能源與動力測試技術
實驗報告
中南大學能源學院
能源自動化與資訊所
2023年9月
實驗一熱電偶校驗及其靜態特性測試實驗
組號同組成員成績
實驗時間指導教師(簽名
一、實驗目的
1、掌握熱電偶測溫原理和溫度測量系統組成，學習熱電偶測溫技術，提高學生的實驗技能和動手能力；
2、掌握電位差計的工作原理及使用方法；
3、了解模擬式顯示儀表及數字式顯示儀表校驗方法,從而能較全面的了解與使用顯示儀表；
4、掌握工業熱電偶比較式校驗的實驗方法；
5、掌握熱電偶的靜態特性測試方法及資料處理技術。
二、實驗儀器及裝置
1、標準鎳鉻矽-鎳矽鎂熱電偶（分度號ｎ）型號：wrn-11 1支
附標準偶檢定證書乙份
2、被檢鎳鉻-鎳矽熱電偶（分度號k） 2支
3、uj33a型直流電位差計， 0.05級1臺
4、精密數字測溫儀xmta-1001臺
5、熱電偶自動校準儀：型號cst4006 1臺
7、交流電壓表，0～250v1臺
8、水銀溫度計，0～1001支
9、調壓變壓器（自耦式，（2～5）kva） 1臺
三、預習填空
1、工業熱電偶的檢定實驗中，熱電偶需定期校驗的原因使用中的熱電偶由於長期受高溫作用和介質的侵蝕，其熱電特性會發生變化，為了保證測溫的準確和可靠，故必須進行定期檢定 。工業熱電偶的檢定實驗中，校驗的基本方法是比較法 。工業熱電偶的檢定及其靜態特性測試實驗目的是是為了保證熱電偶的測量準確度 。
工業熱電偶比較法的檢定實驗所測得的熱電勢反映的是冷端溫度和工作端溫度下的溫差電勢 。
2、常用熱電偶的分度號有 s 、 k 、 e ，其中測溫範圍較大的是 k ,精度較高的是 s 。熱電偶測溫時必須保證參比端溫度恆定 。
3、熱電偶補償導線的作用是起到延長熱電極，使熱偶的冷端移到控制室的儀表端子上的作用 。生產過程中較多採用的參比端溫度補償方法是把參比端放在電加熱的恆溫器中，使其維持在某一恆定的溫度 。
4、分度號為n的熱電偶電極材料正、負極分別是鎳鉻矽和鎳矽鎂 ，n型熱電偶的使用溫度範圍為 -20~1300℃ 。
四、熱電偶效能測試
1、實驗資料
分別使電爐溫度在200℃，300℃，400℃，500℃等檢定點時，按照先測標準熱電偶「第一次讀數」——被校熱電偶讀數——標準熱電偶然「第二次讀數」的順序，測出標準電偶、被校熱電偶在這幾個檢定點溫度下的電勢值和標準偶的前後二次讀數，並將結果一一記入表1中。
表1 實驗資料記錄表
*由表1中查出允許偏差（0℃），再按照不同的檢定點溫度由附錄中的熱電勢率表（℃）折算。
2、實驗裝置示意圖
實驗主要裝置如圖1 所示，畫出實驗接線圖。
圖1實驗原理接線圖
3、實驗結論與分析
被檢熱電偶的偏差超過允許偏差，故被檢熱電偶不合格。導致被檢熱電偶不合格的原因可能是：冷端溫度不恆定。
由熱電偶溫度-熱電勢圖可知，熱電偶與熱電勢基本成線性關係，而且被檢偶的偏差基本不變。可能由於冷端溫度示值不準確，導致熱電偶溫度特性向下平移了一段距離。
五、思考題
1）簡述工業熱電偶校驗與分度的意義，並分析產生誤差的原因？
答：使用中的熱電偶由於長期受高溫作用和介質的侵蝕，其熱電特性會發生變化，為了保證測溫的準確和可靠，故必須進行定期檢定。對於檢定合格的標準熱電偶要給出分度公式，工業熱電偶只需要檢定是否合格，如果能給出工業熱電偶的分度公式，就能在生產實踐中進行有效的補償工作，使熱電偶的測溫示值更可靠。
2）工業熱電偶校驗實驗中，設定冰瓶的目的和作用？
答：設定冰瓶的目的是進行冷端補償，冰水混合物可使冷端溫度穩定地維持在0℃。
3）實驗過程中，實驗用電阻爐爐內溫度是如何保證穩定的？
答：電阻爐的溫度先由熱電偶溫度感測器檢測並轉換成微弱的電壓訊號，溫度變送器將此弱訊號進行非線性校正及電壓放大後，由微控制器內部a/d轉換器將其轉換成數字量。此數字量經數字濾波、誤差校正、標度變換、線性擬合、查表等處理後，與溫度設定值比較，根據偏差的大小，提供給控制演算法進行運算，最後輸出移相控制脈衝，放大後出發可控矽導通（即控制電阻爐平均功率），達到穩定電爐溫度的目的。
4）試分析如何通過實驗的方法，獲得同時校驗多隻熱電偶？
答：將需要校驗的熱電偶和標準熱電偶捆紮在一起，通過轉換開關將標準熱電偶與被檢熱電偶分別切換到與直流電位差計接通的位置，讀取各自的熱電勢測量值，讀值順序為：標準→被檢1→被檢2→被檢3→…→被檢2→被檢1→標準，然後進行相應的資料處理。
5）通過實驗，你認為在用雙極比較法檢定熱電偶時需要注意那些問題？
答：（1）標準熱電偶應套上高鋁保護管，與套好高鋁絕緣瓷珠的被檢熱電偶用細鉻絲捆紮成圓形一束，其直徑不大於20mm，以防標準熱電偶被汙染。
（2）被檢熱電偶的測量端應圍繞標準熱電偶的測量端均勻分布，並處於垂直標準熱電偶的同一截面上，以保證標準熱電偶和被檢熱電偶在同一溫度場內。
（3）將捆紮成束的熱電偶裝入管式爐內時，熱電偶的測量端應處於管式爐的最高溫度區中心，標準熱電偶與管式爐中心線位置一致。
（4）管式爐爐口沿熱電偶束周圍，用絕緣耐火材料密封，以防散熱，影響檢定精度。
（5）對較長的熱電偶，不要彎曲過大，以免損壞電極晶格，產生誤差。
（6）對新熱電偶在外觀檢查合格後，在檢定前，應在最高檢定點溫度下，退火2小時後，隨爐冷卻至250℃以下，然後檢定，以消除在焊接、拉製過程中產生的誤差。
6）常用的測溫線路有哪幾種？簡要說明。
答：（1）反向串聯，測量兩點的溫度差；
（2）正向串聯，測量三點溫度和；
（3）併聯，求多點平均溫度；
實驗二溫度變送器調校與測溫系統實驗
組號同組成員成績
實驗時間指導教師(簽名
一、實驗目的
以k分度和pt100溫度變送為研究物件，了解其工作原理、基本結構，掌握其調校方法，以便正確使用溫度變送器。選用k分度熱電偶或pt100熱電阻，配溫度變送器和xmt808型數字式顯示儀表組成測溫系統，完成溫度測量、變送和顯示。
二、實驗儀器及裝置
1）熱電偶溫度變送器型號sbwr-k，量程0~1100℃，精度0.5級，輸出：4~20ma
2）熱電阻溫度變送器 wp-201tr20-pt100，量程 -200~650℃，輸出：4~20ma
3）uj33a型直流電位差計一台，0.05級；1臺
4）精密電阻箱一台；
5）xmt808 型數字式顯示儀表一台，0.5級；
6）毫安電流錶一台，量程：0~30ma；
7）水銀溫度計一支，0~100℃；
8）補償導線、銅導線若干。
三、預習填空
1. 溫度變送器的作用是將溫度變數轉換為可傳送的標準化輸出訊號 。電動iii型溫度變送器輸出訊號是 4~20ma 直流電流。
2. 變送器零點調整的含義是使變送器的測量起始點為零 。
零點遷移的含義是把測量的起始點由零遷移到某一數值（正值為正遷移，負為負遷移） 。
量程調整的含義是使變送器的輸出訊號上限值ymax與測量範圍的上限值xmax相對應 。
3. 在調校電動溫度變送器時，一般可用精密的電阻箱輸入乙個標準電阻訊號，或可用毫伏發生器輸入乙個標準電勢訊號。
四、實驗裝置示意圖
熱電偶、熱電阻與溫度變送器調校主要裝置如圖1、2所示，分別畫出實驗裝置接線圖。
圖1熱電偶溫度變送器調校實驗接線圖
圖2熱電阻溫度變送器調校實驗接線圖
五、資料記錄
表1 溫度變送器校驗資料記錄
被檢表名稱熱電偶溫度變送器型號 sbwr-k 分度號 k
量程範圍 0~1100℃ 精確度 0.5級
標準表名稱直流電位差計型號 uj33a型精確度 0.05級
六、結論與分析
熱電偶溫度變送器出產時精度為0.5級，而變差超過了熱電偶的精度等級，現在的精度等級是1.5級，經檢驗，被校表不合格。
導致被校不合格的原因有：（1）直流電位差計的誤差；（2）電測儀表的誤差（數字電壓表）；（3）直流穩壓電源的影響；（4）i／v變換電阻的精度影響；（5）對於讀數誤差可忽略不計。
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