建築環境測試技術
實驗指導書
使用班級：建環101/102
嘉興學院建築工程學院
暖通空調研究所
2012.10
實驗一熱電偶的製作與校驗
一、實驗目的
1、通過實驗掌握銅—康銅熱電偶、鎳鉻—的康銅熱電偶製作方法。
2、學習校驗熱電偶的方法。
3、學會常用熱電偶分度表的使用。
二、實驗裝置
1、熱電偶製作儀器
焊接裝置：熱電偶點焊機；
熱電偶絲： 0.2、0.5熱電偶用銅線、康銅線、鎳鉻絲線。
其他裝置：墨鏡、鉗子、剪刀、細砂紙、公尺尺等。
2、熱電偶校驗裝置
圖1 熱電偶校驗裝置
三、實驗原理
1、電熱偶的構成及製作
電熱偶是工業上最常用的一種測溫元件，它是由兩種不同的導體絲a和b，焊接組成乙個閉合迴路而構成的。如圖2所示。
圖2電熱偶原理圖
a、b稱為熱偶絲，也稱熱電極。當兩接點處於不同溫度時迴路中就會產生熱電勢，放置在被測溫度為t的介質中的接頭，稱為測量端（工作端）；另一接頭t0成為參考端（或自由端）。
常用的賤金屬熱電偶材料有：
銅-康銅 （t型常用於-200℃到+200℃測溫）
鎳鉻-康銅（e型常用於-200℃到+600℃測溫）
鎳鉻-鎳矽或鎳鋁（k型） （常用於0℃到+1100℃測溫）
2、熱電偶的校驗原理
用被校熱電偶和標準熱電偶同時測量同乙個物件的溫度，然後比較兩者示值，以確定被檢熱電偶的基本誤差等質量指標，這種方法稱為比較法。用比較法校驗熱電偶的基本要求，是要造成乙個均勻的溫度場，使標準熱電偶和被檢熱電偶的測量端感受到相同的溫度。均勻的溫度場沿熱電極必須有足夠的長度，以使沿熱電極的導熱誤差可以忽略。
工業和實驗室用熱電偶都把管狀爐作為校驗的基本裝置。為了保證管狀爐內有足夠長的等溫區域，要求管狀爐內腔長度與直徑之比至少為20：1。
為使被檢熱電偶和標準電熱偶的熱端處於同一溫度環境中，可在管狀爐的恆溫區放置乙個鎳塊，在鎳塊上鑽有孔，以便把各支熱電偶的熱端插入其中，進行比較測量。
校驗時取等時間間隔，按照標準→被檢1→被檢2→···被檢n，被檢n→被檢2→ 被檢1→標準的迴圈順序讀數，乙個迴圈後標準與被檢各有兩個讀數，一般進行兩個迴圈的測量，得到四次讀教。最後進行資料處理和誤差分析求得它們的算術平均值，比較標準與被檢的測量結果。如果各個校驗點被檢熱電偶的允許誤差都在規定範圍之內，則認為它們是合格的。
四、實驗步驟
1、熱電偶的製作
使用時應根據測溫範圍和工作條件選擇偶絲材料和線徑。熱電偶長度應根據工作端在介質中的插入深度來決定，通常為350~2000公釐。
熱電偶測量端的焊接方法很多，如電弧焊，水銀焊接，鹽水焊接，錫焊等方法。但無論採用何種方法，焊接前仔細去掉熱偶絲靠近待焊端部的絕緣層，然後將這兩根被焊的熱電極絞成如圖3的麻花狀或兩頂端並齊。
圖3熱電極處理
實驗室的焊接方法——電弧焊法
圖4交流電弧焊裝置
電弧焊是利用高溫電弧將熱電偶測量端熔化成球狀。常用的有交流電弧焊和直流電弧焊兩種。交流電弧焊的裝置如圖4所示，這種專職一般用來焊接賤金屬熱電偶。
操作方法：調節變壓器使輸出電壓為24-30伏的交流電源作為焊接電源。然後用金屬夾子（銅板電極）夾住待焊端作為乙個電極，用炭棒（石墨電極）作為另乙個電極，當炭棒與被焊熱電偶絲頂端接近時，產生的瞬間電弧將兩根熱偶頂部熔接在一起而形成乙個小圓球製作既完成。
製作合格的熱電偶標準是：焊接牢固，具有金屬光澤結點表面圓滑，無沾汙變質和裂紋，焊點直徑約為偶絲直徑的兩倍，電極不允許有折損、扭曲現象。
2、熱電偶的校驗
（1）熱電偶校驗前必須進行外觀檢查、檢查焊接點是否光滑、牢固、熱電極是否變脆、變色、發黑。
（2）熱電偶的校驗採用比較法。按表1中所列溫度進行校驗。本實驗的被校驗熱電偶為鎳鉻—鎳矽熱電偶。
用被校驗熱電偶在0-300℃溫度區間內與標準鎳鉻—鎳矽熱電偶進行比較，用電位差計測出熱電偶的熱電勢，計算所得的誤差。
（3）校驗時將熱電偶的熱端插入爐內150~300mm，該範圍內溫度均勻，一般讀數時要求溫度穩定（溫度變化小於0.2℃/min），電位差計為0.05級以上。
將標準熱電偶與被校熱電偶的熱端用金屬絲綁紮在一起，插孔用絕熱材料（石棉布）堵嚴保溫（使用小孔時可以不堵）。各熱電偶的冷端置於冰點槽8中以保持0℃。
表1 熱電偶校驗點溫度
（4）按電位差計使用說明將各導線接入系統後，首先使切換開關在中間位置，旋轉「調零」旋鈕使檢流計回零。轉換開關撥向接通標準電池的「標準」位置，調節變阻使檢流計回零。
（5）將切換開關撥向「未知」位置，通過手動調節，依次轉動電位差計盤上的三個旋鈕，使檢流計回零，讀出熱電勢的值。
（6）一次改變管狀爐的溫度設定值，比較兩個熱電偶確定誤差，要求各校驗點的溫度誤差都不得超過表2中所規定的允許值。
表2 工業用熱電偶的允許誤差範圍
五、實驗資料記錄
[附表1] 銅-康銅熱電偶溫度毫伏表（t型）
[附表2] 鎳鉻-銅鎳（康銅）熱電偶（e型）溫度-微伏對照表
實驗二室內外熱工引數測定實驗
一、實驗目的
讓學生掌握熱工測量中常用的測量儀器儀表的使用方法。
二、實驗儀器
可攜式溫濕度表、**風速儀、可攜式co2濃度測試儀
三、實驗原理及測試方法
（一）空氣溫度和相對濕度的測定
1、實驗原理
溫濕度計測量完全相對溫濕度的原理：由於溼泡溫度計的感溫泡包著棉紗，棉紗的下端浸在水中，水的蒸發而使溼泡溫度計的溫度示數總是低於幹泡溫度計的溫度示數（氣溫）這一溫度差值跟水蒸發快慢（即當時的相對濕度）有關．根據兩溫度計的讀數，從表或曲線上可查出空氣的相對濕度。
2、操作步驟
溫度：（1）將電池蓋開啟，裝上一9v電池；
（2）將power開關推至「on」位置；
（3）將funct開關推至：「℃」或「°f」位置；
（4）lcd顯示器將立刻顯示出溫度數值。
濕度：（1）將power開關推至「on」位置；
（2）將funct開關推至：「% rh」位置；
（3）lcd顯示器將立刻顯示出濕度「% rh」數值；
（4）當環境濕度改變時，其值會改變，需等待數分鐘，讀取穩定準確的相對濕度值。
鎖定讀值：在測量溫度或濕度時，將hold開關推至「on」位置，它將鎖定目前所測數值，直至你將hold開關推至「off」位置為止。
電池更換：當電池電力不足，則lcd將顯示：「bt」，表示需更換電池。
（二）風速的測定
1、實驗原理
**式電風速儀由**式測頭和測量儀表兩部分組成。測桿頭部有一玻璃球，球內繞有加熱玻璃用的鎳鉻絲和兩個串聯的熱電偶。熱電偶的冷端連線在磷銅質的支柱上，直接暴露在氣流中，當一定大小的電流通過加**圈後，玻璃球的溫度公升高，公升高的程度與氣流的速度有關，流速小的公升高的程度大，反之公升高的程度小。
公升高大小通過熱電偶產生的熱電勢在表頭上指示出來，因此校正後即可用表頭讀數表示氣流速度。
2、操作步驟
① 使用前觀察電表的指標是否指於零點，如有偏移，可輕輕調整電表的機械調整螺絲，使指標回到零點；
②將校正開關置於斷的位置；
③將測桿插頭插在插座上，測桿垂直向上放置，螺塞壓緊使探頭密封，「校正開關」置於滿度位置，慢慢調整「滿度調節」旋紐，使電表指標指在滿度位置；
④將「校正開關」置於「零位」，慢慢調整「粗調」、「細調」兩個旋紐，使電表指標指在零點的位置；
⑤經以上步驟後，輕輕拉動螺塞，使測桿探頭露出長短可根據需要選擇），並使探頭上的紅點面對對著風向，根據電表度讀數，查閱校正曲線，即可查出被測風速；
⑥在測定若干分後（10min左右），必須重複以上③、④步驟一次，使儀表內的電流得到標準化；
⑦測畢，應將「校正開關」置於斷的位置。
（三）co2濃度測定
1、實驗原理
二氧化碳都對紅外線有選擇性吸收，所以可以通過不分光吸收式紅外線氣體分析法進行檢測。當被測氣體通過受特徵波長光照射的氣室時，被測組二氧化碳將選擇吸收特徵波長的光，吸收光能的多少與樣品中被測組分濃度有關。
對於特徵波長光輻射的吸收，透射光強度與入射光強度、吸光組分濃度之間的關係遵循比爾定律：
紅外線氣體分析器的基本組成
1、2－紅外光源；3－切光片；4、5－濾光鏡（氣室）；6－測量室；7－參比氣室；8－遮光板（使兩光路平衡）；9－薄膜電容微音器；10－固定金屬片；11－金屬薄
在紅外線氣體分析器中，紅外輻射光源的入射光強度不變，紅外線透過被測樣品的光程不變，且對於特定的組分的吸收係數也不變，因此透射的特徵波長紅外光強度僅為被測組分濃度的函式，通過測定透射特徵紅外光強度就可確定樣品中被測組分的濃度。
紅外線氣體分析器由紅外光源、切光器、氣室、光檢測器及相應的供電、放大、顯示和記錄用的電子線路和部件組成的。其光源為直徑約0.5mm的鎳鉻絲，此鎳鉻絲被加熱到600℃～1000℃時發出的紅外線波長範圍為2μm～10μm。
紅外輻射光經反射拋物狀面而匯聚成平行光射出。射出能量相同的兩束平行光被同步電機帶動的切光片切割成斷續的交變光，從而獲得交變訊號來減少訊號漂移。兩束平行光中，一束光稱為參比光束，通過濾波室、參比氣室（內充不吸收紅外線的氮氣），最後射入接收室；另一束光稱為測量光束，通過濾波室射入測量氣室。
由於測量氣室中有被測氣體樣本通過，則被測組分會吸收部分特徵波長的紅外光，使射入接收室的光強度減弱。而且組分濃度越高，光強減弱就越多。
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