受還原氣氛的影響，燒制結束后，測溫錐會有一個綠色至黑色的外表。

不含鉛或鐵氧化物（測溫錐O19#至O11#，不含鐵的O11#至3#，以及4#至42#）的測溫錐均可以應用在還原氣氛中，在進入還原氣氛窯爐之前，將測溫錐燒制完全，在空氣中，在800~850°F（430~455°C）將有機粘合劑燒掉。

測溫錐和大部分的陶瓷在還原氣氛中，在更低的溫度，會成熟快一些；如果在玻璃變形區(qū)域加熱預燒會改變測溫錐的變形彎曲特征，因此用戶應該設置自己的加熱程序，并控制整個測試過程。

對于交替更換窯爐（氧化氣氛和還原氣氛交替）不會對測溫錐的變形彎曲發(fā)生影響。

含硫氣氛或還原氣氛的窯爐可能是的測溫錐在表面形成一層”殼“，而內部則變成流動的，產生不確定的變形，外層的殼是由于測溫錐表面的化學組成發(fā)生變化而造成的。

測溫錐O10#~O3#在快速升溫的燃燒爐子中也會在外層生成“硬殼”，這個“硬殼”是由于在水汽含量較高的環(huán)境中，測溫錐中的硼氧化物的揮發(fā)造成的，“硬殼”會導致測溫錐的變形彎曲溫度升高，嚴重的情況下，“硬殼”測溫錐會直接斷裂而不彎曲，就像斷裂的樹枝一樣，邊緣尖銳。

窯爐中水汽的存在，尤其是水汽含量較高的情況，也會影響測溫錐的彎曲性能。事實上，即使少量的水汽，也會使得測溫錐的彎曲溫度提前，因為在燒制過程中水汽擴散進入測溫錐，引起玻璃化過程的變化造成的。