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关于三线制热电阻测温系统的改进(实验方法方面)

由上图可以看出,二次项对较低温时的影响几乎可以忽略。即对总输出的影响可以归结到电桥的线性化。
在系统升温过程中,升温缓慢,并且数据一直在波动,不稳定。输出电压值显示不稳定的原因之一可能是放大电路中存在噪声干扰非常大,放大输出不稳定;原因之二有可能是加热源存在问题,升温不稳定;原因之三是Pt100接触不好,接触的地方存在干扰。
我们做实验时用的装置测量数据,过程中发现U的值在一定时间内忽上忽下,极其不准确,考虑其原因,有以下几点:
(1)外电路连线过多,受外界干扰大;
(2)实验过程中电路中有电流,加热了一些电阻,使得设备输出值发生变化;
(3)升温过程中加热丝与物块接触不良或者测温的设备与物块接触不良,温度发生细微变化,导致输出变化剧烈。
在原理上,半导体制冷片是一个热传递的工具。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时,两端之间就会产生热量转移,热量就会从一端转移到另一端,从而产生温差形成冷热端。但是半导体自身存在电阻当电流经过半导体时就会产生热量,从而会影响热传递。而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差,这两种热传递的量相等时,就会达到一个平衡点,正逆向热传递更低的温度,可以采取散热等方式降低热端的温度来实现。
关于三线制热电阻测温系统的改进
——实验方法方面
摘要:在三线制金属热电阻信号变换实验中,利用铂电阻进行测量。铂电阻使用三引线,其中一端接两根引线,从一定程度上消除了引线电阻对测量的影响。然而,实验室采用的测温系统仍存在诸多缺陷,不仅升温降温过程慢,而且测量的温度不准确,精确度不高,误差大。为提高精确度和实验效率,我们应该对加热降温系统做一定的改进。
风扇以及散热片的作用主要是为制冷片的热端散热。通常半导体制冷片冷热端的温差可以达到40~65度之间,如果通过主动散热的方式来降低热端温度,那冷端温度也会相应的下降,从而达到更低的温度。
总结:通过对实验二进行分析,我们找到了实验误差的来源及影响读数不稳定的因素,在一定的假设之上,我们对实验的方法进行了合理的改进。相信在此改进之下,该实验定能取得较大改善。
设备加热时可能因为接触的缘故导致使读数不准确,因此,我们想到可以先将设备加热到一定温度,然后对其降温,降温时设备与测温装置的接触不良问题能得到较好的避免。
有关对设备的加热及制冷问题,可由半导体制冷片完成,半导体制冷片具有以下特点:
半导体制冷片,也叫热电制冷片,是一种热泵。利用半导体材料的Peltier效应,当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时,在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量,可以实现制冷的目的。它是一种产生负热阻的制冷技术,其特点是无运动部件,可靠性也比较高。它的优点是没有滑动部件,应用在一些空间受到限制,可靠性要求高,无制冷剂污染的场合。利用半导体制冷的方式来解决LED照明系统的散热问题,具有很高的实用价值。
关键字:三线制热电阻升温降温
正文:
1. Pt100铂热电阻测温原理
Pt100铂热电阻的工作原理:已知电阻与温度的关系,用测量电阻的方法来推算出温度。铂热电阻的阻值Rt与温度t之间的关系可表示为: ),R0是温度为0
时的电阻。 , , 。
铂电阻采用三引线,其中一端接两根引线,从一定程度上消除了引线电阻对测量的影响。
4.实验方法改进
原实验所用的实验装置如图所示:K型热电偶用来测定当前加热块的温度,pt100是我们实验的对象,感受温度与输出电压的变化。该装置的不取之处在于它把加热源置于一边,根据固体热传递方程:
Q
得到,加热块的温度在上升过程中左边温度高于右边温度,即K型热电偶测出的温度要高于热点阻的温度。可将测得的温度-输出曲线绘制如图:
2.使用的器件与单元
加热源、K型热电偶、Pt100热电阻、温度控制单元、温度传感器实验模板、数显单元、万用表。
3.实验缺陷分析
将铂电阻接入电路构成单臂电桥,电桥输出为 ,其中ε为电阻相对变化率。取近似时,电桥输出约为 ,这时电阻的相对变化率与电桥的输出呈线性。
放大电路输出与输入的关系为:
将电桥的近似输出代入放大电路公式,可求得 ,其中
由热电阻的温度与电阻变化公式: ,忽略二次项,可得△R= K2t,
其中K2=R0*α。代入上式,可得:
,其中K=K1*K2;
即可由上式求得总输出与温度呈近似线性关系。这是在考虑到忽略热电阻二次项的影响及单臂电桥输出近似为线性得到的。现在来考虑不忽略热电阻二次项的影响,即直接由 和 所得的曲线在较低温时(0度~100度)的差异,由matlab求得二者曲线如图
而理想的t-U曲线要比实际的t-U曲线低,要想弥补两者的差距,可以假设在加热源旁边放一制冷源,即制冷时左边温度要低于右边温度。得到的曲线如下图所示。所以,要得到真正的t-U曲线,可以将加热与制冷所测的数据两相平均,即为真实的t-U曲线。
假设加热与制冷源有多个,且分布的比较均匀,即加热或冷却时物块均匀升温或降温,则同时升温和降温所测的数据取平均时就更加与真实值接近。
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