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1、课程编号：040122热工仪表及测量技术实验教学资料类另1内容关键词实验教学管理、实验项目摘要本文为实验项目的相关教学资料教学组长蔡炜中心主任臧建彬冃/徐*学机械侈饶源工检学院萦验塞L it bora lory of Mech an imil Ki11 eeri1Ttnii f修订历史文档版本时间撰写人备注实验项目教学资料V1.02013.07.10第一次整理完成实验项目教学资料V 2.02013.12.25第二次整理完成实验项目教学资料V 3.02014.02.25第三次整理完成实验教学资料管理热工仪表及测量技术课程实验教学大纲课程编号：040122学分：2总学时：34 实验学时：8大纲执笔
2、人：刘叶弟大纲审核人：张恩泽一、课程性质与目的课程性质：专业基础课(C1)。课程实验教学是本课程必须的教学环节。以实验教学为本，要求学生掌握本 课程实验的基本技能。完成课程实验的实验项目。二、课程面向专业 建筑环境与设备工程专业。三、实验基本要求 了解各种热工测量实验装置的基本原理和构造、掌握热工测量中常用的测试 仪器仪表的应用、对实验数据能正确地计算和处理。四、实验或上机基本内容实验基本内容：热工测量实验的基本原理和方法、常用的测试仪器仪表的应 用、数据处理方法。五、实验内容和主要仪器设备与器材配置序号实验项目内容提要实验类别每 组 人 数实 验 学 时主要设备与器材设备复套数主要消 耗材料
3、所在实验 室验 证综 合设计0005010209010热电偶的制作 与标定学会热电偶的焊接和 标定122焊接装置，恒温 水浴器，电位差 计，标准温度计2电池 热电偶线能源工程 实验中心0005010209020弹簧管压力表 的标定学会弹簧管压力表的 标定122标准压力表，压 力校验仪。2真空油 压力表能源工程 实验中心0005010209030毕托管风速测 试学会使用毕托管测风 速122毕托管，倾斜式 压力计，风道。1酒精能源工程 实验中心热球风速仪风 速测试学会使用热球风速仪 测风速热球风速仪，风 道。2酒精 电池能源工程 实验中心0005010209040管内水流量测 试及流量计标 定实验
4、学会使用浮子流量 计、超声波流量计、 涡轮流量计测流量122浮子流量计，量 桶，超声波流量 计，涡轮流量计。1能源工程 实验中心六、实验预习和实验报告的要求、考核方式 要求学生在实验课前预习实验指导书，按实验指导书要求独立完成实验报 告。指导教师批阅实验报告并作记录，作为实验课成绩评定依据。七、前修课程要求 (见热工仪表及测量技术课程教学大纲)。八、学时分配序号内容学时安排小计理论课时实验课时习题课时上机课时1学会热电偶的焊接和标定222学会弹簧管压力表的标定223学会使用毕托管测风速224学会使用热球风速仪测风速5学会使用浮子流量计测流量226学会使用超声波流量计测流量7学会使用涡轮流量计测
5、流量总计88九、教材、实验指导书与主要参考书 课程教材名称1. 热工仪表与自动控制. 实验指导书名称1. 热工仪表及测量技术实验指导书.实验一 热电偶的制作与标定一、实验目的1、了解常用测温仪表的种类和工作原理2、掌握热电偶温度计的工作原理，学会焊接铜-康铜热电偶3、学会标定热电偶二、实验原理和热电偶的焊接1、常用测温仪表及其工作原理 通常把测温仪表分为接触式与非接触式两大类，前者温度传感器与被测介质 直接接触，后者传感器不与被测介质接触。表1-1 列出了各种温度计及其工作原 理。表1-1 温度计的分类及其工作原理测温仪表的分类工作原理常用测温范围（C）主要特点接触 式测 温仪 表膨胀式液体膨
6、胀式利用液体（水银、酒精）或固体（双金属片）受热时产生膨胀的特性-200700结构简单、价格低廉，一般只用作就地测量固体膨胀式压力表式气压式利用封闭在一定容积中的气体、液体或某些液体的饱和蒸汽，受热时其体积或压力变化的性质0 300结构简单，具有防爆性， 不怕震动，可作近距离传 示；准确度低，滞后性大液压式蒸气式热电阻式金属热电阻利用导体或半导体受热其电阻值变化的性质-200850准确度咼，能远距离传送，适于低、中温测量；体积较大，测点温较困难半导体热敏电阻-100300热电偶式利用物体的热电性质0 1600测温范围广，能远距离传 送，适于中、高温测量； 需进行冷端温度补偿，在 低温段测量准确
7、度降低非接光学式利用物体辐射能随温度变化的性质6002000适用于不能直接测温的场触式测温仪表比色式合，测温范围广，多用于 高温测量；测量准确度受 环境条件的影响，需对测 量值修正后才能减小误差红外式2、热电偶温度计工作原理热电偶温度计由于在测温中有较高的准确度，所以在工农业生产和科研工作 中被广泛使用。两种不同性质的导体（或半导体）A、B连接组成的闭合回路称之为热电偶, 如图1.1所示。导体A、B叫做热电偶的热电极。当A、B相接的两个接点温度 不同时，回路中就会产生热电势E,这一现象称为热电效应；早在1821年由塞 贝克（Seebeck）所发现，所以又称之为塞贝克效应。热电偶的两个结点中，置
8、 于被测介质（温度为T）中的接点称为工作端或热端；温度为参考温度T0的一 端称为参考端或冷端AB工作端热端Ti冷端图1.1热电偶闭合回路图1.1所示的热电偶闭合回路中所产生的热电势E只与热电偶材料的性质和 两端的温度有关，与金属丝的长度、截面大小无关。当热电偶材料一定时，则热 电势E就只与热电偶两端温度T和T0有关，即E=f （T, T0）。如果冷端的温度 T0保持不变，则两端之间热电势E的大小就可以用来表示热端温度的高低。通 常将热电偶冷端放置于冰点恒温槽中，使冷端温度T0恒定在0C进行测温。3、热电偶的焊接 热电偶测量端与参考端都是由两种金属焊接制成的。为减小传热误差和滞后，焊接点宜小，其
9、直径应不超过两倍金属丝的直径。焊接方法可以采用点焊、 对焊，如图1.2 （a）和（b）所示；也可以把两个热电偶绞缠在一起再焊，称为 绞状点焊，如图1.2 （c）所示，但绞缠圈数不宜超过2-3圈。热电偶两热电极要很好地绝缘，以防短路。如果热电偶热电极是裸线，通常 都要用绝缘管套在导线上进行绝缘。（a）（b）（c）图1.2 热电偶的热接点热电极的极性可以这样确定：测量端失去电子的热电极为正极，得到电子的 热电极为负极。在热电势符号EAB（t, t0）中，规定列在首位的是正极，列在第二 位的是负极。如铜康铜热电偶，正极是铜，负极是康铜；铂铑10铂热电偶， 正极是铂铑合金，负极是纯铂。4、热电偶的标定
10、由于实验室使用的热电偶材料不一定完全符合标准化文件所规定的材料及 其化学成分，因此它的热电性质和允许偏差就不能与统一的热电偶分度表相一 致。为此，一般实验室所使用的热电偶属于非标准化热电偶，它的分度必须由测 温工作者自己标定。热电偶标定时可以采用不同的二次仪表进行标定，二次仪表 有毫伏表、电位差计、数据采集仪等。采用不同的二次仪表使用的冷端温度补偿 方式不同，常用的冷端温度补偿方式有以下几种：（1）冷端温度校正法（计算法）如果某介质的温度为t,用热电偶进行测量，其冷端温度为t0,测得的热电 势为EAB（t，t0）。根据中间温度定律，有E t,0）= E t,t）+ E t ,0）（式 1-1）
11、AB AB 0 AB 0即把测得的热电势EAB（t，t0）加上视为作热端时热电偶的热电势EAB（t0, 0）,猜得 到实际温度下的热电势 EAB（t， 0），然后通过分度表（此表是按冷端温度为零度 制出的）查得被测温度值。利用数据采集仪进行标定，即采用该冷端温度补偿法。 二次仪表自带冷端温度补偿，直接显示被测温度。2） 补偿导线法为了使热电偶的冷端温度保持恒定，可把热电偶加长，使冷端远离热端，并 连同测量仪表一起置于恒温或温度波动较小的地方(如集中控制室)。一般是用 某种导线将热电偶冷端延伸，此导线称为补偿导线，是廉价金属制成的。(3) 仪表机械零点调整法 如果热电偶冷端温度比较恒定，与之配套
12、的显示仪表机械零点调整又比较方 便，则可采用此法。预先测知热电偶冷端温度t0,然后将仪表的机械零点从oc 调至t0处，这相当于在输入热电偶电势之前，先给仪表输入电势EAB(t0, 0),使 输入仪表的电势相当于EAB(t, t0)+EAB(t0, 0)= EAB(t, 0)。所以仪表的指针就指出 热端的温度t。应当注意，当冷端温度变化时，需要重新调整仪表的机械零点， 此法适宜冷端温度稳定的场合。(4) 冰浴法在实验室条件下，可将热电偶冷端置于冰点恒温槽中，使冷端温度恒定在 0C时进行测温，此法称冰浴法。如图1.3所示，将热电偶的参考端置于冰点恒 温槽中，因冰水混合物的温度是0C,所以冷端的温度
13、为0C。康铜铜0铜连接线测量端A-h -I-.： Jli li连接线接电位差计图1.3热电偶的测温线路(5) 补偿电桥法补偿电桥法是采用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而 引起的热电势的变化值。标定热电偶就是把放置在同一热源处的标准温度计与热电偶反映出来的温 度一一对应起来，绘制成t测-t真曲线或写成t测-t真对照表格。测 真测 真三、实验仪器和设备此实验用到的实验仪器设备有热电偶结球机，恒温水浴，数据采集仪。热电 偶结球机如图1.4 所示，用于焊制热电偶，采用氩气作为保护气。恒温水浴如图 1.5 所示，制造可调的恒温环境，实现热电偶的多点温度标定。实验中采用数据 采集仪作为二次
14、仪表采集热电偶反映出的温度，如图 1.6 所示。图1.4 热电偶结球机I图1.5 恒温水浴图1.6 数据采集仪四、实验步骤1. 先将热电偶材料上的绝缘漆用零号纱纸擦去，然后将端部扭成铰链状。 热电偶结球机开机预热，打开氩气阀门，调节电压约为 40V 左右。将铰接的铜- 康铜接点放在焊接台上进行焊接，直至迸出电火花，使两种金属材料的端部焊牢 并形成一个小圆球。2. 将焊接完善的热电偶接入标定装置中去。然后将测量端置于恒温热源中， 并在恒温热源中插入一支标准水银温度计（靠近热电偶测量端），读取恒温热源 的真实温度t ,同时读取数据采集仪采集到的热电偶测得的温度t 。真测3. 改变恒温热源温度,重复步骤 2 的工作；热源温度应从室温起每隔一定 温度改变一次,总的点数最好不少于 5 点,将每次的热源温度数值和数据采集仪 的值记录下来。4. 将记录的数值绘制出 t -t 曲线,拟合得到标定曲线。测真五、实验数据记
