熱電偶溫度計的制作與標(biāo)定

1、熱電偶溫度計的制作與標(biāo)定實驗學(xué)時：4實驗類型：設(shè)計實驗要求：選修一、實驗?zāi)康模海?）了解熱電偶的測溫原理；（2）掌握設(shè)計制作熱電偶的溫度計一般技能；（3）掌握熱電偶溫度計的標(biāo)定方法；（4）學(xué)會使用熱電偶溫度計進(jìn)行實際測量溫度及數(shù)據(jù)處理。二、實驗內(nèi)容制作一根熱電偶溫度計再給以標(biāo)定，并用該熱電偶溫度計進(jìn)行實際測量溫度。三、熱電偶溫度計工作原理熱電偶溫度計具有結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍寬，準(zhǔn)確度高，熱慣性小、輸出的電信號便于遠(yuǎn)傳或信號轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)，所以目前應(yīng)用十分廣泛.圖1-1熱電偶測量溫度的基本原理是熱電效應(yīng)（或溫差效應(yīng)），將兩種不同材料的導(dǎo)體首尾相連接成閉合回路，如圖1-1所以。如兩接點(diǎn)的溫度不等，則在回

2、路中就會產(chǎn)生熱電動勢，這種現(xiàn)象稱之為熱電效應(yīng)（這一熱電現(xiàn)象早在1821年就由塞貝克發(fā)現(xiàn)的，所以這一現(xiàn)象也稱塞貝克效應(yīng)）。熱電偶就是由兩種不同的金屬材料焊接而成。使用時通 常將一端（參考端）保持在一定的恒定溫度（如0 c或100 °C ），當(dāng)對另一端（測量端）加熱時，在接點(diǎn)處有熱電勢產(chǎn)生。如參考端溫度恒定，其熱電勢的大小和方向只 與兩種金屬材料的特性和測量端的溫度有關(guān)，而與熱電偶的粗細(xì)和長短無關(guān)。當(dāng)測量 端的溫度改變后，熱電勢也隨之改變，并且溫度和熱電勢之間有一固定的函數(shù)關(guān)系， 利用這個關(guān)系就可以測量溫度。接觸電勢差的大小和相接處的兩種金屬的性質(zhì)及接觸處的溫度有關(guān)，當(dāng)量兩種不 同的材料

3、的金屬想成閉合回路時，按上述接觸電勢差的性質(zhì)可以判定，若兩接觸處 的溫度分別為T和To時，閉合回路的電動勢為E=k/e（J -To）Ln（na/氐）若T不等于To，則E不等于0,這種電動勢稱為溫差電動勢。在實際中，給出來 的溫差電動勢都用下式表示：2E = a（t to） b（t -'to） 式中，a,b是常數(shù)，稱為溫差系數(shù)，表示溫差為1（°C時的電動勢，其大小取決于組成熱電偶的材料；七和to是接觸處的攝氏溫度，To為冷端溫度，T為熱端溫度在溫差不太大的情況下，可近似為：E = a（t - to）可見，若常數(shù)和冷端溫度已知，只要側(cè)得溫度電動勢，就能得到熱端溫度（熱端也稱做測溫

4、端）三、熱電偶溫度計制作由兩根不同質(zhì)的導(dǎo)體熔接而成的閉合回路叫做熱電回路，當(dāng)其兩端處于不同溫度時則回路中產(chǎn)生一定的電流，這表明電路中有電勢產(chǎn)生，此電勢即為熱電勢。熱電偶在生產(chǎn)和使用過程中，新制熱電偶或焊點(diǎn)處斷裂都需要將測量端焊接起來，而焊接質(zhì)量的好壞直接影響熱電偶測溫的可靠性。熱電偶的焊接方法主要有直流電弧焊、交流電弧焊、 對焊、鹽水焊等。本實驗采用鹽水焊。鹽水焊是目前貴金屬熱電偶測量端焊接較好的一種方法。它的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單、操作簡便、鹽水對測量端腐蝕輕，焊點(diǎn)光亮圓滑， 能夠滿足對熱電偶焊接質(zhì)量的要求。 焊接裝置由調(diào)壓器焊接裝置由調(diào)壓器 （3 5kW），燒杯（500ml） 和熱電偶夾具等組成。

5、如圖 1所示。調(diào)壓器鰐魚夾具體焊接方法如下：1）、鹽水配制：用化學(xué)純氯化鈉與蒸餾水配制成飽和鹽水，并盛入燒杯中，液面離杯口不大于5mm，以便于觀察插入深度和焊點(diǎn)大小。2）、焊接：一個鱷魚夾夾住一根長 100mm、直徑為3mm的金屬棒（或碳 棒），放入飽和鹽水中，接上調(diào)壓器的輸出端。用竹鑷夾住經(jīng)整理齊直的熱電偶 絲，并與調(diào)壓器的另一輸出端接通。根據(jù)熱電偶絲的直徑與材料調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出電 壓，約為110160V，將熱電偶垂直插入液面，其深度約為1mm。插入液面的時間不宜過長，以焊點(diǎn)直徑不超過 1.2mm為宜。觀察焊點(diǎn)是否圓滑光亮，如果不圓須再次 插入液面并控制插入深度（應(yīng)淺一些）和插入時間（應(yīng)短一些

6、）使焊點(diǎn)圓滑。這里應(yīng) 注意的是，每次插入的時間隔不要太長，須在測量端還發(fā)紅時接著插入鹽液中。這樣 充分利用余熱可獲得成型快，焊點(diǎn)圓的效果。通常一個焊點(diǎn)在點(diǎn)插3 4次就可焊成。此方法使用電壓較高，超出安全電壓（36V），需要注意安全，在焊接過程中要 充分重視這一點(diǎn)，避免發(fā)生人身事故。2、熱電偶參比端設(shè)置測量熱電偶的熱電勢只與 2個連接點(diǎn)的溫度有關(guān)，只有當(dāng)參比端溫度穩(wěn)定不變且 已知時，才能得到熱電勢與被側(cè)溫度的單值函數(shù)關(guān)系。本實驗采用冰點(diǎn)法對參比端進(jìn) 行處理。根據(jù)熱電偶制作方法的不同，可采取不同的連接方法。本設(shè)計采用下圖所示方法。/（T型熱電偶）銅-銅鎳熱電偶 銅-銅鎳熱電偶（T型熱電偶）又稱銅-

7、康銅熱電 偶，也是一種最佳的測量低溫的廉金屬的熱電偶。它的正極（TP）是純銅，負(fù)極（TN）為銅鎳合金，常之為康銅，它與鎳鉻-康銅的康銅EN通用，與鐵-康銅的康銅JN不能通用，盡管它們都叫康銅，銅-銅鎳熱電偶的蓋測量溫區(qū)為-200350 °Co T型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，價格便宜 等優(yōu)點(diǎn),四、實驗組織運(yùn)行要求由學(xué)生自主設(shè)計實驗方案，然后集中評議設(shè)計方案，最終自行實驗的開放教學(xué) 模式五、實驗條件多種熱電偶材料，標(biāo)準(zhǔn)溫度計。電位差計，恒溫水浴，熱電偶焊接裝置等設(shè)備材料。參考資料：朱祖濤，熱工測量和儀表，水利電力出版社， 1991.5劉暢生，傳感器簡明手冊及應(yīng)用電路（上冊）溫度傳感器分冊，西安電子科技大 學(xué)出版社 2005.11王伯雄，測試技術(shù)基礎(chǔ)，清華大學(xué)出版社， 2003.4六、實驗要求查閱資料，編寫設(shè)計方案，在通過實驗教師批準(zhǔn)實驗方案后，根據(jù)方案進(jìn)行實驗并 書寫實驗報告。七、思考題1、實驗中最易出現(xiàn)誤差的環(huán)節(jié)是什么？2、熱電偶在自動化測量中廣泛應(yīng)