1、湖南大學實驗指導書課程名稱： 實驗類型： 實驗名稱： 熱電阻熱電偶溫度傳感器校準實驗 學生姓名： 學號： 專業： 指導老師： 實驗日期： 年 月 日一、 實驗目的1. 了解熱電阻和熱電偶溫度計的測溫原理2. 學會熱電偶溫度計的制作與校正方法3. 了解二線制、三線制和四線制熱電阻溫度測量的原理4. 掌握電位差計的原理和使用方法5. 了解數據自動采集的原理6. 應用誤差分析理論于測溫結果分析。二、 實驗原理1. 熱電阻(1) 熱電阻原理熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用于工業測溫，而且被制成標準的基準儀。熱電

2、阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用最多的是鉑和銅，此外，現在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。常用鉑電阻和銅電阻，鉑電阻在0630.74以內，電阻Rt與溫度t的關系為：Rt=R0(1+At+Bt2)R0系溫度為0時的電阻，鉑電阻內部引線方式有兩線制，三線制，和四線制三種，兩線制中引線電阻對測量的影響最大，用于測溫精度不高的場合，三線制可以減小熱電阻與測量儀之間連接導線的電阻因環境溫度變化所引起的測量誤差。四線制可以完全消除引線電阻對測量的影響，用與高精度溫度檢測。本實驗是三線制連接，其中一端接二根引線主要是消除引線電

3、阻對測量的影響。(2) 熱電阻的校驗熱電阻的校驗一般在實驗室中進行，除標準鉑電阻溫度計需要作三定點，（水三相點，水沸點和鋅凝固點）校驗外，實驗室和工業用的鉑或銅電阻溫度計的校驗方法有采用比較法兩種校驗方法。比較法是將標準水銀溫度計或標準鉑電阻溫度計與被校電阻溫度計一起插入恒溫水浴中，在需要的或規定的幾個穩定溫度下讀取標準溫度計和被校驗溫度計的示值并進行比較，其偏差不超過最大允許偏差。在校驗時使用的恒溫器有冰點槽，恒溫水槽和恒溫油槽，根據所校驗的溫度范圍選取恒溫器。比較法雖然可用調整恒溫器溫度的方法對溫度計刻度值逐個進行比較校驗，但所用的恒溫器規格多，一般實驗室多不具備。因此，工業電阻溫度計可用

4、兩點法進行校驗，即只校驗R0與R100/ R0兩個參數。這種校驗方法只需要有冰點槽和水沸點槽，分別在這兩個恒溫槽中測得被校驗電阻溫度計的電阻R0 和R100，然后檢查R0 值和R100/R0 的比值是否滿足規定的技術數據指標，以確定溫度計是否合格。(3) 熱電阻的類型1）普通型熱電阻。從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。2）鎧裝熱電阻。鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實體，它的外徑一般為2-8mm。與普通型熱電阻相比，它有下列優點：體積小，內部無空氣隙，

5、熱慣性上，測量滯后小；機械性能好、耐振，抗沖擊；能彎曲，便于安裝使用壽命長。3）端面熱電阻。端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。4）隔爆型熱電阻。隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒，把其外殼內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發生的爆炸局限在接線盒內，生產現場不會引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla-B3c級區內具有爆炸危險場所的溫度測量。 2. 熱電偶(1) 熱電偶原理將兩種不同材質的金屬導線連接成閉合回路，如果兩接點的溫度不同，由于金屬的熱電效應，在回路中就會產生

6、一個與溫差有關的電動勢，稱為溫差電勢。在回路中串接一毫伏表，就能粗略地測出溫差電勢值。如圖1：圖1 熱電偶原理溫差電勢的大小只與兩個接點的溫差有關，與導線的長短粗細和導線本身的溫度分布無關。這樣一對導線的組合就稱熱電偶溫度計。簡稱熱電偶。實驗表明，在一定溫度范圍，溫差電勢E與兩接點的溫度T0, T存在著函數關系E=F(T0 , T), 如果一個接點T0（通常指冷端）的溫度保持不變，則溫差電勢就只與另一個接點T（通常指熱端）的溫度有關，即E=F(T) ，當測得溫差電勢后，即可求出另一個接點（熱端）的溫度。為了增加溫差電勢，提高測量精度，可將幾個熱電偶串聯成熱電堆，如圖2：電位差計熱端（測量點）

7、冷端（參考點）圖2 熱電偶示意圖(2) 熱電偶的標定將熱電偶做為溫度計，必須先將熱電偶的溫差電勢與溫度值T之間的關系進行標定。一般不用內插式計算，而是用實驗方法，用表格或T-E（或E-T）特性曲線形式表示。標定方法，一般采用：1）固定點法，即測量已知沸點或熔點溫度的標準物質在沸點或熔點時的溫差電勢值。2）標準熱電偶法，將待標熱電偶與標準熱電偶一起置于恒溫介質中，逐點改變恒溫介質的溫度，待熱電偶處于熱平衡狀態下測出每一點的溫差電勢。熱電偶的T-E特性曲線如下圖3：圖3 熱電偶T-E 特性曲線(3) 熱電偶的分類熱電偶的種類繁多，各有其優缺點。可根據不同的用途選擇不同型號的熱電偶。目前我國已經標準

8、化的常用商品熱電偶，有以下幾種表1 熱電偶分類熱電偶分類型號新分度號舊分度號使用溫度0C長期短期鐵-康銅/TK400800鎳鉻-鎳硅WREUKEU-210001300銅-康銅WRCKTCK600800三、 實驗裝置熱電偶實驗裝置主要由恒溫水浴、電位差計、熱電偶、熱電阻、冰點儀、數據采集裝置、低電勢轉換開關和標準玻璃溫度計等組成。恒溫水浴上具有攪拌、加熱與溫度控制裝置，可根據要求將溫度穩定在設定值附近。采用標準玻璃溫度計測量的溫度作為標準溫度，用于校準熱電偶和熱電阻?？梢圆捎檬謩优c自動采集方式進行采集。數據采集儀14#通道用于采集熱電偶電勢，57#通道用于采集熱電阻電勢，其中5通道用于連接四線制

9、熱電阻，6#通道用于連接二線制熱電阻，7#通道用于連接三線制熱電阻通道。圖4 熱電阻與熱電偶校驗原理與接線圖四、 實驗內容1). 了解熱電阻測溫原理，練習熱電阻二三線制接法；2). 做出被校熱電阻與標準溫度計之間的曲線關系，通過查標準熱電阻溫度與阻值關系進行分析；3). 了解熱電偶的測溫原理、溫度補償方法，練習熱電偶連線與測溫；4). 做出被校熱電偶溫度與電勢曲線，通過查標準熱電偶與電勢關系進行分析；5). 練習電位差計測量電勢方法，了解校驗實驗臺自動采集原理。五、 操作步驟如果采用計算機自動采集數據，則操作步驟如下：1). 恒溫水浴內加好水，冰瓶內放入冰水混合物。2). 將熱電阻與熱電偶按上

10、圖4所示連好，其中熱電偶冷端放入冰瓶，并保證熱電偶連線在冰瓶內10分鐘以上。檢查熱電阻、熱電偶的高溫探頭是否都浸在恒溫水浴里。熱電偶和熱電阻高溫探頭頭部要在同一水平面，以使兩者溫度盡可能一致。（注意：待需要測量恒溫水浴精準溫度時，才將溫度計插入恒溫水浴，以免誤操作造成標準溫度計損壞。且標準溫度計也要和熱電偶、熱電阻高溫探頭在同一水平面）。3). 打開恒溫水浴電源按鈕，按下“加熱”，“水泵”按鈕，設定恒溫水浴溫度。4). 打開控制柜的開關，打開電腦并啟動熱電偶熱電阻校驗系統軟件，然后新建實驗。新建實驗完成后啟動軟件“開始”按鈕，進行數據采集。5). 加熱恒溫水浴到設定溫度，待軟件提示“恒溫水浴狀

11、態穩定”后，點擊“采集穩態數據”按鈕，選擇量程適當的標準溫度計溫度測量出水浴溫度，并寫入計算機后，計算機自動采集當前傳感器的電勢值或電阻并予以保存。6). 實驗者根據需要重復步驟5。7). 完成實驗時，點擊計算機軟件按鈕“停止”，終止實驗，并將數據導出。8). 退出測控軟件，關閉電腦、控制箱以及恒溫水槽。9). 根據記錄的實驗數據，進行分析與處理，最終得到不同溫度情況下電勢與電阻值。10). 應用誤差分析理論進行測溫結果分析。如果采用手動數據采集，則操作步驟如下：1). 恒溫水浴內加好水，冰瓶內放入冰水混合物。2). 將熱電阻與熱電偶按上圖4所示連好，其中熱電偶冷端放入冰瓶，并保證熱電偶連線在

12、冰瓶內10分鐘以上。檢查熱電阻、熱電偶的高溫探頭是否都浸在恒溫水浴里。熱電偶和熱電阻高溫探頭頭部要在同一水平面，以使兩者溫度盡可能一致。（注意：待需要測量恒溫水浴精準溫度時，才將溫度計插入恒溫水浴，以免誤操作造成標準溫度計損壞。且標準溫度計也要和熱電偶、熱電阻高溫探頭在同一水平面）。3). 打開恒溫水浴電源，按下“加熱”，“水泵”按鈕，設定恒溫水浴溫度，待溫度比較穩定的時候，選擇量程適當的標準溫度計溫度測量出水浴溫度，采用電位差計測量各熱電偶通道電勢，采用萬用表測量熱電阻的電阻值，并做好記錄。4). 實驗者根據需要重復步驟3。5). 完成實驗時，關閉恒溫水浴電源。6). 根據記錄的實驗數據，進

13、行分析與處理，最終得到不同溫度情況下電勢與電阻值。7). 應用誤差分析理論進行測溫結果分析。六、注意事項1 實驗之前應將加熱主體加入適量的水或油。2 工作環境應無強磁場，溫度035，相對濕度不大于85%。3 注意：采用高精度玻璃溫度計測量溫度，注意溫度測量范圍，以免導致溫度計損毀。當恒溫水槽溫度低于25時，采用025范圍的標準玻璃溫度計；當恒溫水槽溫度在2550之間時，采用2550范圍的標準玻璃溫度計；當恒溫水槽溫度在5075之間時，采用5075范圍的標準玻璃溫度計；當恒溫水槽溫度在75100之間時，采用75100范圍的標準玻璃溫度計。 4 當水槽溫度比較高的時候，注意防止燙傷。5 防止水槽的水濺出影響其他電氣設備。七、數據整理表2 熱電阻、熱電偶溫度傳感器校驗數據序號溫度/J型熱電偶/mVT型熱電偶/mVK型熱電偶/mV二線制熱電阻/四線制熱電阻/三線制熱電阻/三線制熱電阻/131.00.4260.3400.330112.330111.95112.20112.49235.40.6500.5100.510114.098113.74113.98114.28熱電阻