实验五：热电偶的检验
一、实验目的：
1．熟悉热电偶的原理、结构，掌握工业用热电偶的检定方法，并能对检定结果进行误差分析。
2．学会使用UJ-36型电位差计，了解电位差计的基本原理，能正确使用。
二、实验内容：
常用的热电偶检定方法是比较法，所谓比较法是将被校热电偶与比它高一级的标准热电偶直接比较进行分度的方法，此法—次可同时分度几支热电偶。
其具体方法是：把被检定的热电偶和标准热电偶的测量端捆扎在一起，放在管式电路中高温恒温区内，为保证温度场的均匀，可先将热电偶的测量端放入有孔镍块的孔中，然后再一起放入管式电炉内。
进行分度的温度点—般选在整百度点。
在比较法中常用双极法、同名极法和微差法。
(一)双极法：
将标准热电偶和被校热电偶捆扎或分别放入镍块孔中臵于管式电炉瓷管的中心部位，用低阻电位差计分别测出标准热电偶和被校热电偶在恒温下各分度点的热电势，然后进行计算，求出分度偏差，再求出修正值。
偏差公式：t t t -=∆'
式中：'t ——被校热电偶在某分度点的热电势(参考端为0度)读数的算术平均值从 分度表中查得的相应温度，t ——标准热电偶在同一分度点的热电势(参考端为0度)读数的算术平均值经修正后(对分度表修正)从分度表中查得的相应温度。
t ∆--温度偏差值
修正值=-t ∆
［例：］在1000℃温度点上，被校K 型热电偶的热电势为40．595mv ，它的冷端温度为20℃，采用二等标准铂铑—铂热电偶测得的电势为9．587mv ，它的冷端温度为0℃，标准热电偶在1000℃时对分度表上的修正值0.023＝－修e ∆mv ，求被检K 型热电偶在1000℃时的偏差值和修正值。
(1)标准热电偶修正后的热电势及对应温度： E=E 偶+
修
e ∆=9.587+(-0.023)=9.564
从S 型分度表中查得9.564mv 相当于998℃；从K 型分度表上查得E(20，0)=0.798mv,故被校型热电偶当参考端为0℃时的热电势为：
E(1000，0)=E(1000，20)+E(20,0)=40.595+0.798=41.393mv
再从K 型表中查得41.393mv 相当于'
t ＝1003℃，于是该分度点的偏差为：
59981003'=-=-=∆t t t ℃
而修正值为5-=∆-t ℃。
当被校热电偶与标准热电偶型号相同，且参考端温度相同时(为零度或被校正到零度)，可将被检热电偶与标准热电偶的热电势相减，即为分度偏差值。
标
被－E E e =∆
式中e ∆-分度偏差(热电势值)；被
E —被校热电偶在某分度点的热电势 (参考端为0度)
读数的算术平均值；
标E —标准热电偶同—分度点的热电势(参考 端为0度)读数的算术平
均值。
对于各类型标准热电偶的热电势值考虑到它们的传递误差，应对于各自的标准分度表加以修正。
(二)同名极法(单极法)(略) (三)微差法：(略) 三、实验要求：
1.参考端恒温器内温度为(0±0.1)℃。
2.管式电炉长度为600mm ，加热管内径约为Φ40mm 。
3.为保证管式炉温场符合检定要求，炉中心臵一镍块。
4.具有高质量热电偶测量端焊接设备。
四、实验装臵：
管式电炉 1台 电位差计（UJ36） 1台 标准热电偶 (K 型代用) 1支 被校热电偶 K 型 1支 消耗材料
水瓶 1个 电池 1号 8节 基层电池 9V 2节 医用胶布 黑胶布 五、实验步骤：
实验采用三级标准NiCr —NiSi 热电偶热电偶检定未知NiCr —NiAl 热电偶，检定方法可用双极法。
以下仅以双极法为例说明检定步骤：
(1)把装好绝缘瓷管的标准及被校热电偶热端插入镍块的孔中，然后一起放入管式电炉炉膛中心处，用石棉绳将炉口封闭。
(2)把热电偶与铜导线连接好，套上保护塑料管臵于装有变压器油的试管中，将试管放入冰点恒温器内。
(3)如图将电源及UJ —36直流电位
差计接好，控温仪开关臵于关闭位臵，电流调整旋钮逆时针旋到头（部分控温仪没有此旋钮，不用管它），检查电路连接是否正确，并请老师检查后接通电源，调整控温仪设定值为校验点温度，慢慢调动电流调整旋钮，开始时电流可以适当加大，炉温接近设定值时可适当减小
电流有利于缩短稳定时间，使炉温升至检定温度保温。
(4)炉温达到检定温度时，应保持炉温恒定(在5分钟内温度波动变化不大于1～2℃,观察标准热电偶的毫伏值)。
(5)测定标准热电偶的热电势和被检热电偶的热电势，测量的顺序为：标-被-被-标，测量两个循环，最后取算术平均值作为标准或被检热电偶在该点的热电势值。
(6)检定K 型热电偶使用400℃；600℃；800℃三个温度点进行检定。
依据为JG351-96，
六、实验数据处理：
1．实验数据按照标-被-被-标顺序采取，每一校验点读数不少于2次，测量时读数应迅速准确，时间间隔应相近，测量时管式炉温度变化不大于±0.25℃。
2．对K 型(Φ0.5mm)热电偶而言，检验点为三个，分别为400℃；600℃;800℃依据JJG351—96。
七、实验报告要求
1．做好实验预习，预习报告经老师检查后方可参加实验。
2．认真记录实验结果。
（数据记录见上表）
3．对实验结果进行数据处理，计算被检热电偶的误差值、修正值，最后确定被检热电偶是否合格。
标准热电偶的修正值（修E ） 毫伏
解：答：
（1）在400℃检定点上，标准热电偶在400℃时对分度表上修正值0.027＝修e ∆mv ，则标准K 型热电偶修正后的热电势及对应温度： E 标=E 偶+
修e ∆=
012.16027.02
15.98)
+15.99(=+ mV
从K 型分度表中查得16.012mv 相当于393℃，则t=393℃。
被校K 型热电偶测得的热电势及对应温度： E 被=
()045.162/09.1600.16=+ mV
从K 型分度表中查得16.045mv 相当于394℃，则'
t =394℃。
于是该分度点的偏差为：
1393394'=-=-=∆t t t ℃
而修正值为1-=∆-t ℃
（2）在600℃检定点上，标准热电偶在600℃时对分度表上修正值0.015＝修e ∆mv ，则标准K 型热电偶修正后的热电势及对应温度： E 标=E 偶+
修e ∆=
825.24015.02
24.64)
24.98(=++ mV
从K 型分度表中查得24.825mv 相当于596℃，则t=596℃。
被校K 型热电偶测得的热电势及对应温度： E 被=
()640.242/63.2465.24=+ mV
从K 型分度表中查得24.640mv 相当于594℃，则'
t =594℃。
于是该分度点的偏差为：
2596594'-=-=-=∆t t t ℃
而修正值为=∆-t 2℃
（3）在800℃检定点上，标准热电偶在800℃时对分度表上修正值0.015＝修e ∆mv ，则标准K 型热电偶修正后的热电势及对应温度： E 标=E 偶+
修e ∆=
185.33015.02
33.18)
33.16(=++ mV
从K 型分度表中查得33.185mv 相当于797℃，则t=797℃。
被校K 型热电偶测得的热电势及对应温度：
E 被=
()155.332/14.3317.33=+ mV
从K 型分度表中查得33.155mv 相当于796℃，则'
t =796℃。
于是该分度点的偏差为：
1796797'=-=-=∆t t t ℃
而修正值为=∆-t -1℃
对于Ⅱ等级K 型热电偶的热电动势(在规定的温度范围内，参考温度为0℃时)允许误差为
5.2±℃，而由前面三个检定点测得的偏差t ∆均没有超过此范围，故被检热电偶合格。
对于K 型热电偶的热电动势(在规定的温度范围内，参考温度为0℃时)允许误差，以温度数值表示时应符合表9的规定：
4.试分析造成热电偶检定误差的原因及消除方法。
答：造成热电偶检定误差的原因可能有： （1）、炉温不够恒定，变动太大导致测量值不同，消除方法为炉温达到检定温度时，应确保炉温恒定才进行检定(在5分钟内温度波动变化不大于1～2℃,观察标准热电偶的毫伏值)。
（2）、冷端温度不为零度。
消除方法为检定前要确保冰点恒温器内存在冰水混合物，这样可确保冷端温度为零度。
（3）、直流电位差计忘记调零。
消除方法为使用电位差计前先进行调零。
5．提出本实验存在的问题及改进意见。
答：可以通过增加检定点数目来提高热电偶校验准确性。
八、思考题：
热电偶输出毫伏数的大小与热电偶自身的性质(长短、粗细、材质、线上材质的均匀程度)的关系如何?
答：热电偶的基本工作原理是：两种不同成份的导体(称为热电偶丝材或热电极)两端接合成回路，当接合点的温度不同时，回路中就会发生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势，热电偶就是利用这种原理进行温度丈量的。
当热电偶的材质均匀时，其输出与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材质和两端温差有关。
热电偶的输出与其材质有直接关系。
热电偶的输出亦与其材质均匀程度有关，若材质不均匀，则在温场下会产生局部热电势，影响其输出。