实验6 热电偶特性实验 

实验目的：了解热电偶的原理及现象

所需单元及附件：

－15V不可调直流稳压电源、差动放大器、F／V表、加热器、热电偶、水银温度计（自备）、主副电源

旋钮初始位置：F／V表切换开关置2V档，差动放大器增益最大。

实验步骤：

1.了解热电偶原理：二种不同的金属导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。通常把两种不同金属的这种组合称为热电偶。具体热电偶原理参考教课书。

2.解热电偶在实验仪上的位置及符号，（参见附录）实验仪所配的热电偶是由铜＿康铜组成的简易热电偶，分度号为T。实验仪有二个热电偶，它封装在双平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个热电偶串联在一起,产生热电势为二者的总和。

3.按图４接线、开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使F／V表显示零，记录下自备温度计的室温。

图４

4.将－15V直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，观察F／V表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下F／V表显示的读数E。

5.用自备的温度计测出上梁表面热电偶处的温度t并记录下来。（注意：温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶处附近的梁体即可）。

6.根据热电偶的热电势与温度之间的关系式：Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)

其中：t ------热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。

      tn------热电偶的冷端（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。

      to------0℃

（1）热端温度为t,冷端温度为室温时热电势Eab(t,tn)=(f/v表显示读数E)/100*2(100为差动放大器的放大倍数，2为二个热电偶串联)。

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关于温度传感器特性的实验研究

摘要：温度传感器在人们的生活中有重要应用，是现代社会必不可少的东西。本文通过控制变量法，具体研究了三种温度传感器关于温度的特性，发现NTC电阻随温度升高而减小；PTC电阻随温度升高而增大；但两者的线性性都不好。热电偶的温差电动势关于温度有很好的线性性质。PN节作为常用的测温元件，线性性质也较好。本实验还利用PN节测出了波尔兹曼常量和禁带宽度，与标准值符合的较好。

关键词：定标  转化  拟合  数学软件

EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE NATURE OF TEMPERATURE SENSOR

1.引言

温度是一个历史很长的物理量，为了测量它，人们发明了许多方法。温度传感器通过测温元件将温度转化为电学量进行测量，具有反应时间快、可连续测量等优点，因此有必要对其进行一定的研究。作者对三类测温元件进行了研究，分别得出了电阻率、电动势、正向压降随温度变化的关系。

2.热电阻的特性

2.1实验原理

2.1.1Pt100铂电阻的测温原理

和其他金属一样，铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性。利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω（即Pt100）。铂电阻温度传感器精度高，应用温度范围广，是中低温区（-200℃～650℃）最常用的一种温度检测器，本实验即采用这种铂电阻作为标准测温器件来定标其他温度传感器的温度特性曲线，为此，首先要对铂电阻本身进行定标。

按IEC751国际标准，铂电阻温度系数TCR定义如下：

TCR=(R100-R0)/(R0×100) (1.1)

其中R100和R0分别是100℃和0℃时标准电阻值（R100=138.51Ω，R0=100.00Ω），代入上式可得到Pt100的TCR为0.003851。

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热电偶的热电势—温度曲线测定

一、实验目的

通过本实验掌握热电偶测温的基本原理、热电偶的基本构造及直流电位差计的使用方法。

二、实验原理及方法

1．原理：热电偶由两种不同材质的金属A、B焊接而成。焊接端称为测量端，测量时将它置于测温场所感受被测温度，非焊接端要求温度恒定，称为参考端，又称自由端或冷端。两种不同材质的导体连接在一起，构成一个闭合回路，当两个接点的温度不同时，在回路中就会产生热电势。该热电势实际上是由接触电势和温差电势所组成。接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电势，而温差电势是对同一导体而言，是由于导体两端的温度不同而产生的电势。经分析闭合回路的总热电势为

由上式可知，热电偶总电势与自由电子密度、及两接点温度、有关。电子密度不仅取决于热电偶材料的特性，而且随温度变化而变化，它们并非常数，所以对确定的热电偶材料，热电偶的总电势成为温度和的函数差，即

如果冷端温度T_O固定，(参数)，则对确定的热电偶材料，其总热电势就只与测量端温度T成单值函数关系。

2．方法：本实验采用镍铬－康铜热电偶。将热电偶的测量端插入温控干燥箱中加热，同时温控干燥箱中再插入一只温度计，用来确定温度。把热电偶的冷端点按正负极与UJ33a型直流电位差计的正负接线端子相连接，用于测量热电偶回路热电势。该型电位差计根据补偿法理制成，可以修正冷端温度波动引入的误差。将数次加热温控干燥箱后测量的温度和对应的热电势数值记录在表格中，并绘制温度－热电势特性曲线。

三、实验设备

UJ33a型直流电位差计、镍铬－康铜热电偶、玻璃管式温度计、202—O型温控干燥箱

四、实验步骤

1．校准UJ33a型直流电位差计：将倍率开关K₁旋到所需位置，K₃旋到测量，旋转调零电位器，使检流计指针指零。将K₂扳向“标准”，旋转工作电流调节旋钮，使指针指零。

2．打开温控干燥箱，设定预热到150℃，将玻璃管式温度计插入温控干燥箱。

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热电偶的特性及其应用

一、实验简介

热电偶有着测温范围宽、灵敏度和准确度高、结构简单、不易损坏，并且可以进行动态测量和记录的许多优点，因而被应用于温度的传感、工业加热炉温的测量、金属熔点的测量、数据采集与温度控制等诸多方面。

二、实验目的

1、了解热电偶测温的基本原理和方法

2、了解热电偶定标的基本方法

3、掌握热电偶的基本规律

三、实验仪器

FB203温度传感加热装置，自组装热电偶，万用表。

四、实验原理

1821年塞贝克(T. J. Seebeck)发现，当构成回路的两种不同金属的两个连接点温度不同时，回路中会有恒定电流产生，如图1所示，这表示两种金属的接触处由于温度差而产生了电动势，叫做温差电动势，这种电路称为热电偶，该现象称为塞贝克效应。

热电偶的温差电动势与两接头之    图1 两种不同金属构成的闭合电路

间的温度关系比较复杂，可以用下式表示：

                       

S(T)表示金属的塞贝克系数，T₂为热端的温度，T₁为冷端的温度。但是在较小温差范围内可以近似的认为温差电动势E与温度差(T₂-T₁)成正比，即：

                            

式中C称为温差系数，单位为，它表示两接点的温度相差1℃时所产生的电动势，其大小取决于组成温差电偶材料的性质，即：

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检测原理实验报告

2011011429 自16 马嘉利

（B）实验一 热电偶测温和标定实验

一、工作原理

         热电偶是一种将温度转换为相应电势的温度传感器，其基本工作原理基于“双金属温差热电势效应”。

         当两种不同的金属 A 和B 组成一个回路，其两端相互连接时，只要两接点处的温度不同，设测温一端温度为T ，称为工作端或热端，另一端温度为0 T ，称为自由端或冷端，回路中将产生电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关，这种现象称为“热电效应”，热电偶回路中热电动势的大小，只与热电偶的导体材料和两接点的温度有关。

二、实验目的

(1) 了解热电偶的工作原理和测温方法。

(2) 学习热电偶标定的方法和规则。

(3) 学习热电偶冷端处理与补偿的方法。

三、实验设备

(1) 主机：温控电加热部分、提供实验模块电源。

(2) 实验模块：温度传感器模块、温控电加热炉。

(3) K、E 分度热电偶各一支、位数字电压表两个、玻璃杆温度计一个、冰瓶一个。

四、实验内容

(1) 热电偶测温原理及冷端处理

实验方法

1) 用玻璃杆温度计测量当前室温 T1=25.2℃，而后将玻璃杆温度计插入冰瓶测量其冰水溶液的温度T0=0.4℃。

2) 用实验的方法理解热电偶（双金属）的温差热电势效应，用数字万用表直接测量一支E 型热电偶的两个冷端能测出热电势吗？为什么？那么如果将热电偶的冷端温度降低，它的热电势会有变化吗？

答：直接测量两个冷端不能测出电动势，因为热电偶冷热端温度相同。如果将冷端温度降低它的热电势会有变化。

3) 按图 1.4 所示，把一支E 型热电偶的两个冷端分别与两根铜导线连接在一起放入冰瓶。用数字万用表测量两根铜导线的引出端能测出热电势吗？测出的热电势反映的是当前的室温吗？可查E 型热电偶的分度表验证一下。

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一、实验名称：      温差电动势的测量

二、实验目的：

测量热电偶的温差电动势。

三、实验器材：

UJ31型箱式电位差计、热电偶、光点式或数字式验流计、标准电池、直流稳压电源、温度计、电热杯、带温度显示的水浴锅、保温杯。

四、实验原理：

1、热电偶

    两种不同金属组成一闭合回路时，若两个接点A、B处于不同温度和，则在两接点A、B间产生电动势，称为温差电动势，这种现象称为温差现象。温差电动势的大小除和热电偶材料的性质有关外，另一决定的因素就是两个接触点的温度差。电动势与温差的关系比较复杂，当温差不大时，取其一级近似可表示为                       

式中C为热电偶常数(或称温差系数），等于温差1℃的电动势，其大小决定于组成热电偶的材料。

    热电偶可制成温度计。为此，先将固定用实验方法确定热电偶的关系，称为定标。定标后的热电偶与电位差计配合可用于测量温度。与水银温度计相比，温差电偶温度计具有测量范围大（-200～2000℃），灵敏度和准确度高，便于实验遥测和A/D变换等一系列优点。

2、电位差计

    电位差计时准确测量电势差的仪器，其精度很高。用伏特表测量电动势时，伏特表读数为，其中R为伏特表内阻。由于U<,故用伏特表不能准确测量电动势。只有当时，端电压U才等于电动势。

    如图，如果两个电动势相等，则电路中没有电流通过，，。如果是标准电池，则利用这种互相抵消的方法就能准确地测量被测的电动势，这种方法称为补偿法，电位差计就是基于这种补偿原理而设计的。

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热电偶测温实验

一、实验目的：

了解K型热电偶的特性与应用

二、实验仪器：

智能调节仪、PT100、K型热电偶/E行热电偶、温度源、温度传感器实验模块。

三、实验原理：

热电偶传感器的工作原理

热电偶是一种使用最多的温度传感器，它的原理是基于1821年发现的塞贝克效应，即两种不同的导体或半导体A或B组成一个回路，其两端相互连接，只要两节点处的温度不同，一端温度为T，另一端温度为T₀，则回路中就有电流产生，见图1（a），即回路中存在电动势，该电动势被称为热电势。

                 图1（a）                          图1（b）          

两种不同导体或半导体的组合被称为热电偶。

当回路断开时，在断开处a，b之间便有一电动势E_T，其极性和量值与回路中的热电势一致，见图1（b），并规定在冷端，当电流由A流向B时，称A为正极，B为负极。实验表明，当E_T较小时，热电势E_T与温度差（T-T₀）成正比，即

            E_T=S_AB（T-T₀）                                   （1）

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