1、熱電偶溫度計(jì)的制作與標(biāo)定實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4實(shí)驗(yàn)類型：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求：選修 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）了解熱電偶的測溫原理；（2）掌握設(shè)計(jì)制作熱電偶的溫度計(jì)一般技能；（3）掌握熱電偶溫度計(jì)的標(biāo)定方法；（4）學(xué)會(huì)使用熱電偶溫度計(jì)進(jìn)行實(shí)際測量溫度及數(shù)據(jù)處理。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容制作一根熱電偶溫度計(jì)再給以標(biāo)定，并用該熱電偶溫度計(jì)進(jìn)行實(shí)際測量溫度。三、熱電偶溫度計(jì)工作原理熱電偶溫度計(jì)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11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

2、等，則在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)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(shí)通常將一端（參考端）保持在一定的恒定溫度(如0或100 )，當(dāng)對另一端（測量端）加熱時(shí)，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(gè)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)量兩種不同的材料的金屬想成閉合回路時(shí)

3、，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和時(shí)，閉合回路的電動(dòng)勢為 若，則E不等于0，這種電動(dòng)勢稱為溫差電動(dòng)勢。在實(shí)際中，給出來的溫差電動(dòng)勢都用下式表示： 式中，a,b.是常數(shù)，稱為溫差系數(shù)，表示溫差為時(shí)的電動(dòng)勢，其大小取決于組成熱電偶的材料；是接觸處的攝氏溫度，為冷端溫度，為熱端溫度在溫差不太大的情況下，可近似為： 可見，若常數(shù)和冷端溫度已知，只要側(cè)得溫度電動(dòng)勢，就能得到熱端溫度（熱端也稱做測溫端）三、熱電偶溫度計(jì)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(shí)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

4、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(shí)驗(yàn)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(35kW)，燒杯(500ml) 和熱電偶夾具等組成。如圖 1 所示。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

5、個(gè)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 110 160V ，將熱電偶垂直插入液面，其深度約為 1mm 。插入液面的時(shí)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(shí)間（應(yīng)短一些）使焊點(diǎn)圓滑。這里應(yīng)注意的是，每次插入的時(shí)間隔不要太長，須在測量端還發(fā)紅時(shí)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(gè)焊點(diǎn)在點(diǎn)插 34 次

6、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(gè)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(shí)，才能得到熱電勢與被側(cè)溫度的單值函數(shù)關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)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(jì)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-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

7、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。 T型熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求由學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，然后集中評議設(shè)計(jì)方案，最終自行實(shí)驗(yàn)的開放教學(xué)模式五、實(shí)驗(yàn)條件多種熱電偶材料，標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。電位差計(jì)，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(shí)驗(yàn)要求 查閱資料，編寫設(shè)計(jì)方案，在通過實(shí)驗(yàn)教師批準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方案后，根據(jù)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。七、思考題1、實(shí)驗(yàn)中最易出現(xiàn)誤差的環(huán)節(jié)是什么？2、熱電偶在自動(dòng)化測量中廣泛應(yīng)用的原