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新聞詳情

裝配式熱電偶案例式教學(xué)在熱工測(cè)量及儀表中的實(shí)踐中合理運(yùn)用

來(lái)源:上海自動(dòng)化儀表有限公司作者:上海自動(dòng)化儀表股份有限公司網(wǎng)址:http://www.shybdj6.net

概 述:

學(xué)生缺乏實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),對(duì)熱工測(cè)量及儀表實(shí)踐性非常高的課程學(xué)習(xí)比較困難,同時(shí)該課程是能動(dòng)專業(yè)一門(mén)非常重要的課程。本文將案例式教學(xué)引入熱工測(cè)量及儀表教學(xué)中,以熱電偶三大定律的討論為例,設(shè)計(jì)了案例式教學(xué)的過(guò)程,學(xué)生學(xué)習(xí)效果顯著提高。

熱工測(cè)量及儀表是能源與動(dòng)力工程專業(yè)一門(mén)重要的專業(yè)核心課程。正確和快速測(cè)量相應(yīng)參數(shù)是熱工設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化的前提條件。主要涉及溫度、壓力、流量和液位、位移、振動(dòng)、氣體成分等物理參數(shù)的測(cè)量,同時(shí)也包括相應(yīng)的專業(yè)概念,誤差處理和數(shù)據(jù)正確表達(dá)。內(nèi)容比較分散,涉及的課程內(nèi)容比較多,如流體力學(xué)、傳熱學(xué)、電工學(xué)等等,實(shí)踐性非常強(qiáng)的一門(mén)課程,對(duì)于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少的學(xué)生來(lái)說(shuō),學(xué)習(xí)起來(lái)困難比較大。如果采取傳統(tǒng)的知識(shí)點(diǎn)講授,學(xué)生掌握的內(nèi)容非常有限。案例式教學(xué)就是將工程實(shí)際案例引入課堂,結(jié)合涉及到的具體知識(shí)點(diǎn)與學(xué)生深入分析與討論。避免比較泛泛而談的灌輸式教學(xué)過(guò)程,這樣可以讓學(xué)生更直觀地理解和掌握所學(xué)的知識(shí)。
本文以熱工測(cè)量及儀表課程中最重要且較難的內(nèi)容為例講授如何設(shè)計(jì)案例式教學(xué)過(guò)程——熱電偶測(cè)溫三大基本定律是熱電偶應(yīng)用于實(shí)際中所遵循的基本原理。包括均質(zhì)導(dǎo)體定律、中間導(dǎo)體定律和中間溫度。
一 三大基本定律
(一) 均質(zhì)導(dǎo)體定律
由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路中,不論其截面和長(zhǎng)度如何以及沿長(zhǎng)度方向上各處的溫度分布如何,該回路中的總熱電勢(shì)等于零。
1. 熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的材料構(gòu)成;
2. 由一種材料組成的閉合回路存在溫差時(shí),回路如產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì),便說(shuō)明該材料是不均勻的。應(yīng)該檢查熱電極材料的均勻性。
這條規(guī)律還要求熱電偶的兩種材料必須各自都是均質(zhì)的,否則會(huì)由于沿?zé)犭娕奸L(zhǎng)度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加電勢(shì),從而因熱電偶材料的不均勻性引入誤差。
(二) 中間導(dǎo)體定律
由不同材料組成的閉合回路中,若各種材料接觸點(diǎn)的溫度都相同,則回路中熱電勢(shì)的總和等于零。在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體,只要第三種導(dǎo)體兩端溫度相同,該導(dǎo)體的引入對(duì)熱電偶回路的總電勢(shì)沒(méi)有影響。
同理,熱電偶回路中接入多種導(dǎo)體后,只要保證接入的每種導(dǎo)體的兩端溫度相同,則對(duì)熱電偶的熱電勢(shì)沒(méi)有影響。
如果兩導(dǎo)體 A、B 對(duì)另一種參考導(dǎo)體 C 的熱動(dòng)勢(shì)為已知,則這兩種導(dǎo)體組成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)是它們對(duì)參考導(dǎo)體熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。
該定律表明熱電偶回路中可接入各種儀表或連接導(dǎo)線。只要儀表或?qū)Ь€處于穩(wěn)定的環(huán)境溫度,原熱電偶回路的熱電勢(shì)將不受接入儀表或?qū)Ь€的影響。該定律還表明熱電偶的接點(diǎn)不僅可以焊接而成,也可以借助均質(zhì)等溫的導(dǎo)體加以連接。
(三) 中間溫度定律
熱電偶回路中,兩接點(diǎn)溫度分別為 T、T 0 時(shí)的熱電勢(shì),等于接點(diǎn)溫度為 T、T N 和 T N 、T 0 的兩支同性質(zhì)熱電偶的熱電勢(shì)的代數(shù)和。
E AB (T,T 0 )=E AB (T,T N )+E AB (T N ,T 0 )該定律說(shuō)明當(dāng)熱電偶參比端溫度 t 0 ≠ 0℃時(shí),只要能測(cè)得熱電勢(shì) E(t,t 0 ),且 t 0 已知,仍可以采用熱電偶分度表求得被測(cè)溫度 t 值。
在熱電偶回路中,如果熱電偶的電極材料 A 和B 分別與連接導(dǎo)體 A’和 B’相連接,各有關(guān)接點(diǎn)溫度為 t,tn 和 t 0 ,那么回路的總熱電勢(shì)等于熱電偶兩端處于 t 和 tn 溫度條件下的熱電勢(shì) E AB (t,tn) 與連接導(dǎo)線 A’和 B’兩端處于 tn 和 t 0 溫度條件下的熱電勢(shì) EA’B’(tn,t 0 ) 的代數(shù)和。
E ABB’A’ (t,tn,t 0 )= E AB (t,tn)+ E A’B’ (tn,t 0 )
這是應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線的基礎(chǔ)。
如果就是簡(jiǎn)單地在課堂上講述這些知識(shí)點(diǎn),學(xué)生缺乏相應(yīng)的實(shí)踐工程背景,基本上不可能接受。
二 案例式教學(xué)設(shè)計(jì)
(一) 用熱電偶測(cè)量金屬壁面溫度有兩種方案,如圖1 所示,當(dāng)熱電偶具有相同的參考端溫度 t 0 時(shí),問(wèn)(1)在壁溫相等的兩種情況下,儀表的示值是否一樣?為什么?(2)如果金屬壁面材質(zhì)分布不均勻,溫度處處相等,儀表的示值是否一樣?為什么?(3)如果金屬壁面材質(zhì)分布均勻,溫度不相等,儀表的示值是否一樣?為什么?這樣可以一步步引導(dǎo)學(xué)生考慮到中間導(dǎo)體和中間定律在工程實(shí)際中的應(yīng)用。
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二) 電子電位差計(jì)校驗(yàn)
關(guān)鍵點(diǎn):用手動(dòng)電位差計(jì)代替熱電偶輸入電勢(shì)信號(hào)。 手動(dòng)電位差計(jì)和熱電偶輸出都為電勢(shì)信號(hào)。
手動(dòng)電位差計(jì)端輸入 E AB (T1,0) 的電勢(shì)信號(hào)(毫伏值),被檢電子電位差計(jì)理論溫度顯示值?
可以引導(dǎo)學(xué)生,基于中間導(dǎo)體定律和中間溫度定律得出圖 2,圖 3 和圖 4 中的熱電動(dòng)勢(shì)分別為:
E AB (T 1 ,0)+E AB (0,T 環(huán) 境 ) +E AB (T 環(huán) 境 ,0)=E AB (T 1 ,0)
E AB (T 1 ,0)+ E AB (T 環(huán) 境 ,0)+E AB (T 環(huán) 境 ,0)=E AB (T 1 +2T 環(huán)境 ,0)
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E AB (T 1 ,0)+ E AB (T 環(huán)境 ,0) = E AB (T 1 +T 環(huán)境 ,0)
三 結(jié)語(yǔ)
熱工測(cè)量及儀表是一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程,學(xué)生學(xué)習(xí)比較困難,將案例式教學(xué)法引入課程,知識(shí)點(diǎn)都以實(shí)際工程背景進(jìn)行分析與討論,教學(xué)效果顯著提高。