热工问答题

问答和计算题  电阻
1.  简述热电阻的测温原理和结构。
绝大多数金属的电阻值随温度的升高而增加,半导体的电阻值则随温度的升高而减少。热电阻就是基于这个电阻值与温度呈一定的函数关系的特性制成的感温元件,常用来测量温度。
热电阻的结构一般由电阻体、骨架、绝缘体套管、内引线、保护管、接线座(或接线柱、接线盒)等组成。
2.  电阻温度计的测温原理和铂电阻温度计测温的优缺点是什么?
电阻温度计的测温原理是基于金属导体或半导体的电阻值随着温度变化而变化的特性来测量温度的。当被测介质的温度发生变化时,温度计的电阻值也相应的变化,从而测定介质的温度。
铂电阻温度计测温优点是:测温精度高、稳定性好、测温范围广,便于远距离测量、控制和记录等。
缺点是:热惯性较大,难以测量点温度和瞬变温度。
3.  对制作电阻温度计感温元件的金属材料有哪些要求?
对制造电阻温度计感温元件的材料的主要要求有:
(1)电阻值与温度的变化关系应尽可能呈线性关系。这样可减小内插方程的计算误差;
(3)电阻率要大,电阻率大则绕在骨架上的电阻丝就短,电阻体也就小,热惯性和热容量就小,测温速度快,测温准确度就高;
(4)金属的物理、化学性能要稳定;
简易淋浴器(5)金属要有较高的复现性,以达到互换的目的。
4.  铂热电阻的引出线除二线制外,还采用三线制和四线制,其目的是什么?
铂热电阻采用三线制的目的是为了减少热电阻与测量仪表(测量桥路)之间连接导线电阻的影响,以及导线电阻随环境温度变化而变化所带来的测量误差。采用四线制测量可消除连接导线电阻的影响。
5. 简述水三相点瓶的冻制方法。
冻制水三相点之前,应先用干净的棉布(花)将水三相点瓶内插管(阱)中的水分及杂物擦净,并用干净的脱脂棉将内插管口塞住。将水三相点瓶放入冰瓶(冰箱)中预冷约二小时。然后将水三相点瓶取出并用干净的脱脂棉再次将其内插管擦干净,就可开始冻制。冻制时,向内插管中不断地加入液氮(或干冰),直至内插管周围冻成一层厚度约为10mm的均匀冰套,然后将其放入水三相点保温容器中,放置24小时以后,方可使用。使用前应用稍高于0℃的水注入内插管,使紧贴内插管外表面的冰蹭溶化(内融),形成第二个冰水交界面。此时若给水三相点瓶一个小的旋转冲量,冰套应能绕着内插管的中心自由地转动。
6. 简要说明检定二等标准铂电阻温度计时测定的步骤,并写出的计算公式。
测定二等标准铂电阻温度计的是在金属水沸点炉中进行的,当金属水沸点炉内介质达到完全沸腾状态时,将被检电阻温度计和标准铂电阻温度计分别插入金属水沸点炉的插管中(为了改善其热交换条件,插管内要注入一定数量的甘油或变压器油),待温度达到完全平衡后开始测量,先测量标准温度计的值,然后测量被检温度计的值,再以相反的顺序进行测量,最后再测量标准温度计。至少要进行这样两次以上的循环测量,取其平均值作为测量结果,测完后要立即在水三相点瓶中测量标准温度计的值和被检温度计的值,然后根据电阻比的计算公式求出标准温度计和被检温度计的电阻比
根据检定得到的值,按下式计算即可得到被检温度计的值:
=+[-]
式中: —标准温度计检定证书中提供的100℃时的电阻比值;
      —检定时测得的标准温度计的电阻比值;
      —检定是测得的被检温度计的电阻比值;
      —根据被检和标准测得的电阻比的差值查表得到的无因子系数。
7. 简述在检定二等标准铂电阻温度计时,实际测定其锌凝固点电阻比值的方法和步骤。
将锌定点炉的电源接通逐渐加热,待密封容器内的锌完全溶化后,使炉温保持在比锌凝固点温度高(2 ~ 3)℃处恒定,若炉内温度的变化每10分钟不超过0.2℃,则可缓慢地降低炉温,使溶锌以(0.1 ~ 0.15)℃/min的速率降温,当插在锌密封容器内的控温阻温度计的电阻值停止下降并要回升时,取出控温电阻温度计并进行诱导,将被检温度计插入锌密封容器内,同时将炉内密封容器率恒温套处的温度控制在比锌凝固点温度低(2 ~ 3)℃处。待温度计与密封容器内温度达到完全平衡后开始测量。若在不少于10分钟的六次(以上)读数之差不超过0.5mK,则取其平均值作为被检温度计的值。每次锌点测量完毕后,应立即测量值并计算其值。
8. 简述标准铂电阻温度计在检定或使用前为什么要退火?
温度计在使用过程中,由于温度突变、震动、氧化和长途运输等均会使铂丝被沾污、变形
和产生内应力。这些因素的存在将会造成温度计性能不稳定,准确度下降,而温度计在适当的温度下退火可以消除或减少上述因素的影响,尤其是可以大大消除应力和氧化的影响,因此在检定和使用前必须对电阻温度计进行退火处理。
9. 检定使用在(0 ~ 419.527)℃范围内二等标准铂电阻温度计的标准器与主要配套设备有哪些?简述其技术要求。
标准器为一组(不少于三支)一等标准铂电阻温度计。
主要设备有:
(1)精密测温电桥整套电测设备,电桥在引入更正值后其相对误差应小于2×
(2)电阻温度计专用四点切换开关,寄生电势0.4μV;
(3)金属水沸点炉(或锡凝固点炉)。
其中:
a.  金属水沸点炉各测量孔之间的最大温差不应超过0.002℃(2mK);
b.  锡凝固点炉,金属锡的纯度不应低于99.999%(按质量),锡点炉的垂直温场为从锡点容器中心管底部起180mm范围内,任意两点之间的最大温差不应超过0.7℃;
(4)锌凝固点炉,金属锌的纯度不应低于99.999%(按质量),锌点炉的垂直温场为从锌点容器中心管底部起180mm范围内,任意两点之间的最大温差不应超过0.8℃;
(5)水三相点瓶及其保温容器;
(6)退火炉,在放置感温元件处100mm范围内,轴向最大温差不应超过1℃;
(7)测定绝缘电阻用数字表或100V兆欧表。
10.  检定工业热电阻时应在什么条件下进行?
检定工业热电阻的条件为:
(1)电测设备工作的环境温度为:(20±2)℃;
(2)电测设备的示值应予以修正(采用证书值修正);申智惠
铭板(3)对保护管可拆卸的热电阻,应将其从保护管中取出并放入玻璃试管中(检定温度高于400℃时用石英试管),试管内径应与感温元件相适应,为防止试管内外空气对流,管口应用脱脂棉(或耐温材料)塞紧,试管插入介质中的深度不应少于300mm。对不可拆卸的热电阻可直接插入介质中;
(4)检定时通过热电阻的电流应不大于1mA;
自动投篮机(5)进行100℃点检定时,恒温槽温度偏离100℃之值应不大于2℃,每10分钟温度变化值应不大于0.04℃。
12. 画出测温电桥(如史密斯4162/B或XQJ-6型)的原理简图,并表明桥臂上的电阻值和符号。证明当电桥工作电流为=(1++0.1+……)mA时,才能保证流过铂电阻温度计的电流为1mA。(式中……分别为测量盘……上的示值)
13. 为什么普通双电桥不宜用来测量标准铂电阻温度计的电阻值,而必须使用测温电桥来测量?
普通双电桥测量电阻时,电源与被测电阻直接串联,电源电流绝大部分流过被测电阻,而
水银滑环铂电阻温度计的阻值只有几十到几百欧姆,且其允许通过的电流也仅为1mA,因而其上的电压降也只有零点几伏。由于电压过低,造成测量灵敏度过低,因而普通双桥不适用于测量电阻温度计,而测温电桥虽然也是双电桥线路,但是其电源与检流计的位置正好与普通双电桥相反,电源与桥臂电阻串联,虽然流过的电流仍为1mA,而电压却可达1V以上,可大大提高测量灵敏度。故应该采用测温电桥来测量电阻温度计的电阻值。
15.  检定和使用标准铂电阻温度计时,为什么要规定通过铂电阻温度计的电流为1mA?测量过程中为什么要电流换向?为什么要交换引线?
测量电阻温度计的电阻值时,不论采用什么方法都会有电流通过电阻温度计,该电流将在电阻感温元件和引线上产生焦耳热,此热效应将使感温元件自身的温度升高,引起一定的测量误差。为使这种现象对测量的影响不超过一定的限度和规范电阻温度计的设计、制造、使用及性能评定,规定标准铂电阻温度计的工作电流为1mA。
测量过程中采用电流换向的方法是为了消除杂散电势引入的误差。
测量过程中采用交换引线的方法是为了消除引线电阻引入的误差。
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16.  简述工业热电阻测温主要的误差来源有哪些?对于工业铂热电阻是否选用的铂丝纯度越高,其测温准确度越高?
工业热电阻测温的主要误差来源有:
(1)分度引入的误差;
(2)电阻感温元件的自热效应引入的误差;
(3)外线路电阻引入的误差;
(4)热交换引起的误差;
(5)动态误差;
(6)配套显示仪表的误差。
对于工业铂电阻的铂丝的纯度只要符合相应标准的要求即可。因为工业铂热电阻的分度表是按照上述标准要求的铂丝纯度编制的,其使用时也是要求配分度表使用的。因此,若铂
丝的纯度过高,就会偏离编制分度表时的基础条件,从而产生较大的误差。因而没有必要将铂丝的纯度提的过高。
17.  工业上常用的热电阻有哪两种?它们的分度号是什么?常用的测量范围是多少?其0℃的标称电阻值是多少?
工业上常用的热电阻有两种,为铜热电阻和铂热电阻。铜热电阻的测温范围为(-50 ~ 150)℃,铂热电阻的测温范围为(-200 ~ 850)℃。铜热电阻的分度号为Cu50和Cu100,其0℃时的标称电阻值分别为50Ω和100Ω。铂热电阻的分度号为Pt100和Pt10,其0℃时的标称电阻值分别为100Ω和10Ω。其准确度等级分为A级和B级两种。
18.  什么是水三相点?为什么现行国际温标采用水三相点作为分度标准铂电阻温度计的标准参考点,而不采用水的冰点?
水三相点是制水的三种状态——冰、水、汽三相共存的平衡温度点。
选用水三相点作为测定标准铂电阻温度计电阻值的标准参考点的优点主要有:
(1)水三相点的复现性能好,准确度高,是目前国际上公认的复现准确度最高的,且又最容易实现的温度点,也是现行国际温标ITS-90中规定的温度定义固定点;
(2)水三相点温度稳定性高,能较容易地长期保持其温度变化小于万分之几摄氏度[如可达(0.1mK ~ 0.3mK)/月];
(3)水三相点瓶采用密封结构,能使其不受外界大气压力变化和空气中杂质的影响。
与水三相点相比若采用冰点作参考点,则主要有以下几点缺点:
(1)冰表面极易被杂质污染,至使冰融点的温度发生变化;
(2)冰融点的温度受大气压力的影响较大,温度稳定性较差;

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