建筑环境测试技术实验指导书.docx
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建筑环境测试技术实验指导书
建筑环境测试技术
实验指导书
使用班级:
建环101/102
嘉兴学院建筑工程学院
暖通空调研究所
2012.10
实验一热电偶的制作与校验
一、实验目的
1通过实验掌握铜一康铜热电偶、镍铬一的康铜热电偶制作方法。
2、学习校验热电偶的方法。
3、学会常用热电偶分度表的使用。
二、实验设备
1、热电偶制作仪器
焊接设备:
热电偶点焊机;
热电偶丝:
0.2、0.5热电偶用铜线、康铜线、镍铬丝线其他设备:
墨镜、钳子、剪刀、细砂纸、米尺等。
2、热电偶校验装置
被校热电偶
调压变压器
管式电炉
标准热电偶
冰点槽
*切换开关
图1热电偶校验装置
三、实验原理
1、电热偶的构成及制作
电热偶是工业上最常用的一种测温元件,它是由两种不同的导体丝A和B,
焊接组成一个闭合回路而构成的。
如图2所示。
A、B称为热偶丝,也称热电极。
当两接点处于不同温度时回路中就会产生热
电势,放置在被测温度为T的介质中的接头,称为测量端(工作端);另一接头
2、热电偶的校验原理
用被校热电偶和标准热电偶同时测量同一个对象的温度,然后比较两者示值,以确定被检热电偶的基本误差等质量指标,这种方法称为比较法。
用比较法
校验热电偶的基本要求,是要造成一个均匀的温度场,使标准热电偶和被检热电偶的测量端感受到相同的温度。
均匀的温度场沿热电极必须有足够的长度,以使沿热电极的导热误差可以忽略。
工业和实验室用热电偶都把管状炉作为校验的基本装置。
为了保证管状炉内有足够长的等温区域,要求管状炉内腔长度与直径之比至少为20:
1。
为使被检热电偶和标准电热偶的热端处于同一温度环境中,可在管状炉的恒温区放置一个镍块,在镍块上钻有孔,以便把各支热电偶的热端插入其中,进行比较测量。
校验时取等时间间隔,按照标准f被检1f被检2—・••被检n,被检nf被检2f被检1f标准的循环顺序读数,一个循环后标准与被检各有两个读数,一般进行两个循环的测量,得到四次读教。
最后进行数据处理和误差分析求得它们的算术平均值,比较标准与被检的测量结果。
如果各个校验点被检热电偶的允许误差都在规定范围之内,则认为它们是合格的。
四、实验步骤
1、热电偶的制作
使用时应根据测温范围和工作条件选择偶丝材料和线径。
热电偶长度应根据工作端在介质中的插入深度来决定,通常为350~2000毫米。
热电偶测量端的焊接方法很多,如电弧焊,水银焊接,盐水焊接,锡焊等方法。
但无论采用何种方法,焊接前仔细去掉热偶丝靠近待焊端部的绝缘层,然后
将这两根被焊的热电极绞成如图3的麻花状或两顶端并齐。
图3热电极处理
实验室的焊接方法——电弧焊法
图4交流电弧焊装置
电弧焊是利用高温电弧将热电偶测量端熔化成球状。
常用的有交流电弧焊和直流电弧焊两种。
交流电弧焊的装置如图4所示,这种专职一般用来焊接贱金属热电偶。
操作方法:
调节变压器使输出电压为24-30伏的交流电源作为焊接电源。
然后用金属夹子(铜板电极)夹住待焊端作为一个电极,用炭棒(石墨电极)作为另一个电极,当炭棒与被焊热电偶丝顶端接近时,产生的瞬间电弧将两根热偶顶部熔接在一起而形成一个小圆球制作既完成。
制作合格的热电偶标准是:
焊接牢固,具有金属光泽结点表面圆滑,无沾污变质和裂纹,焊点直径约为偶丝直径的两倍,电极不允许有折损、扭曲现象。
2、热电偶的校验
(1)热电偶校验前必须进行外观检查、检查焊接点是否光滑、牢固、热电极是否变脆、变色、发黑。
(2)热电偶的校验采用比较法。
按表1中所列温度进行校验。
本实验的被校验热电偶为镍铬一镍硅热电偶。
用被校验热电偶在0-300C温度区间内与标准镍铬一镍硅热电偶进行比较,用电位差计测出热电偶的热电势,计算所得的误差。
(3)校验时将热电偶的热端插入炉内150~300mm该范围内温度均匀,一般读数时要求温度稳定(温度变化小于0.2C/min),电位差计为0.05级以上。
将标准热电偶与被校热电偶的热端用金属丝绑扎在一起,插孔用绝热材料(石棉布)堵严保温(使用小孔时可以不堵)。
各热电偶的冷端置于冰点槽8中以保持0C。
表1热电偶校验点温度
热电偶
校验点温度「C)
铂铑10—铂
400、600、800、1000、1200
镍铬一镍硅
200、400、600、800、1000
铜一康铜
100、200、300、400
(4)按电位差计使用说明将各导线接入系统后,首先使切换开关在中间位置,旋转“调零”旋钮使检流计回零。
转换开关拨向接通标准电池的“标准”位置,调节变阻使检流计回零。
(5)将切换开关拨向“未知”位置,通过手动调节,依次转动电位差计盘上的三个旋钮,使检流计回零,读出热电势的值。
(6)一次改变管状炉的温度设定值,比较两个热电偶确定误差,要求各校验点的温度误差都不得超过表2中所规定的允许值。
表2工业用热电偶的允许误差范围
热电偶
[允许误差
温度(C)
误差(C)
温度(C)
误差(C)
铂铑10—铂
0~800
±2.4
>800
±0.4
镍铬一镍硅
r0~600
±4
>600n
±0.75
铜一康铜
0~300
±4
>300
±1.0
五、实验数据记录
项目
序号
标准热电偶电势
被校热电偶电势
标准热电偶
温度
被校热电偶
温度
标准误差
[附表1]铜-康铜热电偶温度毫伏表(T型)
温度
CT?
)
0
1
2
3
4
6
7
町
0
0.07B
ano
0.155
0.23+ 0.273 0J12 0L325 10 0.391 <).431 0.-171 。 柯 0.630 0.67JI 0.711 Q7T1 20 0.792 0旳3 0.914 0.945 C.Q95 1.036 1.077 1T113 1,159 AQ 1.2Q1 1.242 L367 1.40S U50 1.4Q2 1,S34 L576 40 1.61^ L661 1.703 L745 1.78S 1.83() LK73 1,916 J95S 2.(101 SQ 2.1J44 2.US4 2,13V 2.174 2.217 2.2«J 2.3CH 2.347 2J91 2.435 &0 2.478 2.522 2,61U 2,654 2.698 2.743 2.787 2,831 2,867 70 2.92Q 2.965 3.Q1Q ZU 3.141 3.189 3.23d 3.279 3.325 1415 3459 .1.552 耳皿入 3.735 1.7ft1 [附表2]镍铬-铜镍(康铜)热电偶(E型)温度-微伏对照表 热端温度(C) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 热电势5V) 0 0 59 118 176 235 194 354 413 472 532 10 591 651 711 770 830 890 950 1010 1071 1131 20 1192 1252 1313 1373 1434 1495 1556 1617 1678 1740 30 1801 1862 1924 1986 2047 2109 2171 2233 2295 2357 40 2420 2482 2545 2607 2670 2733 2795 2858 2921 2984 50 3048 3111 3174 3238 3301 3365 3429 3492 3556 3620 60 3658 3749 3813 3877 3942 4006 4071 4136 4200 4265 70 4330 4395 4460 4526 4591 4656 4722 4788 4853 4919 80 4985 5051 5117 5183 5249 5315 5382 5448 5514 5581 90 5648 5714 5781 5848 5915 5982 6049 6117 6184 6251 100 6319 6386 6454 6522 6590 6658 6725 6794 6862 6930 110 6998 7066 7135 7203 7272 7341 7409 7478 7547 7616 120 7658 7754 7823 7892 7962 8031 8101 8170 8240 8309 130 8379 8449 8519 8589 8659 8729 8799 8869 8940 9010 140 9081 9151 9222 9292 9363 9434 9505 9576 9647 9718 150 9789 9860 9931 10003 10074 10145 10217 10288 10360 10432 160 10503 10575 10647 10719 10791 10863 10935 11007 11080 11152 170 11224 11297 11365 11412 11514 11587 11660 11733 11805 11878 180 11951 12024 12097 12170 12243 12317 12390 12463 12537 12610 190 12684 12757 12831 12904 12978 13052 13126 13199 13273 13347 200 13421 13495 13569 13644 13718 13792 13866 13941 14015 14090 210 14164 14239 14313 14388 14463 14537 14612 14687 14762 14837 220 14912 14987 15062 15137 15212 15287 15362 15438 15513 15588 230 15664 15739 15815 15890 15966 16041 16117 16193 16269 16344 240 16420 16496 16572 16648 16724 16800 16876 16952 17028 17104 250 17181 17257 17333 17409 17468 17562 17639 17715 17792 17868 260 17945 18021 18098 18175 18252 18328 18405 18482 18559 18636 270 18713 18790 18867 18944 19021 19098 19175 19252 19330 19407 、实验目的 让学生掌握热工测量中常用的测量仪器仪表的使用方法。 、实验仪器 便携式温湿度表、热线风速仪、便携式CO浓度测试仪 三、实验原理及测试方法 (1)空气温度和相对湿度的测定 1、实验原理 温湿度计测量完全相对温湿度的原理: 由于湿泡温度计的感温泡包着棉纱,棉纱的下端浸在水中,水的蒸发而使湿泡温度计的温度示数总是低于干泡温 度计的温度示数(气温)这一温度差值跟水蒸发快慢(即当时的相对湿度)有关•根据两温度计的读数,从表或曲线上可查出空气的相对湿度。 2、操作步骤 温度: (1)将电池盖打开,装上一9V电池; (2)将POWE开关推至“ON位置; (3)将FUNC开关推至: “C”或“。 F”位置; (4)LCD显示器将立刻显示出温度数值。 湿度: (1)将POWE开关推至“ON位置; (2)将FUNC开关推至: “%RH位置; (3)LCD显示器将立刻显示出湿度“%RH数值; (4)当环境湿度改变时,其值会改变,需等待数分钟,读取稳定准确的相对湿度值。 锁定读值: 在测量温度或湿度时,将HOLD开关推至 “ON位置,它将锁定目前所测数值,直至你将HOLD开关推至“OFF位置为止。 电池更换: 当电池电力不足,则LCD将显示: “BT,表示需更换电池 (2)风速的测定 1、实验原理 热线式电风速仪由热线式测头和测量仪表两部分组成。 测杆头部有一玻璃球,球内绕有加热玻璃用的镍铬丝和两个串联的热电偶。 热电偶的冷端连接在磷铜质的支柱上,直接暴露在气流中,当一定大小的电流通过加热线圈后,玻璃球的温度升高,升高的程度与气流的速度有关,流速小的升高的程度大,反之升高的程度小。 升高大小通过热电偶产生的热电势在表头上指示出来,因此校正后即可用表头读数表示气流速度。 2、操作步骤 1使用前观察电表的指针是否指于零点,如有偏移,可轻轻调整电表的机械调整螺丝,使指针回到零点; 2将校正开关置于断的位置; 3将测杆插头插在插座上,测杆垂直向上放置,螺塞压紧使探头密封,“校正开关”置于满度位置,慢慢调整“满度调节”旋纽,使电表指针指在满度位置; 4将“校正开关”置于“零位”,慢慢调整“粗调”、“细调”两个旋纽,使电表指针指在零点的位置; 5经以上步骤后,轻轻拉动螺塞,使测杆探头露出长短可根据需要选择),并使探头上的红点面对对着风向,根据电表度读数,查阅校正曲线,即可查出被测风速; 6在测定若干分后(10min左右),必须重复以上③、④步骤一次,使仪表内的电流得到标准化; 7测毕,应将“校正开关”置于断的位置。 (三)CO浓度测定 1、实验原理 二氧化碳都对红外线有选择性吸收,所以可以通过不分光吸收式红外线气体分析法进行检测。 当被测气体通过受特征波长光照射的气室时,被测组二氧化碳将选择吸收特征波长的光,吸收光能的多少与样品中被测组分浓度有关。 对于特征波长光辐射的吸收,透射光强度与入射光强度、吸光组分浓度之间的关系遵循比尔定律: Il°eklC 红外线气体分析器的基本组成 1、2—红外光源;3—切光片;4、5—滤光镜(气室);6—测量室;7—参比气室;8- 遮光板(使两光路平衡);9—薄膜电容微音器;10—固定金属片;11—金属薄 在红外线气体分析器中,红外辐射光源的入射光强度不变,红外线透过被测样品的光程不变,且对于特定的组分的吸收系数也不变,因此透射的特征波长红外光强度仅为被测组分浓度的函数,通过测定透射特征红外光强度就可确定样品中被测组分的浓度。 红外线气体分析器由红外光源、切光器、气室、光检测器及相应的供电、放大、显示和记录用的电子线路和部件组成的。 其光源为直径约0.5mm的镍铬丝, 此镍铬丝被加热到600E〜1000C时发出的红外线波长范围为2卩m^10卩m红外辐射光经反射抛物状面而汇聚成平行光射出。 射出能量相同的两束平行光被同步电机带动的切光片切割成断续的交变光,从而获得交变信号来减少信号漂移。 两束平行光中,一束光称为参比光束,通过滤波室、参比气室(内充不吸收红外线的氮气),最后射入接收室;另一束光称为测量光束,通过滤波室射入测量气 室。 由于测量气室中有被测气体样本通过,则被测组分会吸收部分特征波长的红外光,使射入接收室的光强度减弱。 而且组分浓度越高,光强减弱就越多。 光检测器是薄膜电容微音器。 是利用待测组分的变化引起电容量变化来测量待测组分浓度的。 接收室内充满等浓度的一氧化碳气体,电容的金属薄膜(动片)将接收室分为容积相等的两个空腔.在一侧空腔中还有一固定的圆形金属片(定片),距薄膜0.05mm〜0.08mm两者组成了一个电容器。 红外光束射入接收室后,会加热其中的CO气体,使其温度升高,从而导致内部压力升咼。 测量光束与参比光束平衡时,两边压力相等,动片维持在平衡位置。 当测量气室中有待测组分时,通过参比气室的红外光辐射不变,而通过测量气室进入接收室的红外光由于待测组分的吸收而减弱,使这一边气室温度降低,压力减小。 这样,动片就会在压差作用下偏向定片一方,从而改变电容器两极板之间的距离,也就改变了电容量。 这个电容量的变化可以用下式计算,它可以指示待测组分的浓度(采用电子技术,将电容量变化转变为电流变化,经放大及信号处理后进行记录和显示)。 CK丄 D 2、操作步骤 1 采样: 用双联球将现场空气抽入采气袋中,洗 3〜4次,采气500mL夹紧进气口。 连续采样时,采样系统如图所示,包括杂质过滤、干燥、压力控制和流量控制等环节,对于高温烟气还需要冷却装置。 2启动: 仪器接通电源,稳定1〜2h,将高纯氮气连接在仪器进气口,进行零点校准。 3校准: 将一氧化碳标准气连接在仪器进气口,使仪表指针指示在满刻度的95%,重复2〜3次。 4样品测定: 将采气袋连接在仪器进气口,由仪表指示出一氧化碳的浓度。 (四)墙面温度的测定(使用红外墙体缺陷仪B4) 实验原理: 当被测墙体存在不连续性时,由于连续区域和不连续区域的热扩散系数不同,物体表面相应位置的温度也就不同,即墙体表面局部区域产生温度梯度,从而导致墙体表面红外辐射能发生差异,红外探测器探测到墙体的红外辐射能,经信号处理系统为热像图后由显示器显示出来,通过分析热像图就可以进行测温或推断墙体内部是否存在缺陷。 当墙体内部存在缺陷,如空洞,热桥、保 温层受潮,外墙面砖或水泥砂浆抹面产生剥离等现象时,这些有缺陷的部位与正常部位相比,会在外表面产生温度差,通过分析红外热像仪所测得的温度分布图像,便可知空洞、热桥、受潮或剥离等缺陷部位的位置及大小。 如图3,某内保 温墙体的室内热像图,可见内保温墙转角、屋面板与墙体交界、开关盒及其附近等处保温缺陷。 四、注意事项 (一)空气温度和相对湿度的测定 (1)室内空气温度通常在离地面1.5米的高度上,房间的中间位置处进行测定,将温度读数记录下来。 (2)不能用手接触温湿度表的感温包,不能对着仪器呼气,避免剧烈震动。 (二)风速的测定 (1)本仪器为一较精密的仪器,严防碰撞振动,不可在含尘量过多或有腐蚀性的场所使用。 (2)仪器内装有4节电池,分为两组一组是三节串联的,一组是单节的。 在调整“满度调节”旋纽时,如果电表不能达到满刻度,说明单节电池已耗竭;在调整“粗调”、“细调”旋纽时,如果电表电表指针不能回到零点,说明三节电池已耗竭;更换电池时将仪器底部的小门打开,按正确的方向接上。 (3)仪器维修后,必须重新校正。 (三)CO浓度的测定 (1)红外线气体分析器投入使用后,每周至少要用标准气体校准一次,以保证仪器分析的准确性。 (2)所用标准气体可以是商品钢瓶标准气,也可以是临时制备的标准气样。 (3)标准气的精度要比仪器的精度高3倍,即标准气的分析误差不超过仪器测量误差的三分之一。 (四)墙面温度的测定 (1)仪器在使用和运输过程中应注意防潮,避免强烈冲击、震动; (2)为保护测量敏感元件及防止意外损坏,应避免将红外探头直接瞄准太阳等温度高于仪器量程的目标; (3)红外探头是密封的,用户不要自行打开,以免影响测量结果; (4)使用中应确保光路的清洁,减少水汽、烟尘的干扰; (5)仪器在高、中频感应加热炉前使用时,仪器供电电源应与加热炉的大功率电源分开,以避免串扰。 五、实验数据记录表格 测试项目 测试时间 测试地点 1 2 3 4 5 6 7 8 温度 「C) 湿度 (% 风速 (m/s) CO浓 度 墙温度 (C) 实验三孔板流量计实验 、实验目的 学习并掌握用孔板式流量计测量流量 、实验仪器 流体力学综合试验台结构示意图 1.储水箱2.上、回水管3.电源插座4•恒压水箱5.墨盒 6.雷诺实验管7、可更换实验管段组8.测压管组9.综合实验管段调节阀 10.雷诺调节阀11.计量水箱 三、实验原理 流体流过孔板时,孔板前后产生压力差,起差值随流量而变,而两者之间有确定的关系,因此可通过测量来测定流量。 孔板流量计测试简图 对1—1,2—2两断面列能量方程(水平放置,势能头相等)得: (1) 0为出流局部损失系数 V2 2gH A22 A1 qvV2A2 A2 -2gH 0) 22 PlViP2V2h h g2gg2g V2 式中: h。 丄为流经薄壁小孔时的能量损失, 2g 在有连续性方程qvV1A1V2A2 (2) 联立 (1) (2)式得: 0) 般把1—1,2—2两断面之间流动看作绝热节流,可先忽略流体流经薄壁小 孔时的能量损失。 A2 2g 则qvaH 在实际管路流动中,1—1,2—2两断面之间流动有损失,另外管路的粗糙度、断面流速不均匀性等因素都影响流量值,因此实测流量低于理论流量。 流量系数可表示为: q实qvKH⑺ (8) q实q实 qvKH 其中: : 校正流量系数; q实: 实测流量,由实际测量得出,单位由计算单位决定,但要统一; A2: 孔板直径(单位可取mm,但K值不同);H: 压差(单位可取mm,但K值不同)。 四、实验步骤 (1)测计各有关常数 (2)打开水泵,调节进水阀门,全开出水阀门,使压差达到测压计可测量的最大高度。 (3)测读压差,同时用体积法测量流量。 (4)逐渐关小进水阀门,读出10个测压点的测压高度,共测三次 (5)实验过程中如测压管液面波动不稳,应取平均值。 (6)每次调节流量应缓慢,调节后应稳定一段时间后进行测读。 五、实验数据记录 D\=cm,D2=c
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