实验三,热电偶与热电阻的温度测量
热电阻和热电偶的测温原理

热电阻和热电偶的测温原理热电阻和热电偶是广泛应用于测量温度的两种传感器,这两种传感器都能够通过电阻或电压的变化来反映被测物体的温度变化。
下文将分步骤阐述热电阻和热电偶的测温原理。
一、热电阻的测温原理热电阻通过材料的电阻率随温度变化来测量温度。
一般情况下,热电阻传感器使用的材料是铂金(PT100)、镍铬合金(KTY81)和铜等导体,这些材料在不同温度下的电阻值都是不同的。
因此,在通过不同温度下的电阻值来确定温度之前,需要先获得不同温度下的电阻值。
接下来,我们将热电阻传感器固定在需要测量温度的物体上,并通过电路让电流经过该传感器。
当电流经过传感器时,电阻会产生一定的压降。
通过测量这一压降的大小,我们就能得到热电阻的电阻值。
在获得不同温度下的电阻值后,我们可以建立起电阻值和温度之间的对应关系,这样当需要测量温度时,只需要通过测量热电阻的电阻值,就可以得到相应温度值。
二、热电偶的测温原理热电偶通过两个不同的导体形成热电偶电路,当热电偶的两个端口之间存在温度差异时,就会产生电动势。
一个端口连接到被测温度的物体上,我们称其为热电偶的测量端,另一个端口连接到需要监测温度的电子设备上,我们称其为热电偶的接口端。
热电偶分为不同类型,每个类型都有其对应的热电势和温度之间的关系,这些关系通过国际标准进行规定。
常用的热电偶有铜-铜镍、铬-铝-铁等不同组合的导体。
当热电偶与被测物体相连接时,两端口之间的电动势会随着温度的变化而变化。
传感器的接口端会将这一变化的电动势转化为电压信号,以数字信号的形式反馈给接收电气信号的电子设备,从而获得相应温度值。
总之,热电阻和热电偶都能够通过改变电阻或电动势来反映被测物体的温度变化。
这两种类型的传感器在不同的应用场景中具有各自的优势,我们需要选择合适的传感器来获得高精度的温度数据。
实验三,热电偶与热电阻的温度测量

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。
热电阻与热电偶

热电阻与热电偶热电阻和热电偶是常见的温度传感器,它们在工业控制系统和实验室中广泛应用。
它们都能够将温度变化转化为电信号,但原理和特性有所不同。
一、热电阻热电阻是一种利用材料电阻随温度变化的特性来测量温度的传感器。
常见的热电阻材料有铂、镍、铜等。
其中,铂热电阻是最常用的一种。
铂热电阻的优点是抗腐蚀性好、线性度高、稳定性好等。
它的工作原理是根据热电阻材料的电阻随温度的变化规律,通过测量电阻值来推算温度。
热电阻的测量精度较高,通常可以达到0.1℃。
但它的响应速度较慢,适用于温度变化较缓慢的场合。
在工业控制系统中,热电阻常被用于测量液体、气体等介质的温度。
二、热电偶热电偶是利用两种不同材料的导电性能差异产生的热电效应来测量温度的传感器。
常见的热电偶材料有铜/常铜、铜/镍等。
工作原理是当两种不同材料的接触点温度不同时,会产生热电势差,通过测量热电势差来推算温度。
热电偶具有响应速度快、测量范围广的特点。
它可以测量极高和极低温度,适用于温度变化较快的场合。
在工业控制系统中,热电偶常被用于测量高温炉、燃烧器等的温度。
三、热电阻与热电偶的比较热电阻和热电偶都是常见的温度传感器,它们各有优缺点,应根据具体的应用场景选择合适的传感器。
热电阻的优点是测量精度高、稳定性好,适用于温度变化缓慢的场合。
但它的响应速度较慢,不适用于温度变化较快的场合。
热电偶的优点是响应速度快、测量范围广,适用于温度变化较快的场合。
但它的测量精度相对较低,受到环境干扰较大。
在选择热电阻或热电偶时,还需考虑以下因素:测量范围、测量精度、响应速度、使用环境等。
根据具体需求,选择适合的传感器。
总结:热电阻和热电偶是常见的温度传感器,它们在工业控制系统和实验室中被广泛应用。
热电阻利用材料电阻随温度变化的特性来测量温度,热电偶利用两种不同材料的导电性能差异产生的热电效应来测量温度。
热电阻测量精度高,稳定性好,适用于温度变化缓慢的场合;热电偶响应速度快,测量范围广,适用于温度变化较快的场合。
热电偶热电阻测温应用原理

热电偶热电阻测温应用原理热电偶测温的应用原理热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。
其优点是:①测量精度高。
因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。
②测量范围广。
常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。
③构造简单,使用方便。
热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。
1.热电偶测温基本原理将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路。
当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。
热电偶就是利用这一效应来工作的。
2.热电偶的种类及结构形成(1)热电偶的种类常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。
所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。
非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。
标准化热电偶我国从1988年1月1日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
(2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下:①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固;②两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路;③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠;④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
3.热电偶冷端的温度补偿由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。
必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。
热电偶的定标实验报告

热电偶的定标实验报告热电偶是一种主要用于测量温度的测量仪器,它的受欢迎程度很高,特别是在石油、煤炭和金属行业、制冷设备、航空、船舶、厨房和实验室等行业中。
由于其精度和稳定性,热电偶得以广泛应用。
为了保证其精度,热电偶必须定期定标。
本次定标实验报告,将介绍定标的基本原理、实验过程、计算结果及结论等。
一、定标原理热电偶定标主要是指对热电偶输出电阻(RTD值)和在预定温度范围内的典型温度值之间的关系进行研究与校准。
校准可分为直接校准和间接校准两种方法,其中间接校准是根据一定的假定性关系,以连续温度比较法计算偏离该关系的几何幅值,它要求测量热电偶和标准热电偶具有良好的线性关系。
二、实验过程1.确定实验温度首先,确定此次定标的温度范围。
根据热电偶的使用环境,确定实验温度范围,一般情况下,实验温度范围应在热电偶的工作范围内。
2.测量热电偶的热电阻使用电阻温度计测量热电偶的热电阻,逐一测量所设定的温度点,将低端电源电压和测得的热电阻值记录下来,以便计算数据。
3.标准热电阻测量用同样的仪器测量标准热电偶的热电阻,做出测量结果和标准热电偶的热电阻值之间的比较。
4.定标将测试热电阻和标准热电阻比较,计算出偏差值,以对测试热电阻进行定标。
三、计算结果定标实验所获得的计算结果如下:实验温度:1000°C标准热电阻值:0.63Ω测量热电阻值:0.62Ω偏差值:0.01Ω四、结论本次定标实验结果表明,测试热电阻的热电阻值与标准热电阻值的偏差值为0.01Ω,符合热电偶定标要求,定标结果可以满足热电偶的使用要求。
五、安全技术要求为了保证安全,进行热电偶定标实验时,有必要遵守以下安全技术要求:(1)实验环境应保持干燥,空气洁净,避免潮湿、有尘的环境。
(2)热电偶的连接线应保持紧凑,避免缠绕,减少漏电。
(3)进行定标时,应当注意防止受电,并用安全绝缘手套操作。
(4)在热电偶定标实验过程中,使用的试验设备应严格检查,确保其安全可靠。
热敏电阻和热电偶的温度特性测量

热敏电阻和热电偶的温度特性研究(FB203型多档恒流智能控温实验仪)热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体电阻,它有负温度系数和正温度系数两种,负温度系数它的电阻率随着温度的升高而急剧下降(一般是按指数规律),而正温度系数电阻率随着温度的升高而急剧升高(一般是按指数规律),金属的电阻率则是随温度的升高而缓慢地上升。
热敏电阻对于温度的反应要比金属电阻灵敏得多,热敏电阻的体积也可以做得很小,用它来制成的半导体温度计,已广泛地使用在自动控制和科学仪器中,并在物理、化学和生物学研究等方面得到了广泛的应用。
【实验目的】1.研究热敏电阻、铜电阻;铂电阻、热电偶的温度特性。
2.掌握利用直流单臂电桥与控温实验仪测量热敏元件在不同温度下电阻值的方法。
【实验原理】温度传感器是利用一些金属、半导体等材料与温度相关的特性制成的。
常用的温度传感器的类型、测温范围和特点各不相同,本实验将通过测量几种常用的温度传感器的特征物理量随温度的变化,来了解这些温度传感器的工作原理。
1.热敏电阻温度特性原理:在一定的温度范围内,半导体的电阻率ρ和温度T 之间有如下关系:/1B TAe ρ= (1) 式中1A 和B 是与材料物理性质有关的常数,T 为绝对温度。
对于截面均匀的热敏电阻,其阻值T R 可用下式表示:T lR Sρ= (2) 式中T R 的单位为Ω,ρ的单位为cm Ω,l 为两电极间的距离,单位为cm ,S 为电阻的横截面积,单位为2cm 。
将(1)式代入(2)式,令1l A A S=,于是可得:/B TT R Ae = (3)对一定的电阻而言,A 和B 均为常数。
对(3)式两边取对数,则有:1l n l n T R B A T=+ (4)T R ln 与T1成线性关系,在实验中测得各个温度T 的T R 值后,即可通过作图求出B 和A 值,代入(3)式,即可得到T R 的表达式。
式中T R 为在温度)K (T 时的电阻值)(Ω,A 为在某温度时的电阻值)(Ω,B 为常数)K (,其值与半导体材料的成分和制造方法有关。
热电偶和热电阻

度梯度导致金属在一定方向上被磁化,而 用铂和铂合金制作的热电偶温度计,甚至
非形成了电流。科学学会认为,这种现象 可以测量高达+2800℃的温度!
是因为温度梯度导致了电流,继而在导线
第一部分 热电偶
热电偶 简单介绍
热电现象 热电偶 热电偶的优缺点
目录
热电偶 的基本定律
均质导体定律 中间导体定律 中间温度定律
贝壳的实验仪器,加热其中一端时,指针 来测量温度。只要选用适当的金属作热电
转动,说明导线产生了磁场。塞贝克确实 偶材料,就可轻易测量到从-180℃到+
已经发现了热电效应,但他却做出了错误 2000℃的温度,如此宽泛测量范围,令酒
的解释:导线周围产生磁场的原因,是温 精或水银温度计望尘莫及。现在,通过采
结论:
(1)热电偶必须由两种不同性质的材料构成。 (2)若热电极本身的材质不均匀,由于温度差的存在,将会产生 附加热电势,造成测量误差。 (3)由一种材料组成的闭合回路存在温差时,回路如产生热电势, 便说明该材料是不均匀的。据此可检查热电极材料的均匀性,衡量热 电偶质量的优劣。
第一部分 热电偶
热电偶基本定律
(2)如果两种导体A和B对另一种参考导体C热电势已知,则这两种导 体组成的热电偶的热电势是它们对参考导体热电势的代数和,即
EAB(t,to)=EAC(t,to)+ECB(t, to) 参考导体亦称标准电极,一般选用铂制成,若已知各种电极与标准电 极配成热电偶的热电特性,便可按此结论计算出任意两电极A、B配成热电 偶后的热电特性,这样大大简化了热电偶的选配工作。
第一部分 热电偶
热电偶补偿导线
冷端补偿方法
2、仪表机械零点调整法 仪表的机械零点为仪表输入电势为零时,指针停留的刻度点,也就
温度传感实验报告

一、实验目的1. 了解温度传感器的基本原理和种类。
2. 掌握温度传感器的测量方法及其应用。
3. 分析不同温度传感器的性能特点。
4. 通过实验验证温度传感器的测量精度和可靠性。
二、实验器材1. 温度传感器实验模块2. 热电偶(K型、E型)3. CSY2001B型传感器系统综合实验台(以下简称主机)4. 温控电加热炉5. 连接电缆6. 万用表:VC9804A,附表笔及测温探头7. 万用表:VC9806,附表笔三、实验原理1. 热电偶测温原理热电偶是由两种不同金属丝熔接而成的闭合回路。
当热电偶两端处于不同温度时,回路中会产生一定的电流,这表明电路中有电势产生,即热电势。
热电势与热端和冷端的温度有关,通过测量热电势,可以确定热端的温度。
2. 热电偶标定以K型热电偶作为标准热电偶来校准E型热电偶。
被校热电偶的热电势与标准热电偶热电势的误差可以通过以下公式计算:\[ \Delta E = \frac{E_{\text{标}} - E_{\text{校}}}{E_{\text{标}}}\times 100\% \]其中,\( E_{\text{标}} \) 为标准热电偶的热电势,\( E_{\text{校}} \) 为被校热电偶的热电势。
3. 热电偶冷端补偿热电偶冷端温度不为0,因此需要通过冷端补偿来减小误差。
冷端补偿可以通过测量冷端温度,然后通过计算得到补偿后的热电势。
4. 铂热电阻铂热电阻是一种具有较高稳定性和准确性的温度传感器。
其电阻值与温度呈线性关系,常用于精密温度测量。
四、实验内容1. 热电偶测温实验将K型热电偶和E型热电偶分别连接到实验台上,通过调节加热炉的温度,观察并记录热电偶的热电势值。
同时,使用万用表测量加热炉的实际温度,分析热电偶的测量精度。
2. 热电偶标定实验以K型热电偶为标准热电偶,对E型热电偶进行标定。
记录标定数据,计算误差。
3. 铂热电阻测温实验将铂热电阻连接到实验台上,通过调节加热炉的温度,观察并记录铂热电阻的电阻值。
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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 —————————。