同济大学热工仪表及测量技术实验报告

类 别

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

课程编号：040122 实验教学资料

热工仪表及测量技术

修订历史

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

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

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

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

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

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0℃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E AB (t ，t 0)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

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t 0，测得的热电势为E AB (t ，t 0)。根据中间温度定律，有

()()()0,,0,00t E t t E t E AB AB AB += （式1-1）

即把测得的热电势E AB (t ，t 0)加上视为作热端时热电偶的热电势E AB (t 0，0)，猜得到实际温度下的热电势E AB (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0℃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E AB(t0，0)，使输入仪表的电势相当于E AB(t，t0)+E AB(t0，0)= E AB(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0℃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0℃，所以冷端的温度为0℃。

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。

三、实验仪器和设备