熱電阻熱電偶溫度傳感器校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上湖南大學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書課程名稱： 實(shí)驗(yàn)類型： 實(shí)驗(yàn)名稱： 熱電阻熱電偶溫度傳感器校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn) 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 專業(yè)： 指導(dǎo)老師： 實(shí)驗(yàn)日期： 年 月 日一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解熱電阻和熱電偶溫度計(jì)的測(cè)溫原理2. 學(xué)會(huì)熱電偶溫度計(jì)的制作與校正方法3. 了解二線制、三線制和四線制熱電阻溫度測(cè)量的原理4. 掌握電位差計(jì)的原理和使用方法5. 了解數(shù)據(jù)自動(dòng)采集的原理6. 應(yīng)用誤差分析理論于測(cè)溫結(jié)果分析。二、 實(shí)驗(yàn)原理1. 熱電阻(1) 熱電阻原理熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而

2、且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測(cè)量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。常用鉑電阻和銅電阻，鉑電阻在0630.74以內(nèi)，電阻Rt與溫度t的關(guān)系為：Rt=R0(1+At+Bt2)R0系溫度為0時(shí)的電阻，鉑電阻內(nèi)部引線方式有兩線制，三線制，和四線制三種，兩線制中引線電阻對(duì)測(cè)量的影響最大，用于測(cè)溫精度不高的場(chǎng)合，三線制可以減小熱電阻與測(cè)量?jī)x之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測(cè)量誤差。四線制可以完全消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響，用與高精度溫度檢測(cè)。本實(shí)驗(yàn)是三線制連接，其中一端

3、接二根引線主要是消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響。(2) 熱電阻的校驗(yàn)熱電阻的校驗(yàn)一般在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，除標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)需要作三定點(diǎn)，（水三相點(diǎn)，水沸點(diǎn)和鋅凝固點(diǎn)）校驗(yàn)外，實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)用的鉑或銅電阻溫度計(jì)的校驗(yàn)方法有采用比較法兩種校驗(yàn)方法。比較法是將標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)與被校電阻溫度計(jì)一起插入恒溫水浴中，在需要的或規(guī)定的幾個(gè)穩(wěn)定溫度下讀取標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)和被校驗(yàn)溫度計(jì)的示值并進(jìn)行比較，其偏差不超過最大允許偏差。在校驗(yàn)時(shí)使用的恒溫器有冰點(diǎn)槽，恒溫水槽和恒溫油槽，根據(jù)所校驗(yàn)的溫度范圍選取恒溫器。比較法雖然可用調(diào)整恒溫器溫度的方法對(duì)溫度計(jì)刻度值逐個(gè)進(jìn)行比較校驗(yàn)，但所用的恒溫器規(guī)格多，一般實(shí)驗(yàn)室多不具備

4、。因此，工業(yè)電阻溫度計(jì)可用兩點(diǎn)法進(jìn)行校驗(yàn)，即只校驗(yàn)R0與R100/ R0兩個(gè)參數(shù)。這種校驗(yàn)方法只需要有冰點(diǎn)槽和水沸點(diǎn)槽，分別在這兩個(gè)恒溫槽中測(cè)得被校驗(yàn)電阻溫度計(jì)的電阻R0 和R100，然后檢查R0 值和R100/R0 的比值是否滿足規(guī)定的技術(shù)數(shù)據(jù)指標(biāo)，以確定溫度計(jì)是否合格。(3) 熱電阻的類型1）普通型熱電阻。從熱電阻的測(cè)溫原理可知，被測(cè)溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測(cè)量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來影響。2）鎧裝熱電阻。鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為2-8mm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)

5、點(diǎn)：體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測(cè)量滯后??；機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；能彎曲，便于安裝使用壽命長(zhǎng)。3）端面熱電阻。端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。4）隔爆型熱電阻。隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla-B3c級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。 2. 熱電偶(1) 熱電偶原理將兩種不同材質(zhì)的金屬導(dǎo)線連接成閉合回路，如果兩接點(diǎn)的溫度不同，由于金屬的

6、熱電效應(yīng)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與溫差有關(guān)的電動(dòng)勢(shì)，稱為溫差電勢(shì)。在回路中串接一毫伏表，就能粗略地測(cè)出溫差電勢(shì)值。如圖1：圖1 熱電偶原理溫差電勢(shì)的大小只與兩個(gè)接點(diǎn)的溫差有關(guān)，與導(dǎo)線的長(zhǎng)短粗細(xì)和導(dǎo)線本身的溫度分布無關(guān)。這樣一對(duì)導(dǎo)線的組合就稱熱電偶溫度計(jì)。簡(jiǎn)稱熱電偶。實(shí)驗(yàn)表明，在一定溫度范圍，溫差電勢(shì)E與兩接點(diǎn)的溫度T0, T存在著函數(shù)關(guān)系E=F(T0 , T), 如果一個(gè)接點(diǎn)T0（通常指冷端）的溫度保持不變，則溫差電勢(shì)就只與另一個(gè)接點(diǎn)T（通常指熱端）的溫度有關(guān)，即E=F(T) ，當(dāng)測(cè)得溫差電勢(shì)后，即可求出另一個(gè)接點(diǎn)（熱端）的溫度。為了增加溫差電勢(shì)，提高測(cè)量精度，可將幾個(gè)熱電偶串聯(lián)成熱電堆，如圖2

7、：電位差計(jì)熱端（測(cè)量點(diǎn)） 冷端（參考點(diǎn)）圖2 熱電偶示意圖(2) 熱電偶的標(biāo)定將熱電偶做為溫度計(jì)，必須先將熱電偶的溫差電勢(shì)與溫度值T之間的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定。一般不用內(nèi)插式計(jì)算，而是用實(shí)驗(yàn)方法，用表格或T-E（或E-T）特性曲線形式表示。標(biāo)定方法，一般采用：1）固定點(diǎn)法，即測(cè)量已知沸點(diǎn)或熔點(diǎn)溫度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在沸點(diǎn)或熔點(diǎn)時(shí)的溫差電勢(shì)值。2）標(biāo)準(zhǔn)熱電偶法，將待標(biāo)熱電偶與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶一起置于恒溫介質(zhì)中，逐點(diǎn)改變恒溫介質(zhì)的溫度，待熱電偶處于熱平衡狀態(tài)下測(cè)出每一點(diǎn)的溫差電勢(shì)。熱電偶的T-E特性曲線如下圖3：圖3 熱電偶T-E 特性曲線(3) 熱電偶的分類熱電偶的種類繁多，各有其優(yōu)缺點(diǎn)?？筛鶕?jù)不同的用途選擇不同型號(hào)

8、的熱電偶。目前我國(guó)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的常用商品熱電偶，有以下幾種表1 熱電偶分類熱電偶分類型號(hào)新分度號(hào)舊分度號(hào)使用溫度0C長(zhǎng)期短期鐵-康銅/TK400800鎳鉻-鎳硅WREUKEU-210001300銅-康銅WRCKTCK600800三、 實(shí)驗(yàn)裝置熱電偶實(shí)驗(yàn)裝置主要由恒溫水浴、電位差計(jì)、熱電偶、熱電阻、冰點(diǎn)儀、數(shù)據(jù)采集裝置、低電勢(shì)轉(zhuǎn)換開關(guān)和標(biāo)準(zhǔn)玻璃溫度計(jì)等組成。恒溫水浴上具有攪拌、加熱與溫度控制裝置，可根據(jù)要求將溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近。采用標(biāo)準(zhǔn)玻璃溫度計(jì)測(cè)量的溫度作為標(biāo)準(zhǔn)溫度，用于校準(zhǔn)熱電偶和熱電阻?？梢圆捎檬謩?dòng)與自動(dòng)采集方式進(jìn)行采集。數(shù)據(jù)采集儀14#通道用于采集熱電偶電勢(shì)，57#通道用于采集熱電阻電勢(shì)

9、，其中5通道用于連接四線制熱電阻，6#通道用于連接二線制熱電阻，7#通道用于連接三線制熱電阻通道。圖4 熱電阻與熱電偶校驗(yàn)原理與接線圖四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1). 了解熱電阻測(cè)溫原理，練習(xí)熱電阻二三線制接法；2). 做出被校熱電阻與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)之間的曲線關(guān)系，通過查標(biāo)準(zhǔn)熱電阻溫度與阻值關(guān)系進(jìn)行分析；3). 了解熱電偶的測(cè)溫原理、溫度補(bǔ)償方法，練習(xí)熱電偶連線與測(cè)溫；4). 做出被校熱電偶溫度與電勢(shì)曲線，通過查標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與電勢(shì)關(guān)系進(jìn)行分析；5). 練習(xí)電位差計(jì)測(cè)量電勢(shì)方法，了解校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)采集原理。五、 操作步驟如果采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，則操作步驟如下：1). 恒溫水浴內(nèi)加好水，冰瓶?jī)?nèi)放入冰水混合物。2

10、). 將熱電阻與熱電偶按上圖4所示連好，其中熱電偶冷端放入冰瓶，并保證熱電偶連線在冰瓶?jī)?nèi)10分鐘以上。檢查熱電阻、熱電偶的高溫探頭是否都浸在恒溫水浴里。熱電偶和熱電阻高溫探頭頭部要在同一水平面，以使兩者溫度盡可能一致。（注意：待需要測(cè)量恒溫水浴精準(zhǔn)溫度時(shí)，才將溫度計(jì)插入恒溫水浴，以免誤操作造成標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)損壞。且標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)也要和熱電偶、熱電阻高溫探頭在同一水平面）。3). 打開恒溫水浴電源按鈕，按下“加熱”，“水泵”按鈕，設(shè)定恒溫水浴溫度。4). 打開控制柜的開關(guān)，打開電腦并啟動(dòng)熱電偶熱電阻校驗(yàn)系統(tǒng)軟件，然后新建實(shí)驗(yàn)。新建實(shí)驗(yàn)完成后啟動(dòng)軟件“開始”按鈕，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。5). 加熱恒溫水浴到設(shè)定溫

11、度，待軟件提示“恒溫水浴狀態(tài)穩(wěn)定”后，點(diǎn)擊“采集穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)”按鈕，選擇量程適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)溫度測(cè)量出水浴溫度，并寫入計(jì)算機(jī)后，計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集當(dāng)前傳感器的電勢(shì)值或電阻并予以保存。6). 實(shí)驗(yàn)者根據(jù)需要重復(fù)步驟5。7). 完成實(shí)驗(yàn)時(shí)，點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)軟件按鈕“停止”，終止實(shí)驗(yàn)，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)出。8). 退出測(cè)控軟件，關(guān)閉電腦、控制箱以及恒溫水槽。9). 根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析與處理，最終得到不同溫度情況下電勢(shì)與電阻值。10). 應(yīng)用誤差分析理論進(jìn)行測(cè)溫結(jié)果分析。如果采用手動(dòng)數(shù)據(jù)采集，則操作步驟如下：1). 恒溫水浴內(nèi)加好水，冰瓶?jī)?nèi)放入冰水混合物。2). 將熱電阻與熱電偶按上圖4所示連好，其中熱電偶冷端放

12、入冰瓶，并保證熱電偶連線在冰瓶?jī)?nèi)10分鐘以上。檢查熱電阻、熱電偶的高溫探頭是否都浸在恒溫水浴里。熱電偶和熱電阻高溫探頭頭部要在同一水平面，以使兩者溫度盡可能一致。（注意：待需要測(cè)量恒溫水浴精準(zhǔn)溫度時(shí)，才將溫度計(jì)插入恒溫水浴，以免誤操作造成標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)損壞。且標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)也要和熱電偶、熱電阻高溫探頭在同一水平面）。3). 打開恒溫水浴電源，按下“加熱”，“水泵”按鈕，設(shè)定恒溫水浴溫度，待溫度比較穩(wěn)定的時(shí)候，選擇量程適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)溫度測(cè)量出水浴溫度，采用電位差計(jì)測(cè)量各熱電偶通道電勢(shì)，采用萬用表測(cè)量熱電阻的電阻值，并做好記錄。4). 實(shí)驗(yàn)者根據(jù)需要重復(fù)步驟3。5). 完成實(shí)驗(yàn)時(shí)，關(guān)閉恒溫水浴電源。6)

13、. 根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析與處理，最終得到不同溫度情況下電勢(shì)與電阻值。7). 應(yīng)用誤差分析理論進(jìn)行測(cè)溫結(jié)果分析。六、注意事項(xiàng)1 實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)將加熱主體加入適量的水或油。2 工作環(huán)境應(yīng)無強(qiáng)磁場(chǎng)，溫度035，相對(duì)濕度不大于85%。3 注意：采用高精度玻璃溫度計(jì)測(cè)量溫度，注意溫度測(cè)量范圍，以免導(dǎo)致溫度計(jì)損毀。當(dāng)恒溫水槽溫度低于25時(shí)，采用025范圍的標(biāo)準(zhǔn)玻璃溫度計(jì)；當(dāng)恒溫水槽溫度在2550之間時(shí)，采用2550范圍的標(biāo)準(zhǔn)玻璃溫度計(jì)；當(dāng)恒溫水槽溫度在5075之間時(shí)，采用5075范圍的標(biāo)準(zhǔn)玻璃溫度計(jì)；當(dāng)恒溫水槽溫度在75100之間時(shí)，采用75100范圍的標(biāo)準(zhǔn)玻璃溫度計(jì)。 4 當(dāng)水槽溫度比較高的時(shí)候，注意防止?fàn)C傷。5 防止水槽的水濺出影響其他電氣設(shè)備。七、數(shù)據(jù)整理表2 熱電阻、熱電偶溫度傳感器校驗(yàn)數(shù)據(jù)序號(hào)溫度/J型熱電偶/mVT型熱電偶/mVK型熱電偶/mV二線制熱電阻/四線制熱電阻/三線制熱電阻/三線制熱電阻/131.00.4260.3400.330112.330111.95112.20112.49235.40.6500.5100.510114.098113.74113.98114.28熱電阻、熱電偶溫度傳