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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划热电偶的制作与标定,实验报告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：了解热电偶的测温原理；掌握设计制作热电偶的温度计一般技能；掌握热电偶温度计的标定方法；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11图1-1热电偶测量温度
2、的基本原理是热电效应，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。热电偶就是由两种不同的金属材料焊接而成。使用时通常将一端保持在一定的恒定温度(如0或100)，当对另一端加热时，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
3、，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和若T0时，闭合回路的电动势为E?k/e(T?T0)Ln(na/nb)T不等于T0，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：2E?a(t?t)?b(t?t)?.000式中，a,b.是常数，称为温差系数，表示温差为1C时的电动势，其大小取决于组成热电偶的材料；t和t0是接触处的摄氏温度，T0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：E?a(t?t0)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
4、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(35kW)，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
5、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，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110160V，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和插入时间使焊点圆滑。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34次
6、就可焊成。此方法使用电压较高，超出安全电压，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。铜-铜镍热电偶铜-铜镍热电偶又称铜-康铜热电偶，也是一种最佳的测量低温的廉金属的热电偶。它的正极是纯铜，负极为铜镍合金，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-2003
7、50。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，刘畅生，传感器简明手册及应用电路温度传感器分册，西安电子科技大学出版社王伯雄，测试技术基础，清华大学出版社，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
8、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。热电偶的制作与标定试验指导老师：徐之平学生：代国岭学号：专业：工程热物理热电偶的制作与标定试验一、实验目的1了解热电偶温度计的测温原理2学会热电偶温度计的制作与矫正方法3掌握电位差计的原理和使用方法二、实验仪器P21588型数字毫伏表、SY821型转换开关、RTS-00B制冷恒温槽、HTS-300B标准油槽、实验热电偶三、实验原理两种不同成份的导体A、B两端接合成回路
9、，当A、B两个接合点的温度T、T0不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端，另一端叫做冷端；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数；热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；当热电偶的两个热电偶丝
10、材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。四、实验记录及处理1热电偶的制作按实验要求，截取两根适当长度的电偶丝，消除两端的氧化膜，套上绝缘套管，用钢丝钳将两根偶丝的端部胶合在一起。微微加热，立即蘸取少许硼砂，再在热源上加热，使硼砂均匀地覆盖住胶合头，防止偶丝高温焊接时氧化。交流弧焊法：将隔离变压器输出电压调至30V左右，以碳棒为一极，胶合头为一极，用绝缘良好的夹子夹住，使两极相碰，电弧产生的瞬间高温使胶合头熔焊在一起，形成光滑的焊珠。刚焊接的热电偶存在内应力，金相结构不符合要求，使用过程中会导致温差电势不
11、稳定，结果重显性差。精密测量用的热电偶必须进行严格的热处理，消除内应力。2热电偶的校正将热电偶的两端分别插入盛有少许硅油的玻管中，然后将一支玻管插入盛有冰水的保温瓶中，另一支玻管插入恒温水浴中。调节恒温水浴的温度，在室温至800C之间均匀地取六个不同温度的点，用电位差计分别测出各温度点的电动势。实验数据记录拟合曲线如下热电偶辨识实验一实验目的：通过对热电偶的辨识，并对辨识结果进行动态误差修正，掌握系统辨识方法中的时域辨识方法和对测量结果的动态误差修正方法，了解动态误差修正在实际生活中的应用。二实验器材：热电偶一个，应变放大器一台，桥盒一个，数采模块，pc机一台。三实验原理：本实验是基于热电偶测
12、温的工作原理所做，即：热电偶是由两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势热电动势，这就是所谓的塞贝克效应(seebeckeffect）。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。读出热端的电动势，然后根据热电动势与温度的函数关系可得出当前的温度值。当我们将热电偶放入热水中，由于温度的变化，产生一个阶跃信号，通过图形确定系统是几阶系统，然后对模型进行辨识，并对测量结果进行动态误差修正，将修正前后的响应特性曲线进行比较，对实验结果进行分析。四实验过程：将热电偶通过桥
13、盒与应变放大器相连，然后与pc机连接好，组成一个完整的传感器系统。按如图1所示方式将热电偶的两个接线端接入桥盒。图1热电偶与桥盒的连接pci6013ai接线分配如图2所示，我们这里选择的是第一通道，所以连接33号跟64号线。图2pci6013ai接线分配打开labview，单击启动采集按钮，将k型热电偶迅速放进热水瓶中，待输出稳定后保存数据然后取出热电偶冷却，然后重复多次试验，保存数据。利用所保存的数据进行系统辨识和误差修正。五实验数据分析下面通过实验来进行系统辨识及其动态误差修正。它利用不平衡电桥产生的热电势来补偿热电偶因冷端温度的变化而引起热电势的变化,经过设计,可使电桥的不平衡电压等于因
14、冷端温度变化引起的热电势变化而实现的自动补偿。后接放大器来将热电偶输出的电压信号进行放大，经过数采卡进行数据采集，最后传到计算机处理。经实验测得几组数据，经过仿真得到如图3所示阶跃响应特性曲线。图3阶跃响应特性曲线由于初始状态不为零，所以通过一定的计算使他的初始状态变为零。如图4所示。图4未加补偿前的阶跃响应图像本实验采用动态测量系统的时域辨识，根据上述所获得的阶跃响应曲线可判断该系统为一阶或者二阶系统。本实验采用最小二乘法来辨识差分方程。为了辨识差分方程的阶次，分别采用一阶和二阶进行辨识，通过比较拟合误差平方和来确定是几阶系统。调用a,b,j=de_id01(x,y,1)和a,b,j=de_id01(x,y,2)可得一阶差分方程的拟合误差为j=，二阶差分方程的拟合误差为j=，由于拟合误差差距不大且一阶系统辨识较为简单，故将待辨识差分方程的阶次设为1阶。设离散传递函数为h1=(b0+b1z-1)/(1+a1z-1)其中a1,b1和b0为待辨识方程的系统参数。得到参数辨识结果为transferfunction:-z-1-1-z-1samplingtime:这是一个一阶低通系统，其幅频特性和相频特性如图5所示。图5原系统频响特性由幅频特性曲线可见，原系统的工作频带是在低频段，公称增益应为增益下降到10%附近的公称增益的上限频率约为v10%=。篇二：热电偶测温系统实验报告书
