实验三 热电偶的焊接与校验新

实验三热电偶的焊接与校验

一、实验目的

1、熟悉不同规格热电偶及其工作原理。

2、了解热电偶的焊接方法并掌握饱和食盐水焊接。

3、熟悉了解常用热电偶的保养及校验方法。

二、仪器与设备

调压器、热电偶丝、300ml烧杯、食盐或工业盐、绝缘夹

三、热电偶的工作原理

在冶金高温实验中，温度的准确测量和控制是必不可少的。在许多情况下，温度测量决定了整个实验的误差大小。测量温度的方法分为接触式和非接触式两种。采用接触式测温时，传感元件要紧靠被测物体或直接置于温度场中，测量结果经过二次仪表显示出来。而非接触式测温是利用被测物体的热辐射或辐射光谱分布随温度的变化来测量物体温度的。

热电偶是实验室中被大量使用的接触式测温元件,在—个由不同金属导体A和B组成的

闭合回路中，当此回路的两个接点保持在不同温度t

1和t

2

时，只要两个接点有温差，回路

中就会产生电流，即回路中存在一个电动势，这就是“塞贝克温差电动势”，简称“热电势”，

记为E

AB

。导体A、B称为热电偶的热电极。接点1通常是用焊接法连在一起，工作时将它置于被测温的场所，故称为工作端(热端)。接点2要求恒定在一定温度下．称为自由端(冷端)。

对于一定的金属来说，电势是温度的函数。如果热电偶的一端保持恒温t

，热电偶的热

电势将随另一端的温度t

1

而变化，一定的热电势对应一定的温度，所以用测量热电势的办法，可达到测温的目的。实验证明，当热电极材料选定后，热电偶的热电势仅与两个接点的温度有关，即：

E AB (t

1

,t

)=e

AB

(t

1

)-e

AB

(t

)

式中e

AB (t

1

)、e

AB

(t

)分别为两个接点的分热电势。

对于一副选定的热电偶．当自由端温度恒定时，E

AB (t

)为常数，此时热电势就成为工作

端温度t

1

的单值函数，即

E

AB (t

1

,t

)=f(t

1

)

故通过测量热电势即可达到测温目的。通常t

0保持在0℃，E

AB

(t

1

,t

)的数值可由数字电

压表读出，所对应的温度值可从“热电偶毫伏对照表”查出；所测得的温度也可用温度显示仪直接显示。若冷端温度不为0℃，则需对其进行修正。

用做热电偶的材料应具有如下条件：

（1）热电势与温度的关系是线性关系。

（2）产生的热电势数值要高且稳定，并有重现性。

（3）热电偶的材料要有抗腐蚀性和一定的机械强度，易于加工。

常用热电偶中又分标准化热电偶和非标准化热电偶。国内常用标准化热电偶的特性如表3-1所示。

表3-1 国内常用的标准化热电偶的特性

非标准化热电偶使用较为普遍的是铂铑与钨铼系。国内生产的钨铼热电偶从1370℃起灵敏度开始下降，在2000℃时数据分散，因此，使用温度应在2000℃以下。钨铼热电偶的均匀性差，无互换性，每批生产出的分度是不同的。

四、热电偶的焊接

热电偶的焊接方法有很多种，如用热电偶焊接专用工具、盐水焊接、水银焊接等，为了保护环境，消除实验室汞污染，我们只采用饱和食盐水焊接做实验，焊接装置如图3-1所示。焊接方法如下：

1、将烧杯内放入适量的水和盐，让盐在水中充分溶解；

2、将调压器的旋钮调至零位置，输入线的电源插头插到220V交流电源上；调压器两根输出线的一极放到烧杯内的盐水中（最好是火线一极放在盐水中），另一极连到一个焊接专用夹子上；

3、将两根待焊接热电偶丝的端部去掉绝缘层后夹在焊接专用夹子上，且将顶端靠紧并剪齐（或将顶端拧紧并剪齐）；

4、接通电源开关，把调压器旋钮转到一适当位置，使调压器输出线两端有一定电压输出；

5、把夹在焊接专用夹子上的热电偶丝顶端与盐水表面接触放电，直至热电偶丝顶端产生一个光滑明亮的小圆球，即可完成焊接。

6、焊接完成后，将调压器的调压旋钮调至零位置，关闭电源开关，拨下电源插头。

图3-1 热电偶焊接示意图

1-热电偶丝 2-烧杯 3-电极 4-氯化钠水溶液 5-调压器

五、热电偶的清洗和退火

热电偶在检定前需进行清洗，以清除热电极表面的杂质、有机物和部分氧化物。清洗分两步进行：

(1)酸洗。目的是除去热电偶表面的有机物。将热电偶丝绕成直径80mm左右的圆环，放入30％-50％化学纯的盐酸或硝酸溶液中浸渍1h或者煮沸15min，再放入纯水中煮沸数次消除酸性。

(2)硼砂洗。目的是去除热电偶表面的氧化物。将酸洗后的热电偶丝放在固定架上，将热电偶丝加热到温度1100-1150℃，然后用硼砂块分别由热电偶丝上端慢慢接触丝，使硼砂熔化，沿丝流向下端，反复几次直到偶丝发亮，再缓冷至室温。清洗后的热电偶丝再放入纯水中煮沸数次，使热电偶丝表面上的硼砂彻底洗净。

退火可消除热电偶丝中的应力，提高热电偶的稳定性，退火按以下两步进行：

(1)通电退火。将清洗后的热电偶丝悬挂在固定架上，通以10．5A的电流，在ll00℃下退火1h。退火时要防止冷空气对流，电压升降必须缓慢，否则失去退火意义。

(2)炉内退火。通电退火后，仍有少量残余应力，将热电偶放在退火炉内进一步退火。退火炉均温区不小于500mm，温度住(1100±20℃)内，在炉内保温2h，以确保退火效果。六、热电偶校验

热电偶的检定校验就是将热电偶置于给定温度下测定其热电势，并确定热电势与温度的关系。实验室常用的检测方法是双极法(比较法)，检测步骤如下：

1)将标准热电偶与被检定热电偶捆扎成束，置于炉子的恒温带中。

2)将标准热电偶与被检定热电偶的冷端插在0℃的同一恒温器中，若冷端不能满足0℃，则需进行修正。

3）检定温度再标推热电偶证书上所给定的三个固定点温度附近进行，测量时炉内温度与固定点偏差不得超过±10℃。

4）标准——被测1——被测2——被侧3——被测3——被测2——被测1——标准。对每个温度测量次数不得少于4次，每测一次循环炉温波动个得大于±10℃。

5)测量完第一组数据后，再进行升温，待温度恒定后进行第二组数据测量。

6)将数据记录，并按前面讲的公式进行处理，即E

t被=E

t标

+ΔE

t

。

七、实验报告要求

(1)、热电偶测温时的影响因素是哪些？

(2)、简述热电偶焊接时的注意事项有哪些？

（3）、如何判断热电偶的正负极（说出两种判断方法）？实验中如何保证冰点恒温瓶中的温度为0℃？