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制作和标定铜-康铜测温热电偶

时间:2009年11月12日来源:职称论文网 作者:刘晓辉 鲁墨森 谭婷 点击:
  【关键词】制作,热电,温度,康铜,wx,yz,AB,uv,st,op,

电动势关系曲线,用多项式回归法确定常数a,b。
  本试验采用两种方法结合进行铜-康铜热电偶的标定。
  利用Origin Lab公司的origin Pro 8.0软件对热镀锡膜铜-康铜热电偶的标定结果多项式回归,并利用F检验及回归系数R2的值,确定实验数据拟合优度及最佳拟合阶数,分析结果如下:
  根据所得实验数据即可做出热电偶的温度——热电势关系曲线(E/t关系曲线),如图2,3所示。利用F检验来检验多项式回归的显著性,取α=1%(表1)。
  查表得F0.01(1,27):7.68,F0.01(2,26):5.53。显见F1>F0.01(1,27),F2>F0.01,(2,26),所以,铜-康铜热电偶温度与热电势的线性回归和二次回归均显著,这说明热镀锡膜焊接的铜-康铜热电偶具有较好的热电特性,完全可以用于-35~100℃的温度测量。
  R22=1>R21=0.9994,表明热镀锡膜铜-康铜热电偶温度与热电势的二次回归优于线性回归,即最佳拟合阶数为2。
  实际应用中,线性回归就可以满足一般测温精度的要求,且计算简单、应用方便。采用二次回归是为了获得更为准确的铜-康铜热电偶的分度表。
  
  5 铜-康铜热电偶测温时影响准确度的几个方面
  
  引线接点处要防水以防短路;引线的正负极一定要与热电偶的正负极相对应,否则会引起测量误差;参考端温度一定要恒温,最好用冰浴保持0℃;减小动态误差:尽量缩小热电偶测量端的体积,以减小测量端的热容量,提高响应速度。使用的检测记录仪表采集数据时选取时间间隔尽量小,达到秒级为宜;根据热电偶的最高使用温度选择合适的绝缘材料,保证在整个测温范围内都能有足够的绝缘电阻;多点测量时,选择热电偶要性能稳定和一致性好的类型;在测温过程中定期对热电偶进行温度标定。
  
  6 小结
  
  通过对铜-康铜热电偶的制作标定及多项式回归分析表明,热镀锡膜焊接的铜-康铜热电偶的制作工艺容易掌握,测头光滑、无污染、不断偶、一致性好、拟合优度好。无论是线性拟合,还是二次拟合都能满足测温精度的要求。铜-康铜热电偶在农业工程及制冷工程应用中,采用线性拟合,便于直接计算;利用二次拟合可获得更为准确的铜-康铜热电偶的分度表。铜-康铜热电偶测温灵敏度高,热电势值大,测温精度高,一致性好,价格低廉,在-35~100℃温度范围内,其测温精度能达到±0.05℃。在使用铜-康铜热电偶时,为了保证测温的准确度,要注意参考端温度、动态误差、测量端的绝缘性能等几个方面的问题。 1 铜-康铜热电偶的结构和测温原理
  
  铜-康铜热电偶又称铜一铜镍热电偶,分度上属T型热电偶。是一种在±100℃常用温度范围内最佳的廉价金属热电偶。它的正极是纯铜(Cu:100%),负极为铜镍合金(Cu:55%,Ni:45%),常称之为康铜。铜-康铜热电偶的感温测头把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表显示和记录所测介质的温度。
  铜-康铜热电偶利用“塞贝克(Seebeck)效应”测量温度,即将两种不同材料的导体铜和康铜连接起来,组成一个闭合回路。当其连接的两端处于不同温度场时,便产生温差,温差产生相应的电动势——热电动势,通过测定该热电势的大小就可以实现温度的测量,这就是所谓的塞贝克效应(图1)。两种不同成分的均质导体铜和康铜为热电极,在被测介质中,连接的一端为测量端(工作端或测头),另一端为参考端(恒温端)。只要保持参考端温度不变,则热电偶的输出热电势就是所测介质温度t的单值函数。热电偶回路中,热电动势的值与组成热电偶的金属材料性质、测量端与参考端的温度差的大小有关,而与热电极的长短、直径和形状等无关,这就决定了我们采用铜-康铜热电偶测温时,可以根据需要选择线材和制作测头。
  
  2 铜-康铜热电偶的材料选择
  
  理论上任何一种铜丝和康铜丝都可以组成一对热电偶,但实际应用中,需通过认真选择才能制成实用的热电偶。首先要考虑材料的均质性,试验证明,只有均质的铜和康铜材料,才能制作出测温准确的热电偶;其次要考虑到机械强度、韧性、绝缘性能及测头大小和价格等方面选择热电偶丝的直径与长度。热电偶丝的直径与长度虽不影响热电动势的大小,但它却直接与热电偶使用寿命、动态响应特性及线路电阻有关。因此,它的正确选择也是很重要的。直径越大,使用温度越高,使用寿命就越长,但响应时间也随着延长;直径越小,热电偶灵敏度越高,但测温头越小,线路电阻增大,会影响测量的准确度,机械强度也减小,容易断偶。为了防止热电偶测温时短路,热电偶丝选取塑膜漆包线最好,选择漆包均匀、无脱落、绝缘性能好的线材。试验表明,在农业和制冷工程测温中,可选用直径0.5mm左右的塑膜漆包铜丝和漆包康铜丝作为热电偶的制作材料。
  
  3 铜-康铜热电偶的制作
  
  3.1铜-康铜热电偶测量端焊接方式的选择
  
  铜-康铜热电偶的测量端放人被测环境中或物体上,感受被测介质的温度。测量端焊接质量的好坏直接影响热电偶测温的可靠性与稳定性,铜和康铜测量端的焊接要求接触良好、牢固、表面光滑、无夹渣和裂纹、无气孔、无沾污变质等。
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