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热电偶温度计的制作与标定实验学时：4实验类型：设计实验要求：选修一、实验目的：（1）了解热电偶的测温原理；（2）掌握设计制作热电偶的温度计一般技能；（3）掌握热电偶温度计的标定方法；（4）学会使用热电偶温度计进行实际测量温度及数据处理。二、实验内容制作一根热电偶温度计再给以标定，并用该热电偶温度计进行实际测量温度。三、热电偶温度计工作原理热电偶温度计具有结构简单、测量范围宽，准确度高，热惯性小、输出的电信号便于远传或信号转换等优点，所以目前应用十分广泛．图1—1图1-1热电偶测量温度的基本原理是热电效应（或温差效应），将两种不同材料的导体首尾相连接成闭合回路，如图1-1所以。如两接点的温度不等，则在回路中就会产生热电动势，这种现象称之为热电效应（这一热电现象早在1821年就由塞贝克发现的，所以这一现象也称塞贝克效应）。热电偶就是由两种不同的金属材料焊接而成。使用时通常将一端（参考端）保持在一定的恒定温度(如0℃或100℃)，当对另一端（测量端）加热时，在接点处有热电势产生。如参考端温度恒定，其热电势的大小和方向只与两种金属材料的特性和测量端的温度有关，而与热电偶的粗细和长短无关。当测量端的温度改变后，热电势也随之改变，并且温度和热电势之间有一固定的函数关系，利用这个关系就可以测量温度。接触电势差的大小和相接处的两种金属的性质及接触处的温度有关，当量两种不同的材料的金属想成闭合回路时，按上述接触电势差的性质可以判定，，若两接触处的温度分别为T和0T时，闭合回路的电动势为)/()(/0bannLnTTekE若0TT不等于，则E不等于0，这种电动势称为温差电动势。在实际中，给出来的温差电动势都用下式表示：.........)()(200ttbttaE式中，a,b.....是常数，称为温差系数，表示温差为C01时的电动势，其大小取决于组成热电偶的材料；0tt和是接触处的摄氏温度，0T为冷端温度，T为热端温度在温差不太大的情况下，可近似为：)(0ttaE可见，若常数和冷端温度已知，只要侧得温度电动势，就能得到热端温度（热端也称做测温端）三、热电偶温度计制作由两根不同质的导体熔接而成的闭合回路叫做热电回路，当其两端处于不同温度时则回路中产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。热电偶在生产和使用过程中，新制热电偶或焊点处断裂都需要将测量端焊接起来，而焊接质量的好坏直接影响热电偶测温的可靠性。热电偶的焊接方法主要有直流电弧焊、交流电弧焊、对焊、盐水焊等。本实验采用盐水焊。盐水焊是目前贵金属热电偶测量端焊接较好的一种方法。它的优点是设备简单、操作简便、盐水对测量端腐蚀轻，焊点光亮圆滑，能够满足对热电偶焊接质量的要求。焊接装置由调压器焊接装置由调压器(3—5kW)，烧杯(500ml)和热电偶夹具等组成。如图1所示。具体焊接方法如下：1）、盐水配制：用化学纯氯化钠与蒸馏水配制成饱和盐水，并盛入烧杯中，液面离杯口不大于5mm，以便于观察插入深度和焊点大小。2）、焊接：一个鳄鱼夹夹住一根长100mm、直径为3mm的金属棒（或碳棒），放入饱和盐水中，接上调压器的输出端。用竹镊夹住经整理齐直的热电偶丝，并与调压器的另一输出端接通。根据热电偶丝的直径与材料调节调压器输出电压，约为110～160V，将热电偶垂直插入液面，其深度约为1mm。插入液面的时间不宜过长，以焊点直径不超过1.2mm为宜。观察焊点是否圆滑光亮，如果不圆须再次插入液面并控制插入深度（应浅一些）和插入时间（应短一些）使焊点圆滑。这里应注意的是，每次插入的时间隔不要太长，须在测量端还发红时接着插入盐液中。这样充分利用余热可获得成型快，焊点圆的效果。通常一个焊点在点插3—4次就可焊成。此方法使用电压较高，超出安全电压（36V），需要注意安全，在焊接过程中要充分重视这一点，避免发生人身事故。2、热电偶参比端设置。测量热电偶的热电势只与2个连接点的温度有关，只有当参比端温度稳定不变且已知时，才能得到热电势与被侧温度的单值函数关系。本实验采用冰点法对参比端进行处理。根据热电偶制作方法的不同，可采取不同的连接方法。本设计采用下图所示方法。（T型热电偶）铜-铜镍热电偶铜-铜镍热电偶（T型热电偶）又称铜-康铜热电偶，也是一种最佳的测量低温的廉金属的热电偶。它的正极（TP）是纯铜，负极（TN）为铜镍合金，常之为康铜，它与镍铬-康铜的康铜EN通用，与铁-康铜的康铜JN不能通用，尽管它们都叫康铜，铜-铜镍热电偶的盖测量温区为-200~350℃。T型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜等优点,四、实验组织运行要求由学生自主设计实验方案，，然后集中评议设计方案，最终自行实验的开放教学模式五、实验条件多种热电偶材料，标准温度计。电位差计，恒温水浴，热电偶焊接装置等设备材料。参考资料：朱祖涛，热工测量和仪表，水利电力出版社，1991.5刘畅生，传感器简明手册及应用电路（上册）温度传感器分册，西安电子科技大学出版社2005.11王伯雄，测试技术基础，清华大学出版社，2003.4六、实验要求查阅资料，编写设计方案，在通过实验教师批准实验方案后，根据方案进行实验并书写实验报告。七、思考题1、实验中最易出现误差的环节是什么？2、热电偶在自动化测量中广泛应用的原因是什么？3、试比较热电偶温度计与其他温度计性能上的差异。八、实验报告实验报告的内容，写清实验日期人员、简介实验原理和装置，实验步骤，数据处理与实验结果分析，绘制出mv-t分度图。另外还要附有实验方案以及查阅的相关的资料。