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热工测量仪表实验指导书
课程实验指导书
院(系)冶金工程学院
专业金属材料工程
年级三年级
课程名称热工测量仪表
2010年8月27日
目录
实验一工业热电偶的检定及静态特性的测试………………………………………(3)
实验二常用显示仪表的示值检定……………………………………………………(10)
附录直流电位差计的使用说明……………………………………………………(24)
实验一工业热电偶的检定及静态特性的测试
一、实验目的
1、掌握工业热电偶的校验方法,检定热电偶的热电势是否符合规定的允许误差。
2、通过实验测试:
加深对热电偶的分度过程的了解。
3、学习工业热电偶检定装置系统的各部分原理和操作。
二、实验器材
1、标准镍铬—镍硅热电偶(附标准热电偶的检定证书)1支
2、被检镍铬—镍硅热电偶1支
3、UJ33A直流电位差计1台
4、管状电炉1KW220V1台
5、调压器(自耦调压器)2KVA1台
6、冰瓶1只
7、水银温度计0℃—100℃1支
8、双刀双掷开关1个
三、实验原理
热电偶在出厂时要进行检定,使用单位在使用过程当中也要定时校验,这是由于热电偶的电极材料在使用过程中,特别是工作端温度高,易氧化、腐蚀和再结晶,使其热电特性发生变化,测量误差增大。
为保证热电偶的测量精度在规定的误差范围内,必须对其定期校验。
下面附上工业热电偶允许偏差范围表1:
热电偶名称
分度号
等级
使用温度范围
允差
新
旧
铂铑
—铂
S
LB—3
Ⅰ
0~1100℃
1100~1600℃
±1℃
±[1+﹙t﹣1100﹚×0.0037℃]
Ⅱ
0~900℃
600~1600℃
±1.5℃
±0.25%t
镍铬—
镍硅
K
EU—2
Ⅰ
﹣40~1100℃
±1.5℃或±0.4%t
Ⅱ
﹣40~1300℃
±2.5℃或±0.75%t
Ⅲ
﹣200~40℃
±2.5℃或±1.5%t
注:
(1)t为被测温度
(2)允许以(℃)或实际温度的百分数表示,两者中采用计算数值较大的一个值按Ⅱ等级计算。
1、工业热电偶校验装置及方法:
工业热电偶检定方法有多种,本实验采用的是双极比较检定法,即用高一级的标准热电偶对被检热电偶在同一温度条件下直接进行比较(我国标准热电偶传递表见附表2)。
操作时,将被检热电偶与标准热电偶的工作端至于管状电炉内,在同一温度条件下。
用直流电位差计分别测量标准和非标准的热电偶的热电势(各种工业热电偶检定点温度见附表3),将所测电势与分度表上对应热电势(标准偶)进行比较;求出被检热电偶的偏差值。
再根据表1判断这种方法简单易行,是常用的一种检定方法。
同时通过检定还可获得该热电偶的静态特征,即分度关系。
表2:
IPTS-68规定的11个固定点→基准铂铑10-铂热电偶→一等标准铂铑10-铂热电偶→
工作基准铂铑10-铂热电偶→二等标准铂铑10-铂热电偶→标准镍铬-镍硅热电偶→
工业用铂铑10-铂热电偶→工业用廉金属热电偶
表3:
分度号
热电偶名称
检测点温度(℃)
S
铂铑10-铂
600
800
1000
1200
K
镍铬-镍硅
400
600
800
1000
注:
各项检定点温度必须控制在±10℃范围内。
关于热电偶的热电特性等问题,在教材中已详细诉说过,在此不再重复。
本实验的检定装置系统如下图1:
图1热电偶校验系统图
1-调压变压器;2-管式电炉;3-标准热电偶;4-被检热电偶
5-冰点槽;6-切换开关;7-直流电位差计;8-镍块;9-试管
(1)管状电炉
炉管内径50—60mm,炉管长度600mm左右,要求炉内温度稳定,最好有100mm
左右的恒温区。
读数时各点温度变化每分钟不超过0.2℃,否则不能读数。
温度数值通过调压器控制。
(2)0℃恒温器(冰瓶)
它是把广口瓶盛满冰水混合物(蒸馏水结的冰),把玻璃管插入冰水混合物中,试管内装有一定高度的变压器油。
热电偶冷端温度为0℃,应有足够的插入深度(80mm—100mm),同时广口瓶内冰水混合物要有足够的冰块,且颗粒较细。
为防止短路,热电偶各极应分别插入试管。
(3)校验热电偶时不允许用补偿导线。
2、数据处理方法
上述检定装置适用于一般温度为300~1200℃的范围,在300℃以下各点的检定,在油槽与标准水银温度计进行比较,热电极插入玻璃管中,玻璃管浸入槽的深度不应小于300mm,管口用石棉绳堵紧,温度恒定后开始读数。
在300℃以上时,采用该校验装置。
首先将再有热电偶束的镍块放在炉轴心均匀温度场中。
炉口应用烧炼过的石棉绳塞紧。
而把冷端置于冰点槽中以保持0℃。
当炉温达到所需温度点±10℃内且炉温变化每分钟不超过0.2℃就可读数。
每个检点的读数不得小于2次。
一般顺序是:
标准—被检—标准—被检—……,然后分别取得标准偶和被检偶的读数平均值,最后求出被检偶的误差,读数时炉温变化要小。
因此要求操作熟练,读数要准且动作要快。
采用双极比较检定方法,其对分度表的偏差△t公式为:
t=t’–t
t’——被检偶在检定点热电势(冷端为0℃)的平均值从分度表查得相应的温度。
t——标准偶在同一检点的热电势(冷端为0摄氏度)的平均值,经修正后从分度表中查得的相应温度。
例:
在温度600摄氏度附近,标准热电偶的热点热读数平均值为5.25mV,在标准热电偶偶检定证书中,工作端温度为600摄氏度,冷端温度为0摄氏度时的热电势为5.24mV。
而在分度表上,工作端温度为600摄氏度,冷端温度为0摄氏度时热电势为5.22mV。
故此时标准偶在600摄氏度附近的偏差为:
△E=5.24-5.22=0.02mV(偏高)
所以标准偶测得的温度应是
E=5.25-0.02=5.23mV
所对应的温度,查表得:
t=601摄氏度
只要误差在各间点处不超过允许范围,即认为是合格的,可给合格证,但必须给修正值。
四、实验操作
1、先阅读实验指导书,对检定装置及有关精密仪表必须做到心中有数,切忌乱板动仪表板上的开关和按钮,并能按实验要求检查实验接线是否正确。
2、检查冷端温度是否为0℃。
3、接通电炉电源,由调压器调整电压至200V左右,使炉子开始升温。
4、按附录中介绍首先将UJ33a电位差计调零,然后使其处于“测量”位置,准备测量。
5、先将双刀开关接标准偶,用直流电位差计跟踪标准偶,当其温度将接近400℃时,将调压器调至100V稍多,以防升温太快。
特别是读数时再适当减少电压,使温度较为稳定。
此时温度在400℃附近,很快地按标准→被检→标准读数,要求动作快,以免温差太大。
直流电位差计的操作见附录。
最后将测试结果填入表中。
6、按上步方法分别对炉子在400℃、600℃、800℃、1000℃进行检定。
7、检定完毕,切断所有电源,整理好仪器设备,方可离场。
实验结果记录:
检点温度
400
600
800
1000
对应名义值(mV)(查表)
标准偶证书出值
(冷端为0℃)
热电势(mV)
修正值(mV)
检定记录
标准偶
冷端
温度
℃
mV
第一次读数mV
第二次读数mV
被检偶
读数mV
冷端
温度
℃
mV
整理后数据
标准偶
第一次冷端修正后值mV
第二次冷端修正后值mV
两次平均值mV
平均值修正后值mV
炉内实际温度℃
被检偶冷端修正后值mV
被检偶的偏差
被检偶允许误差mV
检定结果
五、实验报告要求
1、实验名称、目的与要求
2、实验原理与方法
3、数据处理
4、特性曲线的绘制
思考题:
如果冷端温度不为0℃,而是恒定在t0℃,如何计算被检偶的偏差?
附录直流电位差计的使用说明
一、用途
UJ33a型直流电位差计是测量精度为0.05级的便携式直流电位差计,可用于实验室、车间及现场测量直流毫伏电压,亦可经换算后测量直流电阻、电流、功率及温度等。
本仪器可以检验一般电压表并有转换开关,经转换后可作电压信号输出,对电子电位差计、毫伏计等以电压作为测量对象的仪表进行检校。
二、主要技术指标
1、本仪器全部符合ZBY163-8《直流电位差计》专业标准
2、各主要指标
量程因数
有效量程
分辨力
基本误差
允许极限
热电势
检流计
灵敏度
×5
0~1.055V
50μv
≤±(0.05%Ux+50μV)
≤2μV
≥格/50μV
×1
0~211.1mV
10μv
≤±(0.05%Ux-5μV)
≤1μV
≥格/10μV
×0.1
0~21.1mV
1μv
≤±(0.05%Ux+0.5μV)
≤0.2μV
≥格/3μV
注:
校对“标准”时,工作电流相对变化0.05%时,检流计指向偏转大于1格。
3、仪器使用条件
温度参考值:
20℃±2℃
温度标称使用范围:
5℃~35℃
相对湿度标称使用范围:
25%~80%
仪表工作电流3mA,标准工作电压3V,可用范围2.7~3.4V,由6节1.5V的1号干电池串并联供电。
三、原理与使用
本电位差计是根据补偿法原理制成的。
1、打开后盖,按极性装入1.5V的1号干电池6节和9V叠层电池2节,倍率开关从“断”旋到所需倍率,2分钟后调节“调零”旋钮,使检流计指针示值为零。
“测量—输出”开关置于“测量”位置。
扳键开关置于“标准”,调“粗”、“微”旋钮使检流计指针指零。
此时工作电流便准确地等于3mA.上述步骤称为对“标准”。
2、测未知电压Ux。
扳键开关扳向“未知”调Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ测量盘,使检流计指零,被测压力为测量盘读数与倍率的乘积。
测量过程中,随着电池的消耗,工作电流变化,所以连续使用时应经常核对“标准”使测量精确。
为了提高测量的准确度,应当选择适当的倍率,选择的原则是应该使Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ盘都用上。
3、作信号输出
按步骤1,在对好“标准”后将“测量—输出”开关旋到“输出”的位置(即检流计短路),选择合适的“倍率”及调节Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ测量盘,扳键开关置于“未知”,此时输出的电压等于倍率与示值的乘积。
使用完毕,“倍率”开关置于“断”处,以免两组内附电池消耗电能。
若长期不用,将干电池取出。
四、维护保养和注意事项
1、仪器应放在周围空气温度5℃~35℃、相对湿度小于80%的室内。
空气中不应含有腐蚀性气体。
若仪器长期不用,将干电池取出。
2、仪器若无法进行校对“标准”,则应考虑3V工作电池寿命已完所致。
打开仪器底部二大电池盒盖,依正、负极放入1号干电池6节,新装入的电池,使用时为了使其工作电流稳定,装入后放电20~30分钟。
3、使用中,若发觉检流计灵敏度显著下降没有偏转,可能因晶体管检流计9V电池寿命已完引起,打开仪表底部小电池盒盖,插入9V叠层电池二节,进行更换。
4、长期搁置仪器再次使用时,应将各开关、滑线旋转几次,减少接触处的氧化程度的影响,使仪器工作可靠。
5、仪器应保持清洁,避免阳光直接暴晒和剧震。
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