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0℃、25℃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：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0℃时达到平衡(亦有20℃平衡)。
当热电偶自由端(a、b)温度升高时(>0℃)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，达到补偿目的。
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。
常用的有铂电阻和铜电阻，热电阻阻值Rt与温度t的关系为：
Rt=R0(1+At+Bt2)
本实验采用的是Pt100铂电阻，它的R0=100Ω，A=3.9684×10-2/℃，B=5.847×10-7/℃2，铂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±15V、外接+5V电源适配器。
Pt100铂热电阻。
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部分的Ek端，用它作为标准传感器，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，打开主控箱电源开关，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），打开主控箱上温仪控开关，设定仪表控制温度值T=50℃，将温度源的两芯电源线插入主控箱温控部分的220V输出插座中。
4、去掉R
5、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℃时，记录下电压表读数值。
5、重新设定温度值为50℃+n·Δt，建议Δt=5℃，n=1……10，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：
6、根据表3-1计算非线性误差δ，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⑤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，并与温控仪的显示值进行比较，试分析误差来源。
9、按步骤①、⑦步操作。
图3-2 冷端温度补偿原理图
10、将冷端温度补偿器(0℃)上的热电偶(E型)插入温度源另一插孔中，在补偿器④、③端加上补偿器电源+5V（用外接适配器），将冷端补偿器的①、②端接入数字电压表，重复50℃+n·Δt的加温过程，记录下数显表上的数据。
11、将上述数据与步骤⑦的结果进行比较，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铂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±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，根据实验三十五①步操作。
设定温
控仪温度值为50℃，记录下电压表读数，重新设定温度值为50℃+n·Δt，建议Δt=5℃，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δ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③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。
温度℃ 0 10 20 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 6.317 6.996 7.683 8.377 9.078 9.787 10.501 11.222 11.949 12.681 200 13.419 14.161 14.909 15.661 16.417 17.178 17.942 18.710 19.481 20.256 300 21.033 21.814 22.597 23.383 24.171 24.961 25.754 26.549 27.345 28.143 400 28.943 29.744 30.546 31.350 32.155 32.960 33.767 34.574 35.382 36.190 500 36.999 37.808 38.617 39.426 40.236 41.045 41.853 42.662 43.470 44.278 600 45.085 45.891 46.697 47.502 48.306 49.109 49.911 50.713 51.513 52.312 700 53.110 53.907 54.703 55.498 56.291 57.083 57.873 58.663 59.451 60.237 800 61.022 61.806 62.588 63.368 64.147 64.924 65.700 66.473 67.245 68.015 900 68.783 69.549 70.313 71.075 71.835 72.593 73.350 74.104 74.857 75.608 1000 76.358 —————————。