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实验五 　工作致热电偶的检测与分度

工作热电偶的检定与分度有两个目的。一个目的是保证热电偶的测量精度。检定其分度偏差是否符合国家
规范。例如使用过程中定期检定。另外一个目的是提高热电偶的测量精度，即确定热电偶热电势和温度的关系，称为热电偶分度，供精密测量用。

热电偶检定方法，有定点法和比较法。定点法是利用纯金属的有两种熔点或凝固点的温度作为标准，对标准热电偶进行分度。工作热电偶采用比较法进行检定。利用标准热电偶在恒温装置中与被检热电偶直接进行比较。在0～300℃范围内检定时，恒温水浴（0～100℃）和恒温油浴（200～300℃）中。与标准铂电阻温度计或标准水银温度计进行比较。在300～1600℃范围内，在电阻炉中与标准热电偶进行比较。
本实验是在电阻炉中（或水浴）对工作热电偶进行检定与分度。检定设备线路连接如图1所示。

一、热电偶测温原理
两种不同的导体或半导体A、B组成闭合回路，如图2所示。如果两接点的温度T和T0不相同，则回路中就会产生电势，这种现象叫热电效应。该电势通常称为热电势，记为。由两种不同材料A,B构成的这种热电变换元件称为热电偶，导体A、B为热电极。两个接点，一个为热端（T），又称为测量端或工作端；另一个为冷端（T0）,又称为自由端或参考端。
总之，热电偶是一种换能器，它将热能转变为电能，用所产生的热电势来测量温度。该热电势由接触电势和温差电势两部分组成。

二、实验目的
1、深入了解和掌握工作热电偶在管式电炉（或水浴）中的检定与分度的方法。学会实验中所用仪器和设备的使用方法。
2、了解工作热电偶在油浴或水浴中的检定与分度方法。

三、实验内容
1、采用比较法（双极法）在管形电炉（或水浴）中对铂铑-铂热电偶（S）或镍铬-镍硅（K）或铜—康铜（T）热电偶进行检定和分度。
2、参观学习温度检定所用设备和仪器。
3、焊接热电偶，学习了解热电偶检定前的准备工作。
4、整理实验数据，写出实验报告。

四　热电偶检定和分度的技术要求
1、国家关于0～1300℃工业用热电偶电势（冷端温度0℃）对分度表的允许偏差如下表：
热电偶名称
测量端温度
对分度表的允许偏差
铂铑-铂
≤600℃
±3℃
＞600℃
±0.5%t℃
镍铬-镍硅
≤400℃
±3℃
＞400℃
±1%t℃
2、热电偶的电极表面应清洁和平滑。没有重大缺陷，电极脆弱缺陷严重者不再作检定。
贵金属热电偶（铂铑-铂）在其每个电极上不应有两个以上的焊接处。如果电极是用两段或两段以上焊接的，则把焊接处降到800℃时，在测量端和冷端温度相同的条件下所发生的热电势值。对于铂铑-铂热电偶不应超过±0.2毫伏；对于其他贵金属热电偶来说，不应超过±0.015毫伏。

五、检定用标准仪器和设备
1、二等标准水银温度计；二等标准铂铑-铂热电偶。
2、0.02级UI26型低电势直流电位差计。
3、寄生电势不大于2微伏的转换开关。
4、0.02级精密温度数字电压表。
5、水浴、恒温油浴和管形电炉。
6、冰瓶、热电偶氩弧焊机、DWK-702精密温度自动控制装置、退火柜和热电偶均匀性检查装置等。

六、检定前的准备工作
1、均匀性检查：即将待检新热偶丝拉直穿过一绕成螺旋形的电加热器，然后接到电位差计相连接的电插座上如图3。注意热电偶丝不要与加热电炉丝接触。加热器通电后，移动加热器观察电位差计上检流计的偏转，若有偏转说明热电偶组成成份不均匀，若偏转超过一定限度则此热偶丝不能应用，须更换。此试验是检查热偶极线的品质好坏。
图3均匀性检查

2、焊接热电偶：用氩弧机焊接。热接点要焊接牢固、表面光滑、无气孔、不脆弱和没有严重的腐蚀等缺陷。铂铑-铂热电偶清洗后不应有严重的色斑或发黑现象。
焊接时应注意：
1）使用氩弧焊机，勿将热电极与机壳接触。否则会造成短路。
2）焊接完毕应立即将“焊接阀门控制”旋钮关闭，以便节约氩气。
3、新制成的或使用中的铂铑-铂热电偶，在检定前均要进行清洗，除去热电偶极线表面污垢、有机物和部分氧化物，以改善其热电性能及延长使用寿命。必要时尚需进行退火，以消除热电极中的应力，改善金相组织和提高稳定性。
清洗步骤如下：
1）将热电偶沿热电极方向盘成圆圈（直径不小于80毫米）放在大烧杯内用蒸馏水冲洗一次。
2）再将热电偶放入盛有化学纯的30～50％（容积比）盐酸或硝酸的烧杯中，浸一个小时，或者煮沸十五分钟，然后用蒸馏水清洗并展直。
3）将热电偶通电加热至1100℃±2℃（直径为0.5毫米的热电偶时，通电流约10.5安培）。再用化学纯硼砂及热电偶上端，使硼砂熔化成液滴而下流，对热电极清洗。
4）再将热电偶放在蒸馏水中煮沸，彻底洗去电极表面的硼砂和残留的酸。
5）作精密测量用时，电极若有严重弯曲或较硬时，清洗后应再次退火一小时。
4、检定镍铬-镍硅热电偶时，不需要清洗和退火。标准铂铑-铂热电偶装入一端封闭经王水清洗的石英管内。被检热电偶套上绝缘管后，将其用镍铬丝捆在石英管的四周，注意测量端要与标准热电偶测量端对齐为止（即在同一平面上），将其装入炉子的等温区，炉口用石棉绳堵严，防止空气对流。
5、同时检定的热电偶的数量不应超过五支，被检热电偶数量太多，就不可能保证热电偶工作端处在同一温度。
6、热电偶冷端放在装有水和冰的冰瓶内，瓶内温度为0℃。
7、按接线图，如图1接好并检查检定装置的线路，然后请老师检查并同意后，方可接通电源开始加温检定。

七、检定过程
接通电源，打开DWK-702自动恒温装置，将定值器拨到300℃的毫伏值。待电炉加温到300℃±10℃，从标准热电偶开始，用电位差计依次测量各热电偶的热电势。DWK-702中有PID自动调节加温过程，所以炉温很稳定。当炉温未达到足够稳定时，读数一周，炉温变化不超过1℃。每支热电偶的读书不应少于二次。测量顺序如下：
标准→被检1→被检2→被检3→……——
标准←被检1←被检2←被检3←……—←
将测量数据记录在数据表中。
依次将DWK-702的定值器拨到400℃、500℃、600℃相对应的毫伏值。测量并记录对应的数据。检定完后，经老师检查测量数据合格后，方可断开电源。

八、检定数据的处理
1、用比较法检定时，按下式计算被测热电偶对分度表的偏差：
＝-
——根据被检热电偶在某分度点的热电势（冷端为0℃）的读数平均值，从分度表查得的温度。
——根据标准热电偶在同一分度点的热电势（冷端为0℃）的读数平均值，从标准热电偶热电势分度表中查出的温度。
例：在1000℃分度点，标准热电偶热电势读数平均值为9.535毫伏，被检的镍铬-镍硅热电偶热电势读数平均值为41.38毫伏，试计算其偏差值。
解：求：由被检热电偶在1000℃分度点上热电势读数平均值E（）＝41.38毫伏，从镍铬-镍硅热电偶分度表查得：＝1002.75℃
求：由标准热电偶在1000℃分度点上热电势读数平均值E（）＝9.535毫伏，从标准镍铬-镍硅热电偶分度表查得：＝998.16℃。则其偏差值为
＝1002.75-998.16＝4.59℃
修正值为C＝-＝-4.59℃
在此处认为标准热电偶不存在误差。标准热电偶得示值即为真值，但实际上标准热电偶测量时，也存在着误差，在要求精度更高时，标准热电偶热电势的读数平均值还需要经过修正。根据修正后的数值，再检出相应的温度。标准热电偶的修正值再标准热电偶校准时给出。
2、国家规定镍铬-镍硅热电偶测量端温度大于400℃时，对分度表的偏差为±1％t℃时，此热电偶合格。
3、根据需要给出分度表或E（，0）与对照表，或绘出E（，0）＝f（）曲线。

九、实验报告内容及格式（预习报告内容包括前六项）
1、试验目的
2、实验原理
3、实验内容
4、实验主要设备
5、检定前的准备工作及检定线路图
6、技术要求
7、检定过程（测量顺序及原始数据记录）
8、数据处理（对被检热电偶做出结论，合格与否并绘出温度与热电势曲线）
9、思考题解析
十、思考题
回答下列问题：
（1）均匀性检查是根据什么道理进行的？
（2）若参考节点温度是变化的，可采用什么补偿方法？
（3）用热电偶测量某处温度，若电偶极线途中经过一高温区，温度为，（即＞）那么由热电偶热电势而查出的温度是还是，为什么？
十一、实验报告的书写要求
采用标准实验报告纸，
写清：学号/姓名/同组成员/日期，
数据记录要制好表格写清楚热电偶的编号、毫伏值等。
思考题要写清题目，回答要力求全面。曲线图用坐标纸画或Excel等软件处理。