K型熱電偶測溫實驗--傳感器實驗

一、實驗目的：
了解K型熱電偶的特性與應用
二、實驗儀器：
智能調節儀、PT100、K型熱電偶、溫度源、溫度傳感器實驗模塊。
三、實驗原理：
熱電偶傳感器的工作原理
熱電偶是一種使用最多的溫度傳感器，它的原理是基于1821年發現的塞貝克效應，即兩種不同的導體或半導體A或B組成一個回路，其兩端相互連接，只要兩節點處的溫度不同，一端溫度為T，另一端溫度為T₀，則回路中就有電流產生，見圖50-1（a），即回路中存在電動勢，該電動勢被稱為熱電勢。

圖50-1（a）         圖50-1（b）          
兩種不同導體或半導體的組合被稱為熱電偶。
當回路斷開時，在斷開處a，b之間便有一電動勢E_T，其極性和量值與回路中的熱電勢一致，見圖50-1（b），并規定在冷端，當電流由A流向B時，稱A為正極，B為負極。實驗表明，當E_T較小時，熱電勢E_T與溫度差（T-T₀）成正比，即
            E_T=S_AB（T-T₀）（1）
S_AB為塞貝克系數，又稱為熱電勢率，它是熱電偶的最重要的特征量，其符號和大小取決于熱電極材料的相對特性。
熱電偶的基本定律：
（1）均質導體定律   
由一種均質導體組成的閉合回路，不論導體的截面積和長度如何，也不論各處的溫度分布如何，都不能產生熱電勢。
（2）中間導體定律  
用兩種金屬導體A，B組成熱電偶測量時，在測溫回路中必須通過連接導線接入儀表測量溫差電勢E_AB（T，T₀），而這些導體材料和熱電偶導體A，B的材料往往并不相同。在這種引入了中間導體的情況下，回路中的溫差電勢是否發生變化呢？熱電偶中間導體定律指出：在熱電偶回路中，只要中間導體C兩端溫度相同，那么接入中間導體C對熱電偶回路總熱電勢E_AB（T，T₀）沒有影響。
（3）中間溫度定律   
如圖49-2所示，熱電偶的兩個結點溫度為T₁，T₂時，熱電勢為E_AB（T₁，T₂）；兩結點溫度為T₂，T₃時，熱電勢為E_AB（T₂，T₃），那么當兩結點溫度為T₁，T₃時的熱電勢則為
E_AB（T₁，T₂）+ E_AB（T₂，T₃）=E_AB（T₁，T₃）（2）
式（2）就是中間溫度定律的表達式。譬如：T₁=100℃，T₂=40℃，T₃=0℃，則
E_AB（100，40）+E_AB（40，0）=E_AB（100，0）（3）

圖50-2
熱電偶的分度號
熱電偶的分度號是其分度表的代號（一般用大寫字母S、R、B、K、E、J、T、N表示）。它是在熱電偶的參考端為0℃的條件下，以列表的形式表示熱電勢與測量端溫度的關系。
四、實驗內容與步驟
1．重復實驗Pt100溫度控制實驗，將溫度控制在50⁰C，在另一個溫度傳感器插孔中插入K型熱電偶溫度傳感器。
2．將±15V直流穩壓電源接入溫度傳感器實驗模塊中。溫度傳感器實驗模塊的輸出Uo2接主控臺直流電壓表。
3．將溫度傳感器模塊上差動放大器的輸入端Ui短接，調節Rw3到最大位置，再調節電位器Rw4使直流電壓表顯示為零。
4．拿掉短路線，按圖50-3接線，并將K型熱電偶的兩根引線，熱端（紅色）接a，冷端（綠色）接b；記下模塊輸出Uo2的電壓值。
5．改變溫度源的溫度每隔

圖50-3
5⁰C記下Uo2的輸出值。直到溫度升至120⁰C。并將實驗結果填入下表

T（℃）

Uo2（V）

表50-1
五、實驗報告
1．根據表50-1的實驗數據，作出U_O2-T曲線，分析K型熱電偶的溫度特性曲線，計算其非線性誤差。      
2．根據中間溫度定律和K型熱電偶分度表，用平均值計算出差動放大器的放大倍數A。