试验三,热电偶与热电阻的温度测量

1、 实验三 热电偶与热电阻的温度测量 一、 实验目的： 1、 了解热电偶测量温度的原理与应用。 2、 了解热电偶冷自由端温度补偿的原理与方法。 3、 了解热电阻的测温原理与特性。 二、 实验原理： 将两种不同的金属丝组成回路， 如果二种金属丝的两个接点有温度差， 在回路内就会产 生热电势，这就是热电效应，热电偶就是利用这一原理制成的一种温差测量传感器， 置于被 测温度场的接点称为工作端，另一接点称为冷端 也称自由端，冷端可以是室温值也可以是 经过补偿后的0C、25 C的模拟温度场。 热电偶是一种温差测量传感器。为直接反映温度场的摄氏温度值， 需对其自由端进行温 度补偿。热电偶冷端温度补偿的方法有

2、：冰水法、恒温槽法、自动补偿法、电桥法，常用的 是电桥法图3-2,它是在热电偶和测温仪表之间接入一个直流电桥，称冷端温度补偿器， 补偿器电桥在0C时到达平衡 亦有20C平衡 。当热电偶自由端a、b温度升高时0C热电 偶回路的电势Uab下降，由于补偿器中PN结呈负温度系数，其正向压降随温度升高而下降， 促使Uab上升，其值正好补偿热电偶因自由端温度升高而降低的电势，到达补偿目的。 热电阻用于测温时利用了导体电阻率随温度变化这一特性， 对于热电阻要求其材料电阻 温度系数大，稳定性好、 电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。 常用的有伯电阻和铜 电阻，热电阻阻值 Rt与温度t的关系为： Rt=R0

3、1+At+Bt 2 本实验采用的是 Pt100 伯电阻，它的 R=100Q , A=3.9684 X 10-2/C, B=5.847 X 10-7/ C 2,伯电阻采用三线连接法，其中一端接二根引线主要为了消除引线电阻对测量的影响。 三、 需用器件与单元： K型、E型热电偶、温度源、温度控制仪表、温度控制测量仪 9000型。 温度传感器实验模板、冷端温度补偿器、直流土 15V、外接+5V电源适配器。 Pt100伯热电阻。 四、 实验步骤： 1、 将热电偶插到温度源两个传感器插孔中任意一个插孔中， K型、E型已装在一个护 套内，K型热电偶的自由端接到主控箱面板上温控局部的 Ek端，用它作为标准传

4、感器， 配合温控仪表用于设定温度，注意识别引线标记， K型、E型及正极、负极不要接错。 2、 将E型热电偶的自由端接入温度传感器实验模板上标有热电偶符号的 a、b孔上， 作为被测传感器用于实验， 按图3-1接线，热电偶自由端连线中带红色套管或红色斜线的一 条为正端，接入a点。 图3-1热电阻偶测温特性 3、 将R5、R6端接地，RW2大约置中，翻开主控箱电源开关，将 V02端与主控箱上 数显电压 表 Vi端相接，调节 RW3使数显表显示零电压表置 200mv档，翻开主控箱上温 仪控开关，设定仪表控制温度值 T=50 C ,将温度源的两芯电源线插入主控箱温控局部的 220V输出插座中。 4、 去

5、掉R5、R6接地线，将a、b端与放大器R5、R6相接，观察温控仪指示的温度值， 当温度稳定在50 C时，记录下电压表读数值。 5、 重新设定温度值为 50C +n - t,建议 t=5C, n=110,每隔1n读出数显电压 表指示值与温控仪指示的温度值，并填入表 3-1。 表 3-1 : Fr c 50 V( ni v ) 6、 根据表3-1计算非线性误差a，灵敏度S。 7、 将E型热电偶的自由端连线从实验模板上拆去并接到数显电压表的输入端 Vi直接读取热电势值电压表置 200mv档，重复上述过程，根据 E型热电偶分 度表查出温度值加热源与室温之间的温差值 。 8、 计算出加热源的温度，并与温

6、控仪的显示值进行比拟，试分析误差来源。 9、 按步骤、步操作。 图3-2冷端温度补偿原理图 10、 将冷端温度补偿器0C上的热电偶E型插入温度源另一插孔中，在补偿器、 端加上补偿器电源+5V 用外接适配器，将冷端补偿器的、端接入数字电压表，重复 50C +n - t的加温过程，记录下数显表上的数据。 11、 将上述数据与步骤的结果进行比拟，分析补偿前后的两组数据，参照 E型热电 偶分度表，计算因补偿后使自由端温度下降而产生的温差值。 12、 参照图3-1接线，拆去E型热电偶与R5、R6之间的联线。 13、 将Pt100伯电阻的三根线分别接入温度实验模板上“ Rt输入端的a、b点， 用万用表欧姆

7、档测量 Pt100三根线，其中短接的二根线接 b点，另一端接a点。这样Pt100 与R3、R1、Rw1、R4组成一直流电桥，它是一种单臂电桥。 Rw1中心活动点与 R6相接， Pt100的b点接R5。 14、 加上土 15V模块电源，将 R5、R6端同时接地，接上电压表2V档，调节Rw3 使 V02=0。 15、 在“Rt端点a与地之间加+2V或+4V直流电源，去掉R5、R6接地线并分别将“Rt b中心点及Rw1相联，调节 Rw1使电桥平衡，即桥路输出端 b和中心活动点之间在室温下 输出电压为零。 16、将Pt100插入温度源的另一传感器插孔中，根据实验三十五步操作。设定温 控仪温度值为50

8、C，记录下电压表读数，重新设定温度值为 50C +n t,建议 t=5C, n=1 . 10，每隔1n读出数显表指示的电压值与温度表指示的温度值， 并将结果填入表3-2。 表3-2 17、根据表3-2,计算其非线性误差 6及灵敏度S。 注：这个测温实验中数显电压表指示的是室温与温度源的温差值所对应的实验模块输出 电压值，因为根据上述第步已将室温值显示为零。 五、思考题： 1、 热电偶测量的是温差值还是摄氏温度值？ 2、 实验步骤10中的温差值代表什么含义？ 3、 热电阻测温与热电偶测温有什么不同？ 注：K型热电偶分度表参见教材第 345页。 E型热电偶分度表如下： 温度C ( ) 10 20

9、30 40 50 60 70 80 90 热 电 动 势 mV 0 0.000 0.591 1.192 1.801 2.419 3.047 3.683 4.329 4.983 5.646 100 5.317 6.996 7.683 8.377 9.078 9.787 10.501 11.222 11.949 12.681 200 13.419 1 4.161 14.909 15.661 16.417 17.178 17.942 18.710 19.481 20.256 300 21.033 2 1.814 22.597 23.383 24.171 24.961 25.754 26.549 27

10、.345 28.143 400 28.943 2 9.744 30.546 31.350 32.155 32.960 33.767 34.574 35.382 36.190 500 36.999 3 7.808 38.617 39.426 40.236 41.045 41.853 42.662 43.470 44.278 600 45.085 4 5.891 46.697 47.502 48.306 49.109 49.911 50.713 51.513 52.312 700 53.110 5 3.907 54.703 55.498 56.291 57.083 57.873 58.663 59.451 60.237 800