如何标定热电偶.docx

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如何标定热电偶

实验一热电偶和测温系统的标定

一、 实验目的

1、 学习热电偶的焊接方式；

2、 了解热电偶冷端补偿的重要性；

3、 熟悉热电偶的特性和标定方式；

4、 了解测温系统的组成和温度校准进程。

二、大体原理

图1－1为温度测试的实验装置，各部份的作用为：

图1-1测温系统方框图

热源功率为300w，能产生高达500℃的温度；

热电偶：

FU－2作标准热电偶；

EA－2作被校准电偶；

冰点槽：

用作热电偶的冷端处置；

数字电压仪：

为热电势标准测量仪；

动圈式仪表：

指示热源的温度；

定温调剂

定温调剂进程：

图1－2为动圈仪表的面板。

当旋动“定温操纵”旋钮时，红色定温指针将指示预定的温度，黑色指示指针随热源温度的上升向右移动，慢慢靠近红色指针，现在绿灯亮，说明加热电源接通。

当红色指示灯亮时，说明电源切断。

由于热惯性，黑色指示将继续上升，并超过红色指针指示的温度，以后温度慢慢下降，至红色指针周围，继而绿灯又亮，电源接通，……如此反复多次，当红灯和绿灯的指示时刻相等且两灯指示之间和为（40±10）秒时，黑色指针大体对准红色指针，能够为热源温度已大体操纵在定温点。

图1-2动圈仪表面板

利用上述装置，可对热电偶和测温系统进行标定。

1、 热电偶的标定

热电偶利历时，是依照电偶标准分度值来确信温度的，“标定”确实是对所利用的热电偶进行校验，确信误差大小。

本实验用EU－2作为标准热电偶，EA-2作为被校热电偶，数字电压表作电势的标准测量仪器，动圈式仪表作定温操纵作用，使两支热电偶在相同温度时，由数字电压表别离读出相应的电势值，并由分度表查得相应的温度值，然后以EU-2热电偶的温度标准，来判定热电偶EA-2的误差。

2、 以热源、热电偶EU-2和数字电压表组成标准测温系统，用以测定热源的温度.热电偶EA-2与热电偶EU-2处于同一热点，它与动圈式仪表组成被校测温系统，以EU-2输出的数字电压表读数为基准，分析被校测温系统的误差。

三、实验设备

1、

位数字电压表一个

2、XCT-131动圈式温度指示调剂仪一个

3、热源300w一台

4、热电偶

EA-2镍铬－铐铜一支

EU-2镍铬－镍铝一支

5、冰点槽一个

6、接线板一个

7、自耦变压器一台

四、测量线路和实验步骤

（一）  热电偶的焊接

将一段镍铬－铐铜热电偶的线端用砂纸砂净，拧成螺状1-2圈，按图1-3连线，用碳棒尖去接触热电偶端点产生电弧，使二导体焊在一路，焊后应检查结点是不是符合球状，光洁对称，不然应重焊。

图1-3热电偶焊接装置

（二）、冷端补偿效应的测定

1、 调整动圈式仪表的机械零位

2、 按图1-4接线，并将开关置于“上”

图1-4热电偶标定接线图

3、 置于同一金属管中的两只热电偶放入热源深处并旋紧固定。

4、 将两只热电偶的冷端置于冰点槽中。

5、 接线完毕后，稳固5分钟，现在动圈仪表的黑色指针指示――C，数字电压表显示――mv

6、 将热电偶的冷端拉出冰点槽，并置于室温下5分钟，观看现在动圈仪表合格数字电压表斯文读数与步骤5的数据相较较，得出自由端有无补偿的不同。

7、 将热电偶冷端从头放入冰点槽中，为下面的实验做好预备

（三）、热电偶的标定

1、 上述接线维持不变

2、 将开关置于“上”

3、 开启热源的电源，使热源升温

4、 将动圈仪表的红色定温指针调至100℃，黑色指示指针将随热源温度升高向右移动，当温度上升到给定值周围时，由于仪表的操纵作用，使温度稳固在给定区间，观看红――绿灯指示时刻相等且其和为（40±10）秒时，能够为温度已大体操纵稳固，利用开关k，在数字电压表上别离读出同一温度时热电偶EA-2和EU-2的毫伏值。

记入表1。

表1

a）5、 再将定温点调至200℃、300℃、400℃、500℃四个校准点，重复步骤4，将读数记入表1。

b）6、 以EU-2的温度值为基准，计算EA-2的误差

（四）测温系统的标定

图1-4中由动圈仪表，热电偶EA-2和热电源组成了一个最简单的测温系统。

将图1-4中的开关k打向上，就能够够利用EU-2为标准对此测温系统标定。

1、 将图1-4中的k投向上。

2、 将红色定温指针指向100℃。

当热源温度稳固在100℃时，同时读出动圈仪表和数字电压表的标示值，记入表2。

表2

3、 重复步骤2，将红色定温针指向200℃、300℃、400℃、500℃别离在同一时刻读取相应的动圈仪表和数字电压表的指示值，记入表2。

4、 由数值电压表读出的毫伏数，在EU-2分度表上查得的温度作为基准，与动圈仪表的读数相较较，得出整个测温系统的误差大小。

五、试探题

1、 热电偶及测温系统采纳上述实验标定的准确性如何如何改良

1、 若是冰点槽内放的是10℃水，可否进行标定

3、 热电偶的焊接还有些什么方式，其焊接的质量如何

六、实验报告要求

（一）  写明实验的目的，内容及方式，并简述所用仪器设备，名称，型号等。

（二）作书面报告

1、 依如实验数据记录，作简要的结论。

2、 画出被标定热电偶EA-2的定标曲线。

3、 分析热电偶标示实验存在的问题，提出改良意见。

4、 实验测量系统标定存在有何问题。

附表温度与绝对毫伏数据对照表

实验14热电偶的制作与标定

一、实验目的  1.了解热电偶温度计的大体工作原理。

  2.把握热电偶的制作及标定方式。

二、大体原理

  依照电化学理论可知，当两种不同的物质（如金属）彼此接触时，在接触界面上就会发生电子互换。

由于两种物质中电子的逸出功不同，电子逸出功较小的那种金属M1的电子更易跑到电子逸出功较大的那种金属M2上，即在单位时刻内越过界面由M1进入M2的电子数多于由M2进入M1的电子数。

净结果是M2取得了多余的电子带负电；相应地，M1那么取得了与M2上多余电子数相当的空穴而带一样数量的正电荷，从而在界面上形成了一个界面电场。

界面电场的方向是从多余电子的M2一方指向缺乏电子的M1。

界面电场随多余电荷数的增加而增加。

另一方面由于界面电场从M2指向M1，会阻碍电子自M1进入M2，而加速电子从M2进入M1，以致在必然的条件下，电子从M1进人M2的速度与从M2进入M1的速度相等，达到动态平稳，现在M2上的多余电子数和M1上的空穴数将再也不增加，界面电场也就达到稳固值。

这种由两种不同的物质彼此接触而在界面上产生的电势就称为界面电势或界面接触电势。

  界面接触电势的大小与金属的电子逸出功紧密相关。

两种金属的电子递出功相差越大，其界面接触电势就越大，反之亦然。

  另一方面，由于金属电子逸出功的大小与温度有关，因此温度不同，界面接触电势也就不同。

金属热电偶温度计确实是基于这一原理设计而成的。

将两种不同的金属有机地焊接在一路就形成了一个测温热电偶温度计，图是一种典型的单端热电偶温度计，其中1为镍铬丝，2为考铜丝，3是焊接点，4是铜导线，5为毫伏表。

测量时，将焊接点3置于待测系统中，从毫伏表读数可推知系统的温度值。

  认真分析一以下图的测量回路，不难发觉：

在单端热电偶测量回路中，热电偶与导线通过两个接点相连，在该接点处亦会产生界面电势，故毫伏表实际读数应为各界面电势的代数和。

这就给实验带来了必然的误差，而且随着接点处温度的转变。

这种误差亦会发生转变。

因此单端热电偶只在测量精度要求不太高的情形下利用，实验室经常使用的马福炉就选用单端热电偶作温度测量与操纵元件。

图热电偶温度计

a-单端热电偶b-双端热电偶

1-镍铬丝2-考铜丝3-焊接点4-铜导线5-毫伏计、

  在精准测量中必需选用如图所示的双端热电偶温度计。

在双端热电偶温度计中，导线与同种金属相连，假设两个连接点的温度相同（这一条件一样情形下是能够知足的，因为通常情形下，是将两个连接点置于同一环境中），那么在测量回路中两个与导线相连的连接点所产生的界面电势大小相等，方向相反，以致在回路中彼此抵消。

因此，测量回路中的界面电势仅仅是两个焊接点的界面电势的代数和。

实际利历时，老是将其中一端（称冷端）置于冰水浴中，另一端（称热端）置于待测系统中，并使热端与高阻毫伏表的正接线柱相连，冷端与负接线柱相连。

那么当毫伏表读数为正时，说明系统温度高于0℃。

反之假设毫伏表读数为负，说明系统温度低于0℃。

由于在两个焊接点中有一端（冷端）温度已经固定，那么热电偶的实际热电势仅仅是热端温度的函数，这就为精准测量温度提供了保证。

  附录三中列出了一些经常使用热电偶温度计的热电势与温度的函数关系。

实际利用的热电偶，由于诸多方面的缘故，其热电势与温度的关系可能与这些标准值有必然的不同。

因此在精准测量中，通常需要对热电偶进行标定。

标定的方式是用热电偶去测量一些纯物质的相变点，以相变点的温度对热电势作图即可得该热电偶的工作曲线（或校正曲线）。

通过工作曲线，可查得在不同热电势时所对应的实际温度值。

三、仪器及试剂

  仪器：

调压器，加热保温电炉，双振开关，杜瓦瓶，记录仪，水银温度计，酒精灯，防护眼睛，钢丝钳，硬质试管。

  试剂：

镍铬丝，考铜丝，碳电极，硼砂，苯甲酸（AR），锡粒（AR），铅粒（AR），硅油。

四、操作步骤

1.热电偶的焊接。

别离取一根长约1m的镍铬丝与考铜丝，将其一端绞合在一路，用钢丝钳剪去较长的一端，使两根金属丝端面平齐，便于焊接；在考铜丝上穿上小瓷珠，再将另一端同法也绞合在一路。

在绞合头上蘸似硼砂，并在酒精灯焰上熔融，以硼砂裹住绞合头，以避免在电弧焊接时造成金属的氧化。

如图所示连接焊接线路，用绝缘夹夹住热电偶一端，调压器调至20~30V，插上调压器电源，调剂热电偶绞合端与石墨电极尖端间的间隙至恰好产生电弧为止（不要与石墨电极接触），利用电弧使绞合端熔融成球状即可。

同法，焊接另一端。

焊接完毕后，去掉硼砂。

2.退火。

新焊接的热电偶由于存在内应力，金相结构不符合要求等，因此会使热电偶在利用进程中产生不稳固的温差电势，复现性变差。

周密测温用的热电偶均需进行严格的热处置。

一样新焊接的热电偶，应进行退火处置，即先将热电偶升高温度，再使其慢慢冷却，直至常温。

        图热电偶焊接线路

1-调压器；2-考铜丝；3-镍铬丝；4-小瓷珠；5-石墨棒

2.退火。

新焊接的热电偶由于存在内应力，金相结构不符合要求等，因此会使热电偶在利用进程中产生不稳固的温差电势，复现性变差。

周密测温用的热电偶均需进行严格的热处置。

一样新焊接的热电偶，应进行退火处置，即先将热电偶升高温度，再使其慢慢冷却，直至常温。

3.热电偶温度计的校证。

在三根硬质玻璃试管中，别离加入约40g纯Sn粒、40g纯Pb粒及5g苯甲酸，再在Sn与Pb上装少量硅油，以避免高温时金属被氧化。

在另两支硬质小玻管中亦放入少量硅油再置于Sn及Pb粒试管中，以便插测温热电偶之用。

另取一支硬质小玻管，加入少量硅油后置于苯甲酸试管中。

图热电偶定点校正装置图

1-双振开关；2-调压器；3-内加热丝；4-加热保温电炉；5-外加热丝；6-镍铬丝；

7-考铜丝；8-冰水浴；9-记录仪

将盛装苯甲酸的试管置于加热保温电炉中，热电偶温度计的热端插入其中的小玻管中（注意插到底部）。

冷端插入冰水浴冲的小玻管中，按如图所示连接好线路，双振开关置a，接通加热炉电源，适当调剂加热功率，使温度缓慢上升，直至苯甲酸完全熔化，停止加热。

开启记录仪记录热电势与时刻的关系曲线（数字记录仪利用方式见第一分册）。

若是在测量中发觉热电势维持不变，说明样品已开始凝固，更应警惕地测准热电势，直至热电势开始明显下降为止。

为避免产生过冷现象，测量时应不断搅拌待测物，直至有固体析出，应注意使小玻管始终置于样品中部。

同理可测定Pb、Sn系统降温时热电