综合实验一--机械工程中的温度测量-(1)..讲解学习

综合实验一机械工程中的温度测量

在工业生产及实验研究中，温度常作为表征对象和过程状态的重要参数之一。在机械制造业中，随精密加工和数控技术的迅速发展，对加工精度和精度稳定性提出了越来越高的要求。在精密加工中，热变形引起的加工误差竟占总误差的40％－70％。对于高精度机床，离开了对温度的严格控制，就根本没有高精度可言。对于普通机床，在一般精度加工中，发热现象也由于机床功率和转速的大大提高而越来越严重。另外，切削过程中的切削热现象也影响刀具的耐用度，限制了切削速度的提高，甚至影响加工质量。因此，学习和了解温度的测量与控制，具有极为重要的意义。

1、实验目的

研究和检验各种工作机械，传动机械和动力机械工作时，通过构建多点温度测试系统，获取其温度场的形成变化特点。以期进一步分析产品的设计质量和制造质量。

(1) 运用学习的测试技术知识设计组建多点温度测试系统；

(2) 学习铜一康铜热电偶的结构及其原理，测量其静特性、动特性曲线；

(3) 学习传感器在实际测试中应用方法；

(4) 学会组建合适的测试系统的一般方法；

(5) 通过测试了解机床温度场的形成，认识机床热态特性的重要意义。

2、实验对象

普通车床或其它运行机械设备作为实验对象，通过对机床温度场的测量，确定出机床热态特性，分析其对机床运行的影响。

3、实验设备

(1) 铜一康铜热电偶，水银玻璃温度计，半导体测温传感器等；

(2) 温度标定装置；

(3) 多点转换开关；

(4) 电位差计；

(5) 函数记录仪；

(6) 普通车床；

(7) 相关低值易耗品。

4、实验步骤

4.1实验准备

(1) 机床温度场测试实验方案设计；

(1) 绘制实验设备布置图；

(2) 实验设备连线图；

(3) 熟悉实验设备，重温热电偶得测量原理和一般结构，了解铜一康铜热电偶

的特点；

(4) 撰写实验操作步骤说明；

(5) 预测实验中可能出现的问题及解决方法。

4.2实验操作

(1) 制作铜一康铜热电偶（可选）；

(1) 重温热电偶的三个基本定律（均匀电路定律、中间金属定律、中间温度定

律）。

(2) 组建热电偶静特性测试系统，测量铜一康铜热电偶的静特性曲线。即其分

度表。

(3) 组建热电偶的动特性测试系统，测量铜一康铜热电偶的动特性曲线。理解

其意义。

(4) 合适选择本实验中机床的测点，清洁测点位置。对车床变速箱而言，箱体

前后端面上的温升情况较为重要，其温度场情况较为复杂，在本实验中处理从简。

(5) 在车床箱体上，使用铜一康锕热电偶合适布置测温点，组建机床温度场测

量系统。

(6) 在车床开车前须把布置好的各测点的原始工况下的温度值测量并记录下

来。

(7) 注意环境温度变化。

(8) 车床开车后前三次测量每10分钟一次，以后每隔15分钟进行一次：并记

录测得的数据。

(9) 在机床空载、高速运转适度时间之时，即机床达热平衡后停车，记录停车

前各点稳定温度值和稳定温升值。

附注：根据《金属切削机床通用技木条件》(JB2278－78)关于机床达热平衡的定义即以机床主轴轴承达到稳定温度值为准(即该点的温升为每小时小于5℃)。定温度值减去当时室温值即为稳定温度的温升值。

5、实验报告

(1) 说明热电偶的测温原理。

(2) 叙述在实验中要注意的问题有哪些？如在制作热电偶时有哪些注意事项，

在使用电位差计要注意的问题有哪些？。

(3) 实验中是如何组建热电偶静特性测试系统的，画出电路图并说明电路设计

原理。

(4) 整理试验数据，画出铜一康铜热电偶的静特性曲线，并进行线性拟合，计

算非线性度误差和灵敏度，得出铜一康铜热电偶的分度表。分析实验中可能存在的误差。

(5) 在本实验中，是如何采用热电偶进行温度测量的？做出温度关于时间的曲

线图，并说明温度－时间曲线图在实际当中有些什么应用？

6实验原理

6.1常用温度传感器分类

从理论上讲，凡随温度变化，其物理性质也发生变化的物质皆能作为测温传感器。但是，要想测量获得准确的温度值，则不是所有上述物质都能适用。一般而言，用于测量温度的敏感元件原则上应该满足下列要求：

a.温敏件的测温特性应该仅和温度有关，测温特性随温度变化的函数曲线应呈线性特性，而且测温特性的变化应该明显，即有较高的灵敏度。

b.温敏件在长期使用过程中，其测温特性应具有较好的稳定性。

c.温敏件应该具有较宽的测温范围，即在不改变测温特性的条件下，温敏件能测量高、低温的范围越宽越好。

实际上，完全满足以上要求的温敏件是不存在的。目前，温度传感器形式多样，分类方式繁多。常用的温度传感器可以分类如图9－3所示。

温度传感器还可以分为接触式和非接触式两大类。所谓接触式就是传感器直接与被测物体接触，这是测温的基本形式。这种形式是通过接触方式把被测物体的热能量传送给温敏传感器，这就降低了被测物体的温度。特别是被测物体较小，热能量较弱时，不能正确地测得物体的真实温度。因此，采用接触方式时，测得物体真实温度的前提条件是，被测物体的热容量必须足够大于温度传感器。

非接触方式是测量被测物体的辐射热的一种方式，它可以测量远距离物体的温度，这是接触方式做不到的。但是要注意采用非接触式温度传感器较难测量±l℃以下的温度。

图9－3温度传感器分类

6.2热电偶

热电偶是目前工业上应用较为广泛的温敏元件之一，一般用于测量500℃以上的温度。普通热电偶的测温上限可达l300℃，短时间使用测温上限可达l600℃，特殊材料制成的热电偶可以测量2000℃至2800℃的高温。

热电偶是一种发电型的温敏元件，它将温度信号转换成电势信号，配以测量电势信号的仪表或变送器，便可以实现温度的测量或温度信号的变换。

热电偶之所以应用广泛是因为它有如下特点：