YBF-2導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀講義Word版

1、YBF-2型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀（實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書）杭州大華儀器制造有限公司2 / 33YBF2 導(dǎo) 熱 系 數(shù) 測(cè) 試 儀【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?掌握熱電偶溫度計(jì)定標(biāo)2利用物體的散熱速率求傳熱速率（用穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)）【儀器用具】1測(cè)定儀（含實(shí)驗(yàn)裝置、數(shù)字電壓表、數(shù)字秒表及PID控制表） 一臺(tái)2保溫杯（或DH-TD低溫實(shí)驗(yàn)儀） 一只/臺(tái)3硬鋁樣品 一根4橡皮樣品 一塊5陶瓷樣品 一根6牛筋樣品 一塊7絕緣圓盤 一塊8測(cè)片 一把【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】一對(duì)銅康銅熱電偶溫度計(jì)定標(biāo)。二測(cè)量物體在室溫100多點(diǎn)的導(dǎo)熱系數(shù)，畫出曲線。1 測(cè)量不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)。本儀器附橡皮、陶瓷、牛筋等樣品供教學(xué)測(cè)試用。2 測(cè)量金屬的

2、導(dǎo)熱系數(shù)。本儀器附有硬鋁測(cè)試樣品。3 測(cè)量空氣的導(dǎo)熱系數(shù)。【結(jié)構(gòu)特性】 （實(shí)驗(yàn)裝置裝配見(jiàn)裝配圖）在使用中，樣品架的三個(gè)螺旋微頭是用來(lái)調(diào)節(jié)散熱盤P和圓筒加熱盤A之間距離和平整度的。除測(cè)量金屬樣品時(shí)不用圓筒固定外，其它如測(cè)橡皮和空氣的導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，均需將圓筒的固定軸對(duì)準(zhǔn)樣品支架上的圓孔插入，并用螺母旋緊。具體步驟是：先旋下螺母，將加熱圓筒放下；使固定軸穿過(guò)圓孔，再將螺母旋上并擰緊，最后固定筒后的緊固螺釘，從而由三個(gè)螺旋測(cè)微頭來(lái)調(diào)節(jié)平面和待測(cè)樣品厚度?！緶y(cè)量范圍、精度】1PID控制：精度1；最小分辨率0.12溫度測(cè)量部分：室溫0110；測(cè)量精度：1；溫差測(cè)量的精度0.53計(jì)時(shí)部分：范圍0100 min

3、；最小分辨率1S；精度：10-54電壓表：精度0.1%【實(shí)驗(yàn)原理】導(dǎo)熱是物體相互接觸時(shí),由高溫部分向低溫部分傳播熱量的過(guò)程。當(dāng)溫度的變化只是沿著一個(gè)方向(設(shè)Z方向)進(jìn)行的時(shí)候，熱傳導(dǎo)的基本公式可寫為： (2-9-1) 它表示在dt時(shí)間內(nèi)通過(guò)ds面的熱量為dQ，dT/dz溫度梯度，為導(dǎo)熱系數(shù)，它的大小由物體本身的物理性質(zhì)決定,單位為w/(mk)，它是表征物質(zhì)導(dǎo)熱性能大小的物理量,式中負(fù)號(hào)表示熱量傳遞向著降低的方向進(jìn)行。 在圖1中，B為待測(cè)物，它的上下表面分別和上下銅盤接觸，熱量由高溫銅盤A通過(guò)待測(cè)物B向低溫銅盤傳遞，若B很薄，則通過(guò)B側(cè)面向周圍環(huán)境的散熱量可以忽略不計(jì)，視熱量沿著垂直待測(cè)圓板B的

4、方向傳遞。那么，在穩(wěn)定導(dǎo)熱（即溫度場(chǎng)中各點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間而變）的情況下，在t時(shí)間內(nèi)，通過(guò)面積為S、厚度為h的勻質(zhì)板的熱量為: (2-9-2) T表示勻質(zhì)圓板兩板面的恒定溫差。若把（2-9-2）式寫成: (2-9-3)的形式。那么Q/t，便為待測(cè)物的導(dǎo)熱速率。只要知道了導(dǎo)熱速率，由（2-9-3）式即可求出。下面我們來(lái)求Q/t。實(shí)驗(yàn)中，使上銅盤A和下銅盤P分別達(dá)到恒定溫度T1、T2，并設(shè)T1T2。即熱量由上而下傳遞，通過(guò)下銅盤P向周圍散熱。因?yàn)門1和T2不變，所以，通過(guò)B的熱量就等于P向周圍散發(fā)的熱量，即B的導(dǎo)熱速率等于P的散熱速率。因此，只要求出了P在溫度T2時(shí)的散熱速率，就求出了B的導(dǎo)熱速率Q

5、/t。因?yàn)镻的上表面和B的下表面接觸，所以P的散熱面積只有下表面面積和側(cè)面積之和，設(shè)為S部。而實(shí)驗(yàn)中冷卻曲線P是全部裸露于空氣中測(cè)出來(lái)的，即在P的下表面和側(cè)面都散熱的情況下記錄出來(lái)的。設(shè)其全部表面積為S全，根據(jù)散熱速率與散熱面積成正比的關(guān)系得 (2-9-4) A B P 圖1 式中：（Q/t）部為S部面積的散熱速率；（Q/t）全 為S全面積的散熱速率。而散熱速率（Q/t）部就等于（2-9-3）式中的導(dǎo)熱速率Q/t,這樣（2-9-3）式便可寫作： (2-9-5) 設(shè)下銅盤直徑為D，厚度為，那么有： (2-9-6) 由比熱容的基本定義C=Q/mT,得Q=cmT,故 (2-9-7) 將（2-9-6）

6、、（2-9-7）兩式代入（2-9-4）式，得： (2-9-8) 將（2-9-8）式代入（2-9-5）式得： (2-9-9) 式中： m下銅盤的質(zhì)量 c下銅盤的比熱容【實(shí)驗(yàn)步驟】1 用游標(biāo)卡尺多次測(cè)量下銅盤的直徑D、厚度和待測(cè)物厚度L，然后取平均值。下銅盤的質(zhì)量m由天平稱出，其比熱容C=3.805*102 J/g2 安置圓筒、圓盤時(shí)，須使放置熱電偶的洞孔與杜瓦瓶同一側(cè)。熱電偶插入銅盤上的小孔時(shí)，要抹上些硅脂，并插到洞孔底部，使熱電偶測(cè)溫端與銅盤接觸良好，熱電偶冷端插在冰水混合物中（或直接接低溫實(shí)驗(yàn)儀提供冷端的熱電偶，并使溫度控制在0）3 根據(jù)穩(wěn)態(tài)法，必須得到穩(wěn)定的溫度分布，這就要等待較長(zhǎng)的時(shí)間，

7、為了提高效率，可先將電源電壓打到高檔，加熱約20分鐘后再打至低檔。然后，每隔5分鐘讀一下溫度示值，如在一段時(shí)間內(nèi)（如10分鐘）樣品上、下表面溫度T1、T2示值都不變，即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。記錄穩(wěn)態(tài)時(shí)T1、T2值后，移去樣品，再加熱，當(dāng)下銅盤溫度比T2高出10左右時(shí)，移去圓筒，讓下銅盤自然冷卻。每隔30秒讀一次下銅盤的溫度示值，最后選取鄰近的T2測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)求出冷卻速率。 在采用PID自動(dòng)控溫時(shí)，可連續(xù)在50、60、70、80、90、100時(shí)并使得在各點(diǎn)T1、T2值穩(wěn)定不變（準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)）。記錄穩(wěn)態(tài)時(shí)各溫點(diǎn)T1、T2值后。照上述方法移去圓筒，讓下銅盤自然冷卻。每隔1020秒讀一次下銅盤的溫度示值，

8、并求50、60、70、80、90、100時(shí)各T2溫點(diǎn)的下銅盤冷卻速率，代入公式進(jìn)而測(cè)得樣品在以上不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)。4 本實(shí)驗(yàn)選用銅-康銅熱電偶測(cè)溫度，溫差100時(shí)，其溫差電動(dòng)勢(shì)約4.0mV，故應(yīng)配用量程010mV,并能讀到0.01mV的數(shù)字電壓表（數(shù)字電壓表前端采用自穩(wěn)零放大器，故無(wú)須調(diào)零）。由于熱電偶冷端溫度為0,對(duì)一定材料的熱電偶而言，當(dāng)溫度變化范圍不大時(shí)，其溫差電動(dòng)勢(shì)（mV）與待測(cè)溫度（0）的比值是一個(gè)常數(shù)。由此,在用式(2-9-9)計(jì)算時(shí),可以直接以電動(dòng)勢(shì)值代表溫度值?！緦?shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)】1 手動(dòng)控制做穩(wěn)態(tài)法時(shí)，要使溫度穩(wěn)定約要1個(gè)小時(shí)左右，為縮短時(shí)間，可先將熱板電源電壓打在高檔，幾分

9、鐘后，T1=4.00mV即可將開(kāi)關(guān)撥至低檔，待T1降至3.5mV左右時(shí)，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)電熱板電壓高檔、低檔及斷電檔，使T1讀數(shù)在0.03mV范圍內(nèi),同時(shí)每隔2分鐘記下樣品上、下圓盤A和P的溫度T1和T2的數(shù)值,待T2的數(shù)值在10分鐘內(nèi)不變即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),記下此時(shí)的T1和T2值.2 測(cè)金屬（或陶瓷）的導(dǎo)熱系數(shù)時(shí),T1、T2值為穩(wěn)態(tài)時(shí)金屬樣品上下兩個(gè)面的溫度，此時(shí)散熱盤P的溫度為T3。因此測(cè)量P盤的冷卻速率應(yīng)為：測(cè)T3值時(shí)要在T1、T2達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，將上面測(cè)T1或T2的熱電偶移下來(lái)進(jìn)行測(cè)量。3 圓筒發(fā)熱體盤側(cè)面和散熱盤P側(cè)面，都有供安插熱電偶的小孔，安放發(fā)熱盤時(shí)此二小孔都應(yīng)與杜瓦瓶在同一側(cè)，以

10、免線路錯(cuò)亂，熱電偶插入小孔時(shí)，要抹上些硅脂，并插到洞孔底部，保證接觸良好，熱電偶冷端浸于冰水混合物中。4 樣品圓盤B和散熱盤P的幾何尺寸，可用游標(biāo)尺多次測(cè)量取平均值。散熱盤的質(zhì)量m約1，可用藥物天平稱量。5 本實(shí)驗(yàn)選用銅康銅熱電偶，溫差100時(shí)，溫差電動(dòng)勢(shì)約故應(yīng)配用量程010mV的數(shù)字電壓表，并能測(cè)到0.01V的電壓（也可用靈敏電流計(jì)串聯(lián)一電阻箱來(lái)替代）?！緝x器維護(hù)與保養(yǎng)】1 使用前將加熱盤與散熱盤面擦干凈。樣品兩端面擦凈，可涂上少量硅油。以保證接觸良好。注意，樣品不能連續(xù)做試驗(yàn)，特別是橡皮、牛筋必須降至室溫半小時(shí)以上才能下一次試驗(yàn)。2 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如若移開(kāi)電熱板，就先關(guān)閉電源。移開(kāi)熱圓筒時(shí)

11、，手應(yīng)拿住固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以免燙傷手。3 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，切斷電源，保管好測(cè)量樣品。不要使樣品兩端劃傷，以至影響實(shí)驗(yàn)的精度。數(shù)字電壓表數(shù)字出現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)先查熱電偶及各個(gè)環(huán)節(jié)的接觸是否良好。4 儀器在搬運(yùn)及放置時(shí)，應(yīng)避免強(qiáng)烈振動(dòng)和受到撞擊。5 儀器長(zhǎng)時(shí)間不使用時(shí)，請(qǐng)?zhí)咨纤芰洗?，防止潮濕空氣長(zhǎng)期與儀器接觸。房間內(nèi)空氣濕度應(yīng)小于80%。6 儀器使用時(shí),應(yīng)避免周圍有強(qiáng)烈磁場(chǎng)源的地方。7 長(zhǎng)期放置不用后再次使用時(shí)，請(qǐng)先加電預(yù)熱30min后使用。8 若開(kāi)機(jī)秒表無(wú)顯示，需關(guān)斷電源5秒再通電。原因市電不穩(wěn)定。 如開(kāi)機(jī)無(wú)電請(qǐng)先檢查加熱裝置上的電源輸入插座，用萬(wàn)用表量其電阻(200)左右，再用2M檔量其一引腳與外殼應(yīng)為開(kāi)路

12、，反之，請(qǐng)勿使用！請(qǐng)與我廠聯(lián)系維修。注意：接地線必須接地！穩(wěn)態(tài)法測(cè)量不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)（僅供參考） 導(dǎo)熱系數(shù)是一種重要的物理量，不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定，是熱學(xué)中比較重要的實(shí)驗(yàn)。用穩(wěn)態(tài)法測(cè)不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)是一種常見(jiàn)的方法，它較其它方法更方便，精確度更高。 測(cè)定不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)的原理是法國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家的傅里葉給出的導(dǎo)熱方程式，在物體內(nèi)部，垂直于導(dǎo)熱方向上，兩個(gè)相距為h，面積為s，溫度分別為T1、T2的平行平面，在t秒內(nèi)，從一個(gè)平面?zhèn)鞯搅硪粋€(gè)平面的熱量Q滿足下述表達(dá)式： 式中Q/t定義為傳熱速率，定義為該物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，亦稱熱導(dǎo)率，“-”號(hào)表示熱量向溫度低的方向傳遞，由此可知對(duì)于樣品B有： 式中

13、hB、SB和T都易測(cè)得，而Q/t可由穩(wěn)態(tài)法測(cè)出。 對(duì)如圖1所示的熱學(xué)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，樣品B上、下兩面的溫度T1、T2不變，說(shuō)明通過(guò)傳熱筒A向樣品B的傳熱速率與樣品B通過(guò)P盤的散熱速率相等，否則T2將繼續(xù)升高，因此可通過(guò)求P盤的散熱速率得到傳熱速率，而散熱速率由P盤的冷卻曲線求出。 在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)溫度T1、T2不變時(shí)，取走樣品B，讓A底直接與P盤接觸加熱，使P盤的溫度上升到比T2高10左右后，再將A取走讓P盤自然冷卻，測(cè)量相隔30s的溫度值，只比T1低5左右止，然后以時(shí)間t為橫坐標(biāo)，溫度T為縱坐標(biāo)，繪制冷卻曲線，如圖示2所示，曲線上對(duì)應(yīng)于T2的斜率： 圖2 即為P盤在溫度T2時(shí)的冷卻速

14、率，此時(shí)由于P盤全部表面向環(huán)境散熱，而加熱過(guò)程中，P盤的上表面被樣品B覆蓋，只有下表面和側(cè)面向環(huán)境散熱，故應(yīng)對(duì)k值修正，由于冷卻速率與它的表面積成正比，所以將冷卻速率修正為： 設(shè)圓盤P半徑為RP，厚度為hP，質(zhì)量為m比熱容為c，且有 S上= S下=RP2 S側(cè)=2RPhP所以散熱速率 在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，P盤的散熱速率與樣品B的傳熱速率相等，即 又SB=RB2 ，所以，導(dǎo)熱系數(shù) 實(shí)驗(yàn)中，使用數(shù)字電壓表測(cè)量熱電偶在有溫度變化時(shí)所反映出的電壓差V，故上式為： V1、V2對(duì)應(yīng)于T1、T2數(shù)字電壓表的讀數(shù) 由上式知，實(shí)驗(yàn)中只要測(cè)出m、hB、RB、hP、RP、V1、V2以及利用穩(wěn)態(tài)法測(cè)出k值，就可測(cè)出不良導(dǎo)熱

15、系數(shù)。 以下是在手動(dòng)控制方式下測(cè)定溫度傳熱的一組數(shù)據(jù)，并以此計(jì)算出導(dǎo)熱系數(shù)及相對(duì)誤差。 表一 V1(mV) 4.28 4.30 4.33 4.36 4.39 4.42 4.45 4.49 4.52 4.54 4.57 4.59 4.62 4.64 4.67 4.70 4.72 4.74V2(mV) 2.00 2.09 2.16 2.22 2.28 2.33 2.36 2.40 2.43 2.46 2.48 2.50 2.52 2.54 2.56 2.58 2.59 2.60V1(mV) 4.77 4.79 4.81 4.82 4.83 4.84 4.86 4.87 4.89 4.89 4.90

16、 4.91 4.91 4.91 4.91 4.91 4.91 4.91 V2(mV) 2.62 2.63 2.64 2.66 2.67 2.68 2.69 2.70 2.71 2.71 2.72 2.72 2.73 2.74 2.74 2.74 2.74 2.74 已知條件為 m=845.0g， c=0.380103J/kg，hP=7.16mm RP=(129.94/2)mm ，hB=8.06mm ，RB=(130.28/2)mm 測(cè)量過(guò)程為：初始電壓高擋，20分鐘后換電壓低擋，2分鐘讀一次V1、V2值。 最后得穩(wěn)態(tài)時(shí)：V1=4.91(mV)，V2=2.74(mV) 加熱筒A直接給P盤加熱到3

17、.30mV時(shí)，移開(kāi)加熱筒，P盤開(kāi)始向外散熱，30秒讀一次V2值，測(cè)得的數(shù)據(jù)如表二。 表二 T（s） 0 30 30 30 30 30 30 30 30 30V2(mV) 3.30 3.17 3.04 2.93 2.82 2.71 2.62 2.52 2.43 2.34 V2-t關(guān)系曲線如圖3所示 2.74 2.74 (66) 圖3 所以該物體在113(4.91mV)的導(dǎo)熱系數(shù) PID控制方式下,在室溫100選幾點(diǎn)（設(shè)置溫度點(diǎn)應(yīng)高于室溫2030，這樣散熱速率較明顯），算出各點(diǎn)導(dǎo)熱系數(shù)，畫出該物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)曲線。 由導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算公式得相對(duì)誤差計(jì)算公式： 實(shí)驗(yàn)中電壓讀數(shù)誤差為V1=V2=0.01mV，

18、游標(biāo)卡尺測(cè)量誤差為hB=RB=hP=RP=0.01mm，所以 由此可以看出，穩(wěn)態(tài)法測(cè)不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)，是一種較好方法，準(zhǔn)確度也較高。熱電偶溫度計(jì)的標(biāo)度【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 了解熱電偶溫度計(jì)。2 “銅康銅”熱電偶溫度計(jì)的標(biāo)度?！緝x器用具】1“銅康銅”熱電偶2. 保溫杯3. YBF-2導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀(可直接用數(shù)字電壓表或UJ-36直流電位差計(jì))【儀器描述】 圖41 圖4是實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 “銅-康銅”熱電偶的一個(gè)接點(diǎn)（冷端）放在盛有冰水混合物的杜瓦瓶中，使該接點(diǎn)維持在恒定的0。另一接點(diǎn)（熱端）放在A盤小孔中。升溫由它的加熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)手動(dòng)加熱時(shí)，將控制方式置“手動(dòng)”，然后切換加熱控制開(kāi)關(guān)?；?qū)⒖刂品绞街?/p>

19、“自動(dòng)”，然后由PID設(shè)定溫度自動(dòng)控制溫度。2. PID控溫(詳見(jiàn)附錄一) PID智能溫度控制器是一種高性能、高可靠性的智能型調(diào)節(jié)儀表，廣泛應(yīng)用于機(jī)械化工、陶瓷、輕工、冶金、石化、熱處理等行業(yè)的溫度、流量、壓力、液位等的自動(dòng)控制系統(tǒng)。3. 銅-康銅熱電偶溫度差為100時(shí)，其溫差電動(dòng)勢(shì)約4.0mV，若精度要求不高，可直接用20mV數(shù)字電壓表代替UJ-36型攜帶式直流電位差計(jì)。4在下面板“信號(hào)輸入”與“指示燈”之間，儀器提供了對(duì)“”“”輸入的信號(hào)作高精度測(cè)量的電位差計(jì)接口。當(dāng)使用該接口時(shí)，內(nèi)接數(shù)字電壓表會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)。UJ-36型攜帶式直流電位差計(jì)的使用簡(jiǎn)述： 電位差計(jì)的工作原理是用滑線電阻上產(chǎn)生的已

20、知壓降來(lái)補(bǔ)償熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)，測(cè)量精度較高，儀器使用方法如下：（1） 將被測(cè)電壓（或電動(dòng)勢(shì)）接到“未知”接線柱上。（2） 把倍率開(kāi)關(guān)旋到“X0.2”的位置上,這時(shí)儀器內(nèi)部電源已接通,稍待片刻即可調(diào)節(jié)“調(diào)零”旋鈕，使檢流計(jì)指針指零。（3） 將開(kāi)關(guān)“K”扳向標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)多圈變阻器（RP），使檢流計(jì)指零。（4） 將開(kāi)關(guān)“K”扳向“未知”，先調(diào)節(jié)滑線讀數(shù)盤（010mV），使檢流計(jì)指零。未知電動(dòng)勢(shì)按下式計(jì)算：E=（步進(jìn)盤讀數(shù)+滑線盤讀數(shù)）X0.2 (5)每次測(cè)量前要核對(duì)工作電流，即重復(fù)2和3中的指零調(diào)節(jié)。為保護(hù)檢流計(jì)，扳動(dòng)開(kāi)關(guān)“K”時(shí)，只要看出指針偏轉(zhuǎn)方向，就立刻使“K”返回中間位置。進(jìn)行指零調(diào)節(jié)時(shí)，

21、不可將“K”扳住不放?！緦?shí)驗(yàn)原理】 溫度是表征熱力學(xué)系統(tǒng)冷熱程度的物理量，溫度的數(shù)值表示法叫做溫標(biāo)，攝氏溫標(biāo)是一種常用的溫標(biāo)，攝氏溫標(biāo)規(guī)定冰點(diǎn)（指純水和純水在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下達(dá)到平衡時(shí)的溫度，而純水中有空氣溶解在內(nèi)并達(dá)到飽和）為0；沸點(diǎn)（指純水和水蒸氣在蒸汽壓為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下達(dá)到平衡時(shí)的溫度）為100。 當(dāng)溫度改變時(shí)，物質(zhì)的某些物理屬性，如一定容積氣體的壓力，金屬導(dǎo)體的電阻、兩種金屬導(dǎo)體組成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)等，都會(huì)發(fā)生變化。一般來(lái)說(shuō)，任一物質(zhì)的任一物理屬性只要它隨溫度的改變而發(fā)生單調(diào)的、顯著的變化，都可以選用做標(biāo)志溫度，即制作溫度計(jì)。 將兩種不同的導(dǎo)體接合成閉合回路，如圖4所示，若接點(diǎn)“1”

22、和“2”的溫度不同，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)就稱為熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，這兩種不同的金屬導(dǎo)體的組合就稱為熱電偶，或叫溫差電偶。熱電偶溫度計(jì)就是利用熱電效應(yīng)來(lái)測(cè)量溫度的。 兩種導(dǎo)體的材料固定以后，熱電動(dòng)勢(shì)由接點(diǎn)的溫度差所確定，即溫差已知時(shí)，熱電動(dòng)勢(shì)隨之確定，反之亦然。若我們把熱電偶的一個(gè)接點(diǎn)放在溫度T0為已知的恒溫物質(zhì)（如冰水或大氣）中，另一點(diǎn)放在待測(cè)溫度T中（如圖4所示），那么測(cè)量出熱電動(dòng)勢(shì)E就可以決定待測(cè)溫度T。 為了能夠從測(cè)量熱電動(dòng)勢(shì)E值中直接得出待測(cè)溫度T值，必須對(duì)所用的熱電偶測(cè)定其熱電動(dòng)勢(shì)E與溫度T的關(guān)系，這就是熱電偶溫度計(jì)的定標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)是做“銅康銅”熱電偶溫度計(jì)的定標(biāo)

23、。在測(cè)定E-T關(guān)系時(shí)，采用攝氏溫標(biāo)規(guī)定的兩個(gè)固定點(diǎn)，即溶冰點(diǎn)（0）和沸水點(diǎn)（100），再在0100之間取若干溫度點(diǎn)，給出0100之間的ET曲線。 熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，小巧、熱容量小、測(cè)溫范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于生產(chǎn)和科學(xué)研究的測(cè)溫和溫度的自動(dòng)控制中。實(shí)用溫標(biāo)定義的固定點(diǎn)見(jiàn)表一1968年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)（TPTS-68）定義的固定點(diǎn)表一平衡狀態(tài)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)指定值T68（K）T68（）平衡氫二相點(diǎn)13.81-259.34氧三相點(diǎn) 54.361 -218.789氧冷凝點(diǎn) 90.188 -188.962水三相點(diǎn) 273.16 0.01水沸點(diǎn) 373.15 100錫凝固點(diǎn) 505.1181 213.96

24、81鋅凝固點(diǎn) 692.73 419.58銀凝固點(diǎn) 1235.08 961.93金凝固點(diǎn) 1337.581064.43常用熱電偶特性見(jiàn)表二表二 常用熱電偶特性熱電偶使用溫度范圍()溫差電勢(shì)近似值(mV/100)康-康銅-200+3004.3鐵-康銅-200+8005.3鉻-鋁-200+11004.1鉑-10%銠-180+16000.95鉑、40%銠-鉑20%銠+200+18000.4【實(shí)驗(yàn)步驟】 實(shí)驗(yàn)測(cè)定以下溫度值時(shí)的熱電勢(shì)：（1） 水的冰點(diǎn)，即0，熱電偶的熱端應(yīng)放在冰水瓶里；（2） 室溫下水的溫度，熱電偶的熱端放在盛水燒杯里；（3） 50.0左右，熱電偶的熱端放在A盤小孔里；（4） PID控溫

25、在55.0、60.0、65.0、70.0、75.0，（由于PID顯示溫度已經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)可代替標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)），再分別測(cè)出55.0、60.0、65.0、70.0、75.0的熱電勢(shì)（可電壓表讀出，或電位差計(jì)測(cè)出）； 電位差計(jì)測(cè)熱電勢(shì)，將“銅-康銅”熱電偶接到電位差計(jì)UJ-36的“未知”接線柱上，熱電偶的冷端和熱端都放到冰水瓶中。與此同時(shí)，應(yīng)檢查冰水瓶?jī)?nèi)的水面上是否有冰塊。如沒(méi)有冰，應(yīng)加冰。按電位差計(jì)使用方法測(cè)量熱電勢(shì)E，當(dāng)T=T0時(shí)，E應(yīng)為零，若儀器指示不為零或超過(guò)最小分度一格以上者，應(yīng)請(qǐng)教師處理。一格以下者，記下這個(gè)讀數(shù)，作為零點(diǎn)訂正值。1） 把熱電偶的冷端留在冰瓶?jī)?nèi)，把熱端取出放A盤小孔中。然后測(cè)

26、量該溫度下的熱電動(dòng)勢(shì)E值.2） 打開(kāi)YBF-2的電源進(jìn)行加熱,待溫度達(dá)到100,讀出電壓（或用電位差計(jì)測(cè)量該溫度下的熱電動(dòng)勢(shì)E值）。3） 再調(diào)節(jié)溫度（可PID自動(dòng)控制將控制方式打至自動(dòng),操作方法詳見(jiàn)附錄一，反之手動(dòng)）分別測(cè)量相應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)E值。4） 測(cè)量完畢要將電位差計(jì)的倍率開(kāi)關(guān)指向“斷”，以切斷儀器內(nèi)部電源，檢查并關(guān)閉YBF-2電源?！舅伎碱}】 如果測(cè)量溫度T誤差為T，測(cè)熱電動(dòng)勢(shì)E誤差為E，那么，在以E為縱坐標(biāo)、T為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)圖上，應(yīng)如何表示這一對(duì)測(cè)量結(jié)果（，）？【習(xí)題】1 將測(cè)量結(jié)果用坐標(biāo)繪制“銅-康銅”熱電偶的E-t關(guān)系曲線。2 測(cè)溫物質(zhì)應(yīng)具有什么樣的條件？熱電偶符合這個(gè)條件嗎？附錄一

27、一、主要特點(diǎn) 熱電偶、熱電阻多種信號(hào)自由輸入，量程自由設(shè)置、軟件調(diào)零滿度，冷端單獨(dú)測(cè)溫，放大器自穩(wěn)零，顯示精度優(yōu)于0.5%FS 模糊理論結(jié)合傳統(tǒng)PID方法,控制快速平穩(wěn),先進(jìn)的無(wú)超調(diào)自整定方案.。 輸出自由可選：主控繼電器觸點(diǎn)及一路可定義的報(bào)警觸點(diǎn)輸出,輸出值可限定. 所有參數(shù)顯示均可屏蔽,方便用戶使用.二、主要技術(shù)指標(biāo)1、 輸入：熱電偶（K、J、E、S）、熱電阻Pt100、CU50。2、 基本誤差：0.5%FS。3、分辯率： 1或0.1，采樣周期：3/S4、報(bào)警功能：上限、下限，報(bào)警輸出：繼電器觸點(diǎn) AC250/3A5、控制輸出：繼電器觸點(diǎn) AC250/3A。6、控制方式：模糊PID控制、位

28、式控制、手動(dòng)控制。 7、手動(dòng)功能：用戶通過(guò)鍵盤個(gè)性輸出量。 8、電源電壓：AC85V242V（50/60HZ）9、工作環(huán)境：溫度040、濕度85%RH的無(wú)腐蝕性場(chǎng)合、電源功耗5W三、面板部件名稱 1測(cè)量值（PV）：顯示器（綠）顯示參數(shù)名稱 測(cè)量回路異常表示 2設(shè)定值（SV）：顯示器（橙）顯示設(shè)定值 顯示參數(shù)內(nèi)容 控制回路異常表示 3指示燈（ALM1紅）：第一報(bào)警指示燈，第一報(bào)警輸出時(shí)點(diǎn)亮。 4指示燈（ALM2紅）：第二報(bào)警指示燈，第二報(bào)警輸出時(shí)點(diǎn)亮（無(wú)觸點(diǎn)輸出）。 5指示燈（AT綠）： 自整定指示燈，工作時(shí)閃爍 6指示燈（OUT綠）： 控制輸出指示燈，控制輸出工作時(shí)點(diǎn)亮7設(shè)定鍵（SET）： S

29、V設(shè)定：按SET鍵，SV顯示器個(gè)位數(shù)碼管閃爍，可用其余三鍵修改，按SET鍵確認(rèn)并返回至正常顯示SV。圖（4）溫控器面板圖 8加數(shù)鍵（）：在參數(shù)設(shè)定狀態(tài)下，作加數(shù)鍵 9減數(shù)鍵（）：在正常顯示狀態(tài)下，作當(dāng)前輸出值顯示用 在參數(shù)設(shè)定狀態(tài)下，作減數(shù)鍵。10自動(dòng)/手動(dòng)鍵（）：在正常顯示狀態(tài)下，作自動(dòng)/手動(dòng)切換用。 在參數(shù)設(shè)定狀態(tài)下，作移位鍵。四、操作說(shuō)明 參數(shù)設(shè)定過(guò)程：即使變更顯示數(shù)值，也不能被登錄，必須按SET鍵登錄新值。 超過(guò)30秒不操作按鍵，將從目前狀態(tài)返回PV/SV顯示模式。 1、各模式的設(shè)定：按SET鍵三秒以上，進(jìn)入內(nèi)部參數(shù)菜單，修改某一值后，按SET鍵存儲(chǔ)并進(jìn)入下一項(xiàng)的修改。 2、PV/SV

30、顯示模式：顯示測(cè)量值（PV）于PV顯示器和設(shè)定值（SV）于SV顯示器，除變更設(shè)定值（SV），各參數(shù)的數(shù)值之外，通常均為此模式狀態(tài)。 3、SV設(shè)定模式：用于設(shè)置設(shè)定值SV，出廠設(shè)定為0（）或0.0（，%） 4、參數(shù)設(shè)定模式：此模式用于設(shè)置報(bào)警,PID常數(shù)等各種參數(shù) 5、按SET鍵可順序顯示下表參數(shù)符號(hào)。 符號(hào)名稱設(shè)定范圍說(shuō)明出廠值A(chǔ)L-第一報(bào)警-1999+9999第一報(bào)警設(shè)定值10AL-第二報(bào)警第二報(bào)警設(shè)定值10 P比例帶(加熱側(cè))全量程的0.1200.0%執(zhí)行PI、PD、或PID控制時(shí)需設(shè)定此值隨機(jī)I積分時(shí)間0360sec設(shè)定為0時(shí)成PI控制設(shè)定積分時(shí)間，以解除比例控制所發(fā)生之殘余偏差隨機(jī)D微

31、分時(shí)間0360sec設(shè)定為0時(shí)成PI控制設(shè)定微分時(shí)間，以防止輸出的波動(dòng)，提高控制穩(wěn)定性隨機(jī)AT自整定ON:自整定功能開(kāi)啟OFF:自整定功能關(guān)閉自整定方式的選擇OFFT繼電器比例控制周期1200sec設(shè)定繼是器控制的動(dòng)作周期，加熱/制冷PID動(dòng)作時(shí)設(shè)定加熱側(cè)控制輸出周期20Db比例帶全量程的010%設(shè)定（加熱側(cè)）比例帶與（制冷側(cè)）比例帶之間控制動(dòng)作不感帶，設(shè)定負(fù)數(shù)即成重疊0或0.0H y主輸出的滯后寬度1000碼只有主控制輸出為ON/OFF時(shí)才有2Hy-1第一報(bào)警輸出的回差1000碼用于報(bào)警觸點(diǎn)輸出的回差設(shè)定2Hy-2第二報(bào)警輸出的回差1000碼用于報(bào)警觸點(diǎn)輸出的回差設(shè)定2Pb過(guò)程值偏置1000

32、碼傳感器的測(cè)量值與此值相加作為PV值0USTP低PV值自整定修正全量程值的0.0100.0%自整定時(shí)用于減少溫度的過(guò)沖0FILT濾波系數(shù)01是測(cè)量采樣的軟件濾波常數(shù)，常數(shù)大，測(cè)量值抗干擾能力強(qiáng)，但使測(cè)量速度和系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間變慢0.5Sn輸入類型按信號(hào)而定具體見(jiàn)輸入類型表13P-SH高滿度顯示值設(shè)定按具體需要可設(shè)定輸入信號(hào)的高滿度顯示值400P-SL低滿度顯示值設(shè)定按具體需要可設(shè)定輸入信號(hào)的低滿度顯示值0OUTH允許調(diào)節(jié)輸出最大值0.0100.0%可實(shí)現(xiàn)輸出高限幅，位式輸出時(shí)無(wú)作用100.0OUH允許調(diào)節(jié)輸出最小值0.099.9%可實(shí)現(xiàn)輸出高限幅，位式輸出時(shí)無(wú)作用0.0 ALP1第一報(bào)警輸出定義按

33、具體需要0為定值報(bào)警1為跟隨報(bào)警0ALP2第二報(bào)警輸出定義按具體需要0COOL正反作用選擇ON/OFFON正作用（制冷輸出）OFF反作用（加熱輸出）OFFOP-A主控輸出方式按具體需要SSr SSR驅(qū)動(dòng)電平輸出和可控硅過(guò)零觸發(fā)脈沖輸出rlp繼電器輸出OnoF繼電器位式控制輸出rlpOPPO開(kāi)機(jī)輸出功率0.0100.0%首次上電后儀表的輸出功率0C 測(cè)量單位顯示C或攝氏度或華氏度顯示選擇DpON/OFF顯示精度是否為0.1/OFF五、故障及報(bào)警發(fā)生的顯示故障名PV顯示器SV顯示器指示燈控制輸出變送輸出1以下致命故障無(wú)測(cè)量數(shù)據(jù)可顯示，PV顯示器長(zhǎng)時(shí)間顯示提示符溫度補(bǔ)償故障-Cb-設(shè)定值00輸入信號(hào)

34、太大（正超量程）HHHH設(shè)定值00輸入信號(hào)太?。ㄘ?fù)超量程）LLLL設(shè)定值002以下一般故障（報(bào)警）測(cè)量數(shù)據(jù)可顯示，SV顯示器交替顯示設(shè)定值/提示符（3sec/0.5sec）第一報(bào)警測(cè)量值設(shè)定值A(chǔ)LM1控制量實(shí)際值第二報(bào)警測(cè)量值設(shè)定值A(chǔ)LM2信號(hào)實(shí)際值六、有關(guān)參數(shù)及功能的解釋：1、儀表的自整定功能：（1）在參數(shù)層將設(shè)置成ON后，按SET鍵即啟動(dòng)自整定功能，儀表顯示返回至正常PV/SV顯示，而面板上AT燈閃爍（2）自整定過(guò)程中，不允許修改任何值，除非先將設(shè)置成OFF。（3）低SV值的自整定：為防止自整的超調(diào)太大，可以在低于設(shè)定值SV的某一個(gè)值處進(jìn)行自整定，這個(gè)低于的量由儀表量程PSH/PSL和US

35、TP共同決定；USPT值是量程的百分比，在0400度量程下，如果USPT=2.0那么實(shí)際降低的值為(400-0)2.0%=8，也就是說(shuō)在自整定狀態(tài)下值將降低8度。 2、手動(dòng)/自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換：在顯示狀態(tài)下，按 鍵一下，顯示器千位數(shù)上出現(xiàn)，后三位表示當(dāng)前輸出功率的百分?jǐn)?shù)（.099.9%）可用、鍵來(lái)調(diào)整輸出值，退出手動(dòng)狀態(tài)，返回自動(dòng)控制輸出狀態(tài)，只要再按一下 鍵即可。3、輸出值顯示：在顯示狀態(tài)下，按鍵一下，顯示器千位數(shù)上出現(xiàn)，后三位則為當(dāng)前的輸出值，再按一下返回，超過(guò)秒則自動(dòng)返回。4、變送輸出（采用OP-b輸出口）：利用儀表的高滿度顯示值（）設(shè)定和低滿度顯示值（）設(shè)定功能，可將儀表的測(cè)量值對(duì)應(yīng)為任意范圍的線性電流輸出，變送精度在mA范圍內(nèi)，精度優(yōu)于0.5%，誤差小于0.1mA。5、閥位控制：利用儀表的允許調(diào)節(jié)輸出最大值（）和最小值（）功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門位置的上限和下限進(jìn)行軟件限制。手動(dòng)功能可以手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門位置，輸出指示功能在手動(dòng)及自動(dòng)控制狀態(tài)下均可顯示閥門位置。（1）HY位式控制輸出的滯后寬度（不靈敏區(qū)），如HY設(shè)定為，則儀表將在控制點(diǎn)的外改變輸出。（2）HY1和HY2報(bào)警控制輸出的回差，如HY1設(shè)定為，則儀