K型热电偶测温实验--传感器实验

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、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50-1（a），即回路中存在电动势，该电动势被称为热电势。

图50-1（a）         图50-1（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50-1（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）
S_AB为塞贝克系数，又称为热电势率，它是热电偶的最重要的特征量，其符号和大小取决于热电极材料的相对特性。
热电偶的基本定律：
（1）均质导体定律   
由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面积和长度如何，也不论各处的温度分布如何，都不能产生热电势。
（2）中间导体定律  
用两种金属导体A，B组成热电偶测量时，在测温回路中必须通过连接导线接入仪表测量温差电势E_AB（T，T₀），而这些导体材料和热电偶导体A，B的材料往往并不相同。在这种引入了中间导体的情况下，回路中的温差电势是否发生变化呢？热电偶中间导体定律指出：在热电偶回路中，只要中间导体C两端温度相同，那么接入中间导体C对热电偶回路总热电势E_AB（T，T₀）没有影响。
（3）中间温度定律   
如图49-2所示，热电偶的两个结点温度为T₁，T₂时，热电势为E_AB（T₁，T₂）；两结点温度为T₂，T₃时，热电势为E_AB（T₂，T₃），那么当两结点温度为T₁，T₃时的热电势则为
E_AB（T₁，T₂）+ E_AB（T₂，T₃）=E_AB（T₁，T₃）（2）
式（2）就是中间温度定律的表达式。譬如：T₁=100℃，T₂=40℃，T₃=0℃，则
E_AB（100，40）+E_AB（40，0）=E_AB（100，0）（3）

图50-2
热电偶的分度号
热电偶的分度号是其分度表的代号（一般用大写字母S、R、B、K、E、J、T、N表示）。它是在热电偶的参考端为0℃的条件下，以列表的形式表示热电势与测量端温度的关系。
四、实验内容与步骤
1．重复实验Pt100温度控制实验，将温度控制在50⁰C，在另一个温度传感器插孔中插入K型热电偶温度传感器。
2．将±15V直流稳压电源接入温度传感器实验模块中。温度传感器实验模块的输出Uo2接主控台直流电压表。
3．将温度传感器模块上差动放大器的输入端Ui短接，调节Rw3到最大位置，再调节电位器Rw4使直流电压表显示为零。
4．拿掉短路线，按图50-3接线，并将K型热电偶的两根引线，热端（红色）接a，冷端（绿色）接b；记下模块输出Uo2的电压值。
5．改变温度源的温度每隔

图50-3
5⁰C记下Uo2的输出值。直到温度升至120⁰C。并将实验结果填入下表

T（℃）

Uo2（V）

表50-1
五、实验报告
1．根据表50-1的实验数据，作出U_O2-T曲线，分析K型热电偶的温度特性曲线，计算其非线性误差。      
2．根据中间温度定律和K型热电偶分度表，用平均值计算出差动放大器的放大倍数A。