实验指导书热工设备及仪表讲解.docx
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实验指导书热工设备及仪表讲解
《热工设备及仪表》
实验指导书
余业球曾国勋卢国辉胡永俊
广东工业大学材料与能源学院
2013年7月
目 录
实验一动圈式温度指示调节仪构造、原理及校验１
实验二 热电偶的校验５
实验三 加热炉的温度控制９
实验四 气体渗氮、渗碳炉结构１１
实验一动圈式温度指示调节仪构造、原理及校验
实验项目性质：
普通实验
所属课程名称：
热工设备及仪表
实验计划学时：
2学时
一．实验目的
1.了解动圈式温度指示调节仪的结构及原理，掌握其校验方法。
2.了解直流电位差计的结构和工作原理，学会使用其进行信号输出或测量。
二．实验内容和要求
了解UJ-37型直流电位差计的结构和工作原理，掌握其使用方法；了解XCT－101型动圈式温度指示调节仪的结构及原理，掌握其校验方法。
三．实验主要仪器设备及材料
XCT-101型温度指示调节仪、UJ-37型直流电位差计、调压箱（直流电压信号源）、电阻箱（或固定外接电阻）。
四．实验方法及步骤
（一）了解动圈式温度调节仪及直流电位差计的构造及原理
图5 电阻电位差计原理图
EX－被测电势 EB－标准电池 RH－读数盘电阻 Rr－调定电阻 E－工作电源
Ri－工作电流调节电阻 K－转换开关
（二）动圈式温度指示调节仪的校验
动圈式仪表的校验项目很多，本实验仅进行指示误差及变差（不灵敏区）的校验。
实验方法及步骤如下：
1、按图4接线。
图中由干电池和几个电位器组成的调压箱作为直流信号源。
调压箱与仪表间的连接电阻（外接电阻）应符合仪表表面上指明的数值，可用标准电阻箱满足它。
2、接通调压箱电源前，先把仪表指针调零。
3、接通调压箱电源，调节调压箱输出电压，使指针平稳上升，并对准仪表第一个被检分度线中心，然后在直流电位差计上读出相应的毫伏数，即为该分度线的正向读数E正。
按此方法自下而上依次检定其它被检分度线，读取各正向读数。
4、在终点分度线读取正向读数后，继续增加调压箱输出电压，使仪表指针越过终点分度线约2～3毫米，然后减少调压箱输出电压，使指针平稳地返回终点分度线中心，此时在直流电位差计读取的电压值即为该分度线的反向读数E反，按此方法自上而下依次检定其它各被检分度线，读取反向读数。
5、数据处理
（1）仪表指示误差按以下公式计算：
δ正、δ反—被检分度线的正、反指示误差；
E标—被检定分度线的标称电压，毫伏；
E终标、E始标—被检仪表终点分度线和始点分度线对应的标称电压，毫伏。
被校仪表的指示误差小于等于该仪表的精度为合格。
（2）仪表变差（不灵敏区）按以下公式计算：
Δδ——不灵敏区（变差）
其它代号同前文。
不灵敏区（变差）小于精度的一半为合格。
仪表校验数据记录表
仪表型号：
测温范围：
精度等级：
主要分度线
（℃）
仪表分度线上对应的毫伏数（mv）
指示误差（%）
变差
（%）
结论
E标
E正
E反
δ正
δ反
五．实验报告要求
1．简述校验方法。
2．进行数据处理，作出结论。
六．思考题
1.XCT－101型动圈式温度指示调节仪配置断偶保护电路的目的是什么？
实验二 热电偶的校验
实验项目性质：
普通实验
所属课程名称：
热工设备及仪表
实验计划学时：
2学时
一．实验目的
1.通过实验，掌握热电偶的校验方法。
2.了解热电偶的返修方法。
二．实验内容及要求
采取常用的比较法进行热电偶的校验，即利用标准热电偶与被校热电偶在同一条件（同温）下测量其热电势值，求出相应的温度误差。
三．实验主要仪器设备和材料
管式电阻炉、UJ37型直流电位差计、调压器、冰点器、转换开关、II级标准铂铑10－铂热电偶、被校镍铬－镍硅热电偶（２支）。
四、实验方法及步骤
1．按接线示意图将仪器线接好；
2．将标准热电偶和被校热电偶，用处理的石棉捆扎好后，放入炉子中心位置，并石棉绳将炉孔堵塞。
3．将热电偶冷端接好相应的补偿导线，另一端接好普通导线，套上塑料胶管，置于冰水共存的冰点器中；
4．根据直流电位差计选用标准电池，0.01级、0.02级直流电位差计应配用I级或II级标准电池，0.05级直流电位差计应配用II级标准电池；在室温 t≠20℃时按下式计算电动势补正：
式中：
Et－温度为t℃时的电动势（伏）；
E20－温度为20℃时的电动势（伏）；
t－使用时的温度℃
5．升降温度时，应缓慢调整输入电流，当炉子温度稳定在检查点附近时进行校验。
镍铬－镍硅热电偶的检定点为400℃、600℃、800℃、1000℃。
先从标准开始依次读取各热电偶的电动势，再依相反方向进行，每支读数不应小于两次，测定顺序如下：
标准 → 被检1 → 被检2
↓
标准 ← 被检1 ← 被检2
在读数一周期间炉温变化不应超过1℃。
6．铂铑10－铂热电偶是贵金属热电偶，价格较贵，使用时应十分小心，不得损坏。
热电偶经校正后，其被测误差如在允许误差范围内，就算合格。
否则，该热电偶应报废或将工作端剪去一段，重新焊接，再进行校验。
五、实验报告要求
1．试验结果整理画出mv－℃关系图。
2．进行数据处理。
把在同一校验点所测得的标准与被校热电偶的各读数取算术平均值。
查相应的热电偶分度表，得出相应的温度。
求出误差 （△t=t被－t标）看是否在允许误差范围内，然后进行误差分析。
六、思考题
1.分析冷端温度变化对测量准确性影响及如何进行校正？
镍铬－镍硅热电偶校验实验记录表
校验点
热电偶种类
热电势（mv）
温度
℃
误差
△t
℃
修正值
-△t
℃
编号
温度℃
测量值
平均值
顺
反
1
400
标准
实测1
被测2
2
600
标准
实测1
被测2
3
800
标准
实测1
被测2
4
1000
标准
实测1
被测2
附：
常用热电偶新、旧分度号对照表
名 称
旧分度号
新分度号
铂铑10－铂
LB-3
S
镍铬－镍硅
（镍铬-镍铝）
EU-2
K
附录：
热电偶技术数据
种类
分度号
正负极辨别
被校验点温度（℃）
允差误差（℃）
极性
热电
偶丝
相应补偿丝
温度
允差
温度
允差
铂铑10-铂
S
正
负
较硬
柔软
红
绿
600
800
1000
1200
≤600
±2.4
>600
±0.5%t
镍铬－镍硅（镍铬-镍铝）
K
正
负
不亲磁
亲磁
红
绿
400
600
800
1000
≤400
±4
>400
±0.75%t
镍铬－铐铜
EA
正
负
色较暗
银白色
红
黄
300
400（500）
600
≤300
±4
>300
±2.5℃或±0.75%t
注：
１．补偿导线的色别为导线线芯绝缘层的颜色；
2．t为热电偶工作端温度值（℃）
实验三 加热炉的温度控制
实验项目性质：
普通实验
所属课程名称：
热工设备及仪表
实验计划学时：
2学时
一．实验目的
掌握炉温的自动控制原理及技能。
二．实验内容及要求
用温控仪、交流接触器、温度传感器等仪器及元器件，设计一个温度控制装置用来控制加热炉的温度。
三．实验主要仪器设备和材料
K型热电偶（镍铬－镍硅）、XMT-101型数字显示温控仪、交流接触器、加热炉（交流220V，功率1.5KW）、开关、导线等。
四．实验方法及步骤
1.控温原理：
当炉温小于某一设定值（例如780℃）时，加热炉通电加热，炉温升高；当炉温大于该设定值（例如780℃）时，加热炉断电停止加热；而当炉温低于该设定值时，加热炉又通电加热，如此反复。
实现加热炉温度的自动控制。
上图是XMT-101型温控仪后板的接线图和加热炉的示意图。
温控仪的输出是一个开关量（其允许电流小于1.5mA），即：
工作时当温度小于设定值时，输出短路（相当于开关闭合）；当温度大于设定值时，输出为开咱（相当于开关断开）。
可以用其中任一组开关（常开开关或常闭开关）。
2实验步骤
（1）根据所提供的器件，运用所学的知识自己绘出加热炉的温度控制电路图。
（2）检查电路图是否可行。
（3）按电路图接线。
（4）经老师检查无误后通电，将温控仪表设置在某一温度，观察温控装置能否实现温度的自动控制。
写出实验报告。
五．实验报告要求
绘出加热炉的温度控制电路图。
六、思考题
1.本实验所设计的加热炉的温度控制电路能否实现精确控温？
为什么？
实验四 气体渗氮、渗碳炉结构
实验项目性质：
普通实验
所属课程名称：
热工设备及仪表
实验计划学时：
2学时
一．实验目的
掌握典型炉体的结构和熟悉各部件作用
二．实验内容及要求
画出气体渗氮、渗碳炉的结构，写出各部件的作用及精度
三．实验主要仪器设备和材料
气体渗氮炉、气体渗碳炉、开关、导线等。
四．实验方法及步骤
1.气体渗氮炉和渗碳炉的结构：
观察气体渗氮炉和渗碳炉的炉体结构和相关配件，并了解各部件的作用。
2实验步骤
（1）老师介绍炉体结构和各部件作用。
（2）学生自行观察气体渗氮炉和渗碳炉的炉体结构，绘出其结构图。
（3）学生自行了解渗氮炉和渗碳炉整套设备的各部件的名称、作用和精度。
五．实验报告要求
绘出气体渗氮炉和渗碳炉的炉体结构图，写出各主要部件的名称、作用和精度。
六、思考题
1.设计气体渗碳炉时如何确定炉体参数。
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