热电偶温度计制作综合实践

摘要:具有温度测量功能的万用表测量温度,饱和食盐水法制作热电偶、基于LabVIEw的热电偶温度控制3个梯度分明,使学生全面掌握热电偶的基本工作原理和制作方法，教学应用层次分明循序渐进，从感观认识到动手制作,再到数据采集分析。
　　热电偶是一种应用极为广:泛的测温仪表.具有结构简单精度高使用方便适于远距离测量与自动控制等优点。热电偶的制作与标定是许多理工科大学生必须掌握的基本在过去.热电偶制作基本以单一的热电偶焊接为主.很少在此基础上做进一步的拓展。采取循序渐进先易后难逐步提升的方法以掌握热电偶的工作原理为基本目标.综合设计了万用表测量温度热电偶的制作和基于LabVIEW的热电偶温度控制3个逐步提升又相互关联。
1基本原理
　　热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件它把温度信号转换成热电动势信号再通过电气仪表转换成被测介质的温度热电偶测温的基本原理是基于1821年塞贝克发现的热电现象.即2种不同成分材质的导体组成闭合回路、当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过.在回路中就会产生电动势.此种现象称为热电效应.该电动势即为.塞贝克温差电动势，简称.热电动势2种不同成分的均质导体称为热电极.温度较高的一端为工作端{热端测量端).温度较低的一端为自由端(冷端参考端)自由端通常处于某个恒定的温度下热端通常焊接在一起测量时将它置于被测场所，冷端与显示仪表或配套仪表连接.显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。
2设计
2.1万用表测量温度
　　从人才能力结构的组成来看。基础性验证性侧重于对理论知识的理解和记忆.激发学生的学习兴趣_在简单介绍了热电偶的工作原理后，若直接进行热电偶的制作，容易造成概念抽象枯燥乏味的印象学生不易理解设置是通过使用万用表测量温度。使学生了解热电偶的基本组成结构和基本工作原理使用设备为FLUKE的17B型万用表和随机配用的热电偶1根.如图1所示。
 
　　万用表具有热电偶测温功能,随机配用1根K型热电偶，测量范围为-50℃~400℃操作步骤简单明了将热电偶的冷端与万用表的对应接口连接.热端放置在待测温位置.旋转万用表的功能选择旋钮、选择温度测量功能_等待温度示数稳定后.从显示屏上读出待测物体的温度。
操作过程简单直接.可使学生在短时间内对热电偶的基本工作原理建立起感性认识，帮助学生:理解热电偶的“热端”“冷端”等基本概念.而且还激发了学生想要进一步了解热电偶学习热电偶制作的兴趣。开启兴趣驱动自主探究[8-9]的学习模式
2.2热电偶的制作
　　热电偶的制作被设计成实践性教学项目学生由兴趣驱动.自主去体验去探索去实践。从而培养学生的工程实践能力和工程创新能力实现知识向能力的转化。热电偶制作的主要工艺是把2根材质不同的偶丝并排焊接在一起。使其在测量端形.成一个圆形小球焊接的质量直接影响热电偶测温的可靠性对测量端的要求是焊接牢固表面圆滑具有金属光泽无玷污变质和裂纹等为了减小热传导误差和动态响应误差焊点的尺寸应尽量小通常为热电极线径的2倍因此制作热电偶的关键就是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直流电弧焊盐水焊接_水银焊接等.焊接方法主要采用饱和食盐水焊，接焊接装置如图2所示，
 
　　烧杯中盛有饱和氯化钠(试剂级)水溶液.热电偶作为电源的一极。用一段导体放入盐水中作为另一极.通过变压器调整输出电压电弧高温能将热电偶测量端熔化成小球焊接时将热电极与盐水稍接触起弧后迅速离开此种焊接方法设备简单操作方便焊接端应注意避免出现气孔和夹杂。
2.3基于LabVIEW的热电偶温度控制
　　在了解了热电偶的工作原理和制作方法的基础上.进一步学习热电偶的工作特性曲线和典型应用电路结合电路调试的知识.将热敏电阻电路的工作点调到合适的状态.并学会自行设计采样点和采样频率.观察采集到的热信号的实时变化情况。改变采样点和采样频率.观察波形并比对不同采样情况下所采集到的信号波形。
 
　　采用OPA541作为功率放大器提供热电的偶所需功率。采用软件控制.ELVISAo0输出0~5V电压作为热电偶的输入电压.采用ELVIS的Ai0采集温度信号.见图程序对采集的信号进行分析与3。处理热电偶温度控制测试界面见图4。
 
　　将自动控制原理课程应用于冶金物理化学的教学中，完全涵盖了热电偶的制作电路调试和数据采集处理的知识通过电路调试设定采样点和采样频率跟踪检测温度由室温上升到报警限的变化过程。使学生更充分地理解了热电偶的工作原理工作特性曲线和典型应用电路学生的综合设计能力创新能力和动手能力得到了很大的提高。
3教学效果
　　了解和掌握热电偶的工作原理为基本目标系统地设置了万用表测温热电偶的制作和基于LabVIEW的热电偶温度控制3个逐步提升又相互关联的综合设计性3个部分内容的目标相同。研究对象相同。涉及的基本概念逐步扩充。整个内容相互关联、逐步提升.有机:统一。可以提高学生的实践动手能力改善其对专业知识的掌握深度强化其创新潜质，培养出具有工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力的工程师，。实际教学情况以及学生课后反馈意见表明.加强了学生对热电偶工作原理制作方法和电路调试知识的理解和掌握.积累了工程实践经验。进一步加强了综合运用所学知识多角度分析解决问题的能力。
4结语
　　热电偶综合打破了传统的热电偶相关设置的封闭性,充分整合了冶金物理化学和冶金自动化控制课程中关于热电偶的部分、循序渐进层次分明先易后难地设计了3个部分的内容从感观认识到动手制作、再到数据采集分析。进而实现温度控制.不仅完成理论知识点的验证。而且启动“兴趣驱动自主探索创新实践的学习模式。