温度实验

实验三十三 K热电偶冷端温度补偿实验

一、实验目的：了解热电偶冷端温度补偿器的原理与补偿方法。

二、基本原理：热电偶测温时，它的冷端往往处于温度变化的环境中，而它测量的是热端

与冷端之间的温度差，由此要进行冷端补偿。热电偶冷端温度补偿的常用方法有：计算法、冰水法(0℃)、恒温槽法和电桥自动补偿法等。实际检测时是在热电偶和放大电路之间接入一个其中一个桥臂是PN结二极管(或Cu电阻)组成的直流电桥，如图33—1所示。这个直流电桥称冷端温度补偿器，电桥在0℃时达到平衡（亦有20℃平衡）。当热电偶冷端温度升高时（＞0℃）热电偶回路电势Uab下降，由于补偿器中，PN呈负温度系数，其正向压降随温度升高而下降，促使2端电位上升，其值正好补偿热电偶因自由端温度升高而降低的电势(不同分度号的热电偶配相应分度号的热电偶)，使Vi不变达到补偿目的。

图33—1热电偶冷端温度补偿器原理

三、需用器件与单元：主机箱主机箱中的智能调节器单元、电压表、转速调节0～24V

电源、±15V直流稳压电源；温度源、Pt100热电阻(温度控制传感器)、Ｋ热电偶(温度特性实验传感器)、温度传感器实验模板；压力传感器实验模板(作为直流mV信号发生器)、 冷端温度补偿器、补偿器专用＋5V直流稳压电源。

四、实验步骤：

热电偶冷端(参考端)补偿器说明：热电偶冷端温度补偿器是用来自动补偿热电偶测量值因冷端温度变化而变化的一种装置。冷端温度补偿器实质上就是产生一个直流信号的毫伏发生器(冷端温度与0℃之间的温差热电势)，当它串接在热电偶测量线路中测量时，就可以使读数得到自动补偿。冷端补偿器的直流信号应随冷端温度的变化而变化，并且要求补偿器在补偿的温度范围内，直流信号和冷端温度的关系应与配用的热电偶之热电特性一致，即不同

分度号的热电偶配相应的冷端补偿器。

本实验为Ｋ分度热电偶。冷端补偿器外形为一个小方盒，有4个引线端子，4、3接+5V专用电源，2、1输出补偿热电势信号；它的内部是一个不平衡电桥，图33—1中的虚线框所示，图中Rw可调节热电偶冷端温度起始时的热电势值，利用二极管的PN结特性自动补偿冷端温度的变化。

1、温度传感器实验模板放大器调零：按图33—2示意接线。将主机箱上的电压表量程切换开关打到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节温度传感器实验模板中的RW2(增益电位器)顺时针转到底，再调节RW3(调零电位器)使主机箱的电压表显示为0(零位调好后RW3电位器旋钮位置不要改动)。关闭主机箱电源。

图33—2温度传感器实验模板放大器调零接线示意图

2、调节温度传感器实验模板放大器的增益A为100倍： 利用压力传感器实验模板的零位偏移电压作为温度实验模板放大器的输入信号来确定温度实验模板放大器的增益A。按图33—3示意接线，检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节压力传感器实验模板上的RW2(调零电位器)，使压力传感器实验模板中的放大器输出电压为0.010V(用主机箱电压表测量)；再将0.010V电压输入到温度传感器实验模板的放大器中，再调节温度传感器实验模板中的增益电位器RW2(小心：不要误碰调零电位器RW3)，使温度传感器实验模板放大器的输出电压为1.000V(增益调好后RW2电位器旋钮位置不要改动)。关闭电源。

图33—3 调节温度实验模板放大器增益A接线示意图

3、将主机箱上的转速调节旋钮(0～24V)顺时针转到底(24V)；将调节器控制对象开关拨到Rt.Vi位置。将冷端补偿器的专用电源插头插到主机箱侧面的交流220V插座上。按图33—4示意接线，检查接线无误后合上主机箱电源开关，再合上调节器电源开关和温度源电源开关，将温度源调节控制在40℃(调节器参数的设置及使用和温度源的使用实验方法参阅实验二十九)，待电压表显示上升到平衡点时记录数据。再按表33中温度值设置温度源的温度并将放大器的相应输出值填入表中。

图33—4 K热电偶冷端温度补偿实验接线示意图

表33 K热电偶热电势(经过放大器放大A=100倍后的热电势)与温度数据 t(℃) 室温 40 50 ?? 160 Vo(mV) 4、由E(t,t0)=E(t,t0＇)+E(t0＇, t0)= Vo/A计算得到E(t,t0)，再根据E(t,t0)的值从 附表3中可以查到相应的温度值并与实验给定温度值对照，计算误差。最后将调节器实验温度设置到40℃，待温度源回复到40℃左右后关闭所有电源。

注：热电偶一般应用于测量比较高的温度，不能只看绝对误差。如绝对误差为8℃，但它的

8?100％＝1％)。 相对误差即精度 Δ％＝800五、思考题：

实验三十二与三十三有什么差别，一般实际应用时选择哪一种方法为好?

实验三十四 E热电偶测温性能实验

一、实验目的：了解不同分度号热电偶测量温度的性能与应用。 二、基本原理：参阅实验三十二。

三、需用器件与单元：主机箱中的智能调节器单元、电压表、转速调节0～24V电源、

±15V直流稳压电源；温度源、Pt100热电阻(温度控制传感器)、Ｅ热电偶(温度特性实验传感器)、温度传感器实验模板；压力传感器实验模板(作为直流mV信号发生器)。

四、实验步骤：

1、 将实验三十二中的Ｋ热电偶换成Ｅ热电偶(温度特性实验传感器)，实验接线、方法 和步骤完全与实验三十二相同

2、 按实验三十二实验并将实验数据填入表34中。

表34Ｅ热电偶热电势(经过放大器放大A=100倍后的热电势)与温度数据

t(℃) 室温 40 50 ?? 160 Vo(mV) 3、由E(t,t0)=E(t,t0＇)+E(t0＇, t0)= Vo/A计算得到E(t,t0)，再根据E(t,t0)的值从 附表4可以查到相应的温度值并与实验给定温度值对照计算误差。将调节器实验温度设置到40℃，待温度源回复到40℃左右后关闭所有电源。