热电偶的制作与应用.doc

实验十六热电偶的制作与应用一、 目的要求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校正方法。3 掌握电位差计的原理和使用方法。二、 实验原理1. 热电偶原理将两种不同材质的金属导线连接成闭合回路，如果两接点的温度不同，由于金属的热电效应，在回路中就会产生一个与温差有关的电动势，称为温差电势。在回路中串接一毫伏表，就能粗略地测出温差电势值。如下图：温差电势的大小只与两个接点的温差有关，与导线的长短粗细和导线本身的温度分布无关。这样一对导线的组合就称热电偶温度计。简称热电偶。实验表明，在一定温度范围，温差电势E与两接点的温度T0, T存在着函数关系E=F(T0 , T), 如果一个接点T0（通常指冷端）的温度保持不变，则温差电势就只与另一个接点T（通常指热端）的温度有关，即E=F(T) ，当测得温差电势后，即可求出另一个接点（热端）的温度。为了增加温差电势，提高测量精度，可将几个热电偶串联成热电堆，如下图：电位差计电位差计 热端（测量点） 冷端（参考点） 热端（测量点） 冷端（参考点）热电偶示意图 热电堆示意图2. 热电偶的标定将热电偶做为温度计，必须先将热电偶的温差电势与温度值T之间的关系进行标定。一般不用内插式计算，而是用实验方法，用表格或T-E（或E-T）特性曲线形式表示。标定方法，一般采用：固定点法，即测量已知沸点或熔点温度的标准物质在沸点或熔点时的温差电势值。 标准热电偶法，将待标热电偶与标准热电偶一起置于恒温介质中，逐点改变恒温介质的温度，待热电偶处于热平衡状态下测出每一点的温差电势。热电偶的T-E特性曲线如下图：3. 热电偶的分类热电偶的种类繁多，各有其优缺点。可根据不同的用途选择不同型号的热电偶。目前我国已经标准化的常用商品热电偶，有以下几种热电偶分类型号新分度号旧分度号使用温度0C长期短期铂铹10-铂WRLBSLB-313001600铂铹30-铂铹6WRLBBLL-216001800镍铬-镍硅WRLBKEU-210001300镍铬-考铜WREATEA-2600800三、 仪器和试剂直流电位差计(UJ36型)1台，功率可调式熔点测定炉（温州大学物化研究所制）1台，隔离变压器（1KVA 30V公用）（温州大学物化研究所制）1台，热电偶丝（公用），多功能温度测量控制仪（温州大学物化研究所制）1台，压线钳（公用），硅 油（公用），硼 砂（公用），高温套管（公用）。四、实验步骤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不锈钢细管中，然后将一支不锈钢细管（冷端）插入盛有冰水的保温瓶中，另一支不锈钢细管（热端）和插有标准热电偶的不锈钢细管一起插入功率可调式熔点测定炉的样品管介质中。用多功能温度测量控制仪将介质温度加热至500，然后调节功率可调式熔点测定炉的加热功率让其缓慢冷却，在500至室温至之间每降10左右取一个温度测试点，用电位差计分别测出各温度测试点的电动势。实验装置如下图：3. 热电偶的运用用自制热电偶测定锡的凝固点：装置为上图去掉多功能温度测量控制仪部分，将放入适量纯锡的不锈钢样品管插入功率可调式熔点测定炉中，调节熔点测定炉的加热功率，使样品缓慢加热至完全熔化后，用插有自制热电偶热端的不锈钢细管轻轻搅拌均匀，为防止氧化，样品表面均匀覆盖一层石墨粉，自制热电偶热端固定在样品中间，温度再升高50度左右，然后控制熔点测定炉以68度的冷却速率降温。每30秒用电位差计测定一次热电势，直至150度实验结束。五、数据处理1.根据测得不同温度时的温差电势值，作热电偶的T_E特性曲线。2. 根据热电偶的T_E特性曲线，写出曲线的函数类型，用图解法或最小二乘法求出T_E之间的函授关系式T=F(E)。3.根据热电偶的T_E特性曲线找出锡的凝固点侧定过程中不同热电势所对应的温度值T，然后作出温度与时间的步冷曲线，即Tt曲线，曲线平台所对应的相变点温度即为锡的凝固点。六、 分析与思考1实验关键点制作热电偶时，熔焊形成的焊珠必须光滑，以免假焊。热电偶校正时，标准热电偶热端与自制热电偶的热端必须置于介质的同一位置,以保持测温点的一致性。自制热电偶的冷端，应保持在零度。插热电偶冷、热端的不锈钢细管必须加入少许硅油，以防止因热导率和时间滞后等引起误差。2. 为什么热电偶可以做为温度计？3. 热电偶温度计与普通温度计测温各有什么优缺点?4. 电位差计作为第三种导体接入热电偶的两种导体之间，为什么对测量结果无影响？七、 扩展实验热电偶与多功能温度测量控