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(jīng)有110年），用于測量窯爐內(nèi)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(guān)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(diào)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(nèi)將以可重復(fù)的形式發(fā)生彎曲變形；當達到預(yù)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(chǎn)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(yīng)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(diào)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(chǎn)品是否達到預(yù)期的加熱程度；

• 測溫錐得到的數(shù)據(jù)輸入統(tǒng)計程序以產(chǎn)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(chǎn)品的視覺證據(jù)。

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(tǒng)，即一個導(dǎo)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(jīng)過1小時的恒溫處理后，06號測溫錐發(fā)生形變；經(jīng)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(guān)關(guān)系存在于大多數(shù)的陶瓷產(chǎn)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?shù)氖旎瘲l件或燒制條件。

基于“時鐘位置”描述的測溫錐變形的系統(tǒng)在對于測溫錐頂部位置與設(shè)想的時鐘面的關(guān)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(yīng)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(yīng)該為報告經(jīng)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(tǒng)，顯然彎曲不是線性關(guān)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(dǎo)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(shè)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(shè)置“也影響測溫錐的變形，如圖8和圖9，采用了與”高度設(shè)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(shè)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(diào)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(diào)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(fù)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(jié)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(shè)計和制造時都是精心控制和設(shè)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(fù)性好。

 

 

8. Orton的測溫錐是品質(zhì)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(zhì)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(xiàn)出的變形一致性，測試重復(fù)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(nèi)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(zhì)期。一般來說，測溫錐應(yīng)該保存在通風(fēng)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(shù)人員測試了50多年前的測溫錐，測試結(jié)果與以前的結(jié)果相比，并沒有發(fā)現(xiàn)什么變化。

11.  在Orton提供的溫度轉(zhuǎn)換表上，數(shù)字27、108、270代表什么？

數(shù)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(yīng)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(xiàn)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(shè)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(jié)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(zhuǎn)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(yīng)該使用哪種測溫錐？

大部分的陶瓷或釉質(zhì)制造經(jīng)過長時間的實踐，他們都已經(jīng)知道該采用哪種類型的測溫錐在陶瓷或釉質(zhì)燒制成熟時會發(fā)生變形彎曲。例如，瓷器釉質(zhì)應(yīng)該采用6號測溫錐，對于這個產(chǎn)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(zhì)在一定的時間內(nèi)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(dǎo)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(zhì)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(xiàn)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(fù)性。在氧化氣氛中按照測溫錐彎曲角度換算溫度應(yīng)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(yù)期那樣發(fā)生彎曲，鹽不會引起很奇怪的現(xiàn)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(jié)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(fù)，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(diào)整燒制條件提供依據(jù)。

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(fēng)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(zhì)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(chǎn)品或測溫錐加熱的速率越快，產(chǎn)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(yīng)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(xué)反應(yīng)，熱化學(xué)反應(yīng)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(yīng)；

• 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(jié)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(yīng)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(yù)燒會改變測溫錐的變形彎曲特征，因此用戶應(yīng)該設(shè)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(nèi)部則變成流動的，產(chǎn)生不確定的變形，外層的殼是由于測溫錐表面的化學(xué)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(dǎo)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。