專業(yè)測試技術(shù)及實(shí)驗(yàn)安全課件

專業(yè)測試技術(shù)及實(shí)驗(yàn)安全第一章專業(yè)測試技術(shù)一﹑測試技術(shù)的地位及作用二﹑溫度測量的基本概念三﹑熱電偶的測溫原理及基本定律四﹑標(biāo)準(zhǔn)熱電偶及結(jié)構(gòu)五﹑熱電偶的校驗(yàn)第二章實(shí)驗(yàn)安全一﹑人身安全二﹑設(shè)備安全三﹑防火教育第一章專業(yè)測試技術(shù)一﹑測試技術(shù)的地位及作用在科學(xué)研究中，任何科學(xué)理論的建立和科學(xué)研究成果的提出都必須通過大量的試驗(yàn)與測量，并對通過測量所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，以驗(yàn)證科學(xué)理論以及研究成果的正確性和可靠性。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，必須對生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)進(jìn)行測量，并在分析測量結(jié)果的基礎(chǔ)上，對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和控制，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。在這些測量過程中所應(yīng)用的測量手段就是測量儀器或儀表，而應(yīng)用測量儀器或儀表來實(shí)現(xiàn)測量目的的技術(shù)工藝則稱為測試技術(shù)。﹑2.測溫幾種溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)﹑華氏溫標(biāo)﹑熱力學(xué)（開爾文）溫標(biāo)。國際溫標(biāo)：為了實(shí)用方便，國際上經(jīng)協(xié)商決定建立一種既使用方便，又具有一定科學(xué)技術(shù)水平的溫標(biāo)即國際溫標(biāo)。國際溫標(biāo)通常具備以下條件：(1)盡可能接近熱力學(xué)溫度；(2)復(fù)現(xiàn)精度高，各國均能以很高的推確度復(fù)現(xiàn)同樣的溫標(biāo)，確保溫度量值的統(tǒng)一；(3)用于復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)推溫度計(jì)使用方便，性能穩(wěn)定。1990年國際溫標(biāo)中同時(shí)使用熱力學(xué)溫標(biāo)(T)和華氏溫標(biāo)(t)兩種溫標(biāo)之間換算關(guān)系為：T＝t—273.153﹑溫度測量方法按測溫的物質(zhì)(感溫元件)是否與被測溫物質(zhì)(被測物體)相接觸來分，有接觸式測溫和非接觸式測溫兩種測溫方法?！?〉接觸式測溫：含有玻璃溫度計(jì)﹑雙金屬溫度計(jì)﹑半導(dǎo)體溫度計(jì)﹑熱電偶測溫﹑熱電阻測溫等?！?〉非接觸式測溫：含有輔射式溫度計(jì)（紅外式測溫等)。三﹑熱電偶的測溫原理兩種不同材料的導(dǎo)體A和B連接在一起，形成一個(gè)閉合回路，如圖2—1所示。當(dāng)兩端接點(diǎn)溫度不同(分別為T，T0)時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢。這種物理現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)(塞貝克效應(yīng))，這一電動(dòng)勢稱為熱電勢(塞貝克電勢)。熱電偶就是利用這個(gè)原理來測量溫度的。上述熱電偶回路中產(chǎn)生的熱電勢，是由接觸熱電勢和溫差熱電勢兩個(gè)部分組成的。2﹑溫差電勢

對同一導(dǎo)體．在兩端溫度不同時(shí)，兩端也將產(chǎn)生一定大小的電動(dòng)勢，這就是溫差電勢。產(chǎn)生這個(gè)電動(dòng)勢的原因主要是在不同溫度下，自由電子具有不同的動(dòng)能，溫度高時(shí)動(dòng)能大。如圖2—3所示，設(shè)A導(dǎo)體兩端的溫度分別為T和T0(T﹥T0)，高溫T端的電子動(dòng)能比低溫To端的電子動(dòng)能大。這樣從T端跑到To端的電子數(shù)比從T0端跑到T端的電子數(shù)要多，結(jié)果T端因失去電子而帶正電荷，To端因得到電子而帶負(fù)電荷。于是在T、To端之間形成一個(gè)由T端指向To端的靜電場Es.此電場將阻礙電子從T端跑向To端，同時(shí)吸引電子從To端跑向T端，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)在導(dǎo)體A的兩端便產(chǎn)生一個(gè)一定的、穩(wěn)定的電位差，這就是溫差電勢。3﹑熱電偶回路的熱電勢

由兩種導(dǎo)體A、B構(gòu)成的熱電偶回路如圖2-4所示?；芈返臒犭妱輵?yīng)為兩接點(diǎn)T、To的接觸電勢及兩導(dǎo)體A、B本身溫差電勢四部分的代數(shù)和。若以接觸電勢EAB(T)的方向?yàn)閰⒖?，則熱電偶回路熱電勢EAB(T，T0)表達(dá)式為：EAB(T,T0)﹦EAB(T)-EAB(T0)+EB(T,T0)-EA(T,T0)經(jīng)推導(dǎo)其熱電勢EAB(T，To)只取決于熱端溫度T和冷端溫度T0的函數(shù)差，即EAB(T，To)＝f(T-To)得出如下結(jié)論：

(1)熱電偶回路熱電勢的大小只與組成熱電偶的導(dǎo)體材料及兩端溫度有關(guān)，而與熱電極的幾何形狀(長短、粗細(xì)和截面形狀)無關(guān)。(2)如果熱電偶兩熱電極材料相同為A或B，則無論熱電偶兩端溫度如何，熱電偶回路熱電勢總為零。(3)如果熱電偶兩端溫度相同為T或To，則盡管兩電極材料不同，熱電偶回路的熱電勢總為零，(4)如果參考端(To)溫度恒定，即f(To)＝c(常數(shù))，EAB(T，To)＝f(T)-C熱電偶回路熱電勢EAB(T，To)僅為工作端溫度T的單值函數(shù)。只要測出熱電勢EAB(T，To)的大小就間接地知道了工作端(即被測的)溫度T了，這就是熱電偶測溫的基本原理。(5)熱電偶熱電極的極性由導(dǎo)體材料的電子密度大小確定，電子密度大的導(dǎo)體為正極面電子密度小的導(dǎo)體為負(fù)極。熱電偶回路中，接觸電勢遠(yuǎn)大于溫差電勢。4.2﹑中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三、第四種或更多種導(dǎo)體，只要接入導(dǎo)體的兩端溫度相等，且導(dǎo)體是均質(zhì)的，則無論接入導(dǎo)體的溫度分布如何，都不會(huì)影響原來熱電偶的熱電勢的大小。在熱電偶實(shí)際測溫線路中．必圖2-5須有連接導(dǎo)線和顯示儀表，如圖2—5所示。而這些接入回路的導(dǎo)線和儀表的材料與熱電極的材料可能是不同的。若把連接導(dǎo)線和顯示儀表看作是中接的第三種導(dǎo)體，只要它們的兩端溫度相同，就不影響熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。這就是中間導(dǎo)體定律。

四﹑標(biāo)準(zhǔn)熱電偶及結(jié)構(gòu)

1﹑對熱電偶材料的要求：根據(jù)熱電偶的測溫原理，似乎任意兩種不同的導(dǎo)體材料都可以作為熱電極組成熱電偶用來測量溫度，但實(shí)際并非如此。要求如下：(1)熱電勢要足夠大，并且與溫度的關(guān)系最好呈線性或近線性；(2)在使用溫度范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定；(3)熱電性能穩(wěn)定，易于復(fù)現(xiàn)，同類熱電偶互換性好；(4)電導(dǎo)串高，電阻溫度系數(shù)要小；(5)加工方便，價(jià)格便宜。但是，完全滿足上述要求的材料很難找到。因此只能根據(jù)被測溫度的高低，選擇適當(dāng)?shù)臒犭姌O材料。金、銀和鉑族金屬共八個(gè)元素，稱為貴金屬。由這些金屬及其合金構(gòu)成的熱電偶稱為貴金屬熱電偶，除此之外統(tǒng)稱賤金屬熱電偶。同貴金屬熱電偶相比，賤金屑熱電偶具有靈敏度高，熱電特性近似線性，可在還原性氣氛中使用，抗氧化耐腐蝕性欠佳，熱電極均勻性差，高溫穩(wěn)定性差，壽命短。貴金屬的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)正好與賤金屬相反。2﹑標(biāo)準(zhǔn)熱電偶：標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶是指生產(chǎn)工藝成熟，成批生產(chǎn)，性能優(yōu)良并已列人工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件中的熱電偶。這類熱電偶發(fā)展早，性能穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛，具有統(tǒng)一的分度表，可以互換，并有與其配套的顯示儀表可供使用，十分方便。以下簡要介紹標(biāo)淮化熱電偶的主要特性：(1)鉑銠10—鉑熱電偶(分度號為s)：屬貴金屬熱電偶，熱電極直徑通常為0.5mm。它的長期使用溫度為14000C(我國規(guī)定為13000C)，短期使用溫度為16000C。它的熱電性能穩(wěn)定，抗氧化性強(qiáng)，宜在氧化性及惰性氣氛中連續(xù)使用，在真空中可短期使用。不宜直接在金屬蒸氣、金屬氧化物、二氧化碳、氫氣等還原性介質(zhì)中使用，除非選用可靠的保護(hù)管，在高溫下這種熱電偶會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)現(xiàn)象，銠分子會(huì)滲透到鉑電極中污染鉑極，導(dǎo)致熱電勢下降及鉑電極折斷等。(2)鉑銠13—鉑熱電偶(分度號為R)；屬貴金屬熱電偶。它的性能與鉑銠10—鉑熱電偶基本相同，只是它的溫度靈敏度稍高些，例如13000C時(shí)，鉑銠10—鉑熱電偶輸出熱電勢為13.155MV，而鉑銠13—鉑熱電偶則為14.826MV。

(5)鎳鉻硅-鎳硅熱電偶(分度號為N)：屬賤金屬熱電偶。N型熱電偶的使用溫度范圍為-2000C-13000C,長期使用溫度為12000C,短期為13000C。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同條件下,尤其在11000C-13000C的高溫條件下，N型熱電偶的高溫穩(wěn)定性及使用壽命較K型有成倍的提高，與s型熱電偶接近，其價(jià)格僅為s型的1／10。它為現(xiàn)有賤金屬熱電偶顯然不能勝任的場合提供了新型的測溫材料，也為在13000C以下部分,取代s型熱電偶提供了依據(jù)。因此，在-2000C-13000C整個(gè)溫度范圍內(nèi),有全面代替賤金屆熱電偶和部分代替s型熱電偶的趨勢。3﹑熱電偶的結(jié)構(gòu)

(1)普通型熱電偶：

圖2-7是普通型熱電偶的結(jié)構(gòu)示意圖。它由熱電極、絕緣套管、保護(hù)套管及接線盒等部分組成。熱電極：熱電極的直徑由材料價(jià)格、機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電率以及熱電偶的用途和測量范圍來決定。貴金屬熱電偶的熱電極大多采用直徑為0.3-0.65mm的細(xì)絲。普通金屬熱電偶熱電極的直徑一般為0.5--3.2mm。熱電偶的長度由安裝條件,特別是工作端在介質(zhì)中的插入深度來決定，通常為350-2000mm。熱電偶工作端通常采用焊接方式形成。對焊點(diǎn)的要求是焊點(diǎn)光滑、無夾渣和裂紋，焊點(diǎn)直徑應(yīng)不超過熱電極直徑的兩倍，以保證測溫的可靠性和準(zhǔn)確性。（2）鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種小型化、長壽命、結(jié)構(gòu)牢固的新型熱電偶。它由熱電極、絕緣材料和金屬套管三者組合加工而成的堅(jiān)實(shí)的組合體，其斷面形式和工作端的形式如圖2．10所示。這種熱電偶可做得很長，很細(xì)，在測量中可根據(jù)需要進(jìn)行彎曲，最長可達(dá)100m，員短可做成100mm以下，外徑D最細(xì)可達(dá)0.25mm，最粗為12mm。套管材料為銅、不銹鋼或鎳基高溫合金等。熱電極和套管之間的絕緣材料有氧化鎂、氧化鋁等。7)使用中應(yīng)經(jīng)常檢查熱電偶保護(hù)套管的狀況，如保護(hù)套管壁厚小于1.5mm，或發(fā)現(xiàn)焊接處和表面有侵蝕情況，就應(yīng)更換新的保護(hù)套管。8)熱電偶接線時(shí)，打開接線盒，按圖2—12線路連接。把補(bǔ)償導(dǎo)線的出線孔隙用石棉繩塞緊，然后蓋上接線盒蓋。在線路連接時(shí)，應(yīng)注意補(bǔ)償導(dǎo)線的極性，不可接反。9)要保護(hù)補(bǔ)償導(dǎo)線，避免受到機(jī)械損傷和外磁場的干擾，并把補(bǔ)償導(dǎo)線套入接地的鋼管內(nèi)，不得有迂回的地方。10)每對熱電偶不可同時(shí)與多只毫伏計(jì)連接。但允許與一只毫伏計(jì)和一臺自動(dòng)平衡顯示儀表連接。4.熱電偶的溫度補(bǔ)償由熱電偶測溫的基本原理可知，只有當(dāng)熱電偶的冷端溫度保持不變時(shí)，熱電勢才與被測溫度成一一對應(yīng)關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶安裝在現(xiàn)場設(shè)備上，其冷端暴露于空氣中，受到周圍環(huán)境溫度的影響；同時(shí)熱電偶的冷端與工作端(熱端)離得很近，所以冷端溫度難以保持恒定，因而會(huì)引起測量誤差。減小或消除由于熱電偶冷端溫度變化而產(chǎn)生的測溫誤差，稱為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。它是保證熱電偶測溫準(zhǔn)確性的重要措施，通常采用的冷端溫度補(bǔ)償方法有以下幾種：

（1）補(bǔ)償導(dǎo)線法（2）計(jì)算校正法（3）冷端恒溫法（4）儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法（5）補(bǔ)償電橋法下面重點(diǎn)介紹補(bǔ)償導(dǎo)線法：由于熱電偶一般做得比較短，冷端溫度受被測對象及環(huán)境溫度影響，波動(dòng)較大。為此可將熱電偶冷端延伸到溫度比較穩(wěn)定的地方(如儀表控制室)。如果用與熱電極材料相同的導(dǎo)線來延伸，對于貴金屬熱電偶要耗費(fèi)許多貴金屬材料，很不經(jīng)濟(jì)。一般用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶冷端延伸出來，補(bǔ)償導(dǎo)線是一對在某一溫度范圍內(nèi)(一般0-1000C)熱電特性與某種熱電偶相同或十分相近的導(dǎo)線，且其材料又是廉價(jià)金屬。五﹑熱電偶的校驗(yàn)熱電偶在使用過程中，由于工作端受到氧化、腐蝕和在高溫下熱電極材料的再結(jié)晶，都會(huì)引起熱電偶的熱電特性發(fā)生變化，從面產(chǎn)生一定的測量誤差。為了使熱電偶測量溫度能保證良好的精度，因而使用單位必須定期地對熱電偶進(jìn)行校驗(yàn)，以測出其誤差的大小。當(dāng)其測量誤差超出規(guī)定范圍時(shí)，要更換熱電偶或把原來熱電偶的工作端剪去一段，重新焊接后加以使用，但在使用前還必須進(jìn)行校驗(yàn)。所謂校驗(yàn)，就是用實(shí)驗(yàn)的方法，確定溫度與熱電勢的關(guān)系。熱電偶的校驗(yàn)，一般又叫做熱電偶的刻度標(biāo)定。1.校驗(yàn)溫度點(diǎn)

熱電偶的校驗(yàn)工作應(yīng)根據(jù)國家規(guī)定的技術(shù)條件，在規(guī)定的溫度點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)。這些校驗(yàn)溫度點(diǎn)的誤差，必須控制在允許范圍內(nèi)。工業(yè)上常用熱電偶校驗(yàn)溫度點(diǎn)列于表2—6中。對于廉價(jià)金屬熱電偶，在3000C以下使用時(shí)，應(yīng)增加1000C校驗(yàn)點(diǎn)，校驗(yàn)時(shí)在油槽中與二級標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)比較。工業(yè)用熱電偶一般用比較法進(jìn)行校驗(yàn)，它是利用上一級標(biāo)準(zhǔn)熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)儀器，把標(biāo)準(zhǔn)與被校熱電偶置于相同溫區(qū)內(nèi)，把它們的工作端綁扎在一起，這樣可以認(rèn)為它們的工作端溫度是相同的，通過測取標(biāo)推與被校熱電偶的熱電勢輸出,并確定它們之間的誤差來進(jìn)行校驗(yàn)工作的。

2.校驗(yàn)裝置

一般校驗(yàn)溫度在300-12000C的熱電偶校驗(yàn)裝置如圖2-18所示，主要由管式電爐、冰點(diǎn)槽、切換開關(guān)、電位差計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)熱電偶組成。校驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶應(yīng)符合表2-7的規(guī)定。管式電爐的管子內(nèi)徑為50-60mm，管子長度為600-1000mm。管內(nèi)最好要求有100mm左右的恒溫區(qū)。讀數(shù)時(shí)要求恒溫區(qū)的溫度變化每分鐘不得超過0.2℃，否則不能讀數(shù)。溫度數(shù)值的變更，通過調(diào)壓變壓器來實(shí)現(xiàn)。電位差計(jì)精度等級不得低于0.03級。一般在大口玻璃保溫瓶內(nèi)貯盛冰水混合物作為冰點(diǎn)槽。

校驗(yàn)溫度點(diǎn)的±10℃范圍內(nèi)，且溫度變化速率小于每分0.2℃時(shí)，就可以用電位差計(jì)測量被校及標(biāo)推熱電偶的熱電勢值。校驗(yàn)讀數(shù)時(shí)，在每一個(gè)校驗(yàn)溫度點(diǎn)上對標(biāo)準(zhǔn)和被校熱電偶熱電勢的讀數(shù)都不得少于4次，然后求取電勢讀數(shù)的平均值，并用它查分度表，通過比較得出被校熱電偶在各校驗(yàn)溫度點(diǎn)上的溫度誤差值。并與表2-8進(jìn)行比較，若溫度誤差超出允許范圍，則熱電偶不能使用。

第一章﹑實(shí)驗(yàn)安全實(shí)驗(yàn)安全是實(shí)驗(yàn)中永遠(yuǎn)的主題，科研課題及研究生論文的試驗(yàn)研究工作常常伴隨著危險(xiǎn)，無論怎樣簡單的試驗(yàn)都不能粗心大意。一旦發(fā)生事故,不僅使人身和設(shè)備受到損害，同時(shí)在精神上給人很大的打擊，事故發(fā)生的重要原因之一是研究工作者的不安全行為所致。因此，了解試驗(yàn)安全常識，杜絕不規(guī)范的操作，增強(qiáng)防范意識并做好預(yù)防措施

，才能使科學(xué)研究工作順利有效地開展。忽視了這一點(diǎn)，一旦發(fā)生事故;特別是人身事故，我們所做的一切一切都會(huì)受到影響乃至造成終生遺憾。

一﹑人身安全

1﹑根據(jù)各專業(yè)特點(diǎn)談人身安全〈1〉鑄造研究生在進(jìn)行澆鑄工作的安全1）指導(dǎo)教師和學(xué)生操作時(shí)均要穿戴好工作服。2）鑄造設(shè)備、造型材料要在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)后才可動(dòng)用。3）造型時(shí)不要用嘴吹型砂，以免砂粒飛入眼里。4）澆注時(shí)嚴(yán)格遵守爐前安全操作規(guī)程，避免鐵水飛濺傷人。5）兩人抬的水包應(yīng)互相配合，特別注意鐵水包的意外傾斜防止鐵水溢出燙人。6）澆注剩余的鐵水不能隨意亂倒。7）澆注場地不能有積水，亂放器械，應(yīng)保持澆注鑄型周圍的道路通暢。8）觀察開爐與澆注時(shí)，應(yīng)站在一定距離外的安全位置，不要站在澆注往返的通道上，如遇火星或熔化金屬飛濺時(shí)應(yīng)保持鎮(zhèn)靜，同時(shí)要防止碰壞砂型或發(fā)生其他事故。?！?〉焊接研究生在進(jìn)行焊接工作的安全1）從事焊接工作時(shí)應(yīng)使用防護(hù)用品，既絕緣鞋，手套等。2）當(dāng)焊接銅﹑鋅﹑鉛等有色金屬時(shí)，必須帶口罩，工作場地應(yīng)進(jìn)行清理，無雜亂物品，排除危險(xiǎn)因素。3）焊接工作場所內(nèi)，不得有火﹑油或易燃﹑易爆物品，否則不得進(jìn)行焊接工作。4）不戴防護(hù)面罩的人不得觀察電弧，以免灼傷眼睛。5）氣焊操作必須進(jìn)行嚴(yán)格培訓(xùn)，并有持證焊工在現(xiàn)場指導(dǎo)方可操作，否則不得操作。6）氧氣瓶和乙炔瓶須相距5m以上放置，氧氣瓶不得撞擊和觸及油物，附近嚴(yán)禁煙火。7）焊機(jī)外殼必須可靠接地，以防觸電。一旦設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)立即切斷焊機(jī)電源，及時(shí)進(jìn)行檢修。8）焊后清渣時(shí)，要防止焊渣崩入眼中。

〈2〉鍛壓研究生在工作的安全1）操作者必須通過閱讀設(shè)備使用說明書，完全掌握設(shè)備使用要領(lǐng)，并通過考核，指導(dǎo)教師在場方可使用設(shè)備。2）工作前必須認(rèn)真檢查設(shè)備狀態(tài)，即檢查各安全防護(hù)裝置（防護(hù)罩、限位開關(guān)、限位檔鐵、電氣接地、保險(xiǎn)裝置等）應(yīng)齊