实验3 温度传感器特性实验

【实验目的】

1、研究Pt100铂电阻、Cu50铜电阻的温度特性及其测温原理。 2、研究比较不同温度传感器的温度特性及其测温原理。 3、掌握单臂电桥及非平衡电桥的原理，及其应用。 4.研究热电偶的温差电动势。 5.、学习热电偶测温的原理及其方法。 【实验仪器】

九孔板，DH-VC1直流恒压源恒流源，DH-SJ5型温度传感器实验装置，数字万用表，电阻箱。 【实验原理】

1、Pt100铂电阻的测温原理

金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃。铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200～650℃）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计（涵盖国家和世界基准温度）供计量和校准使用。

2、Cu50铜电阻温度特性原理

铜电阻是利用物质在温度变化时本身电阻也随着发 生变化的特性来测量温度的。铜电阻的受热部分（感温元件）是用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上，当被测介质中有温度梯度存在时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。

3.热电偶测温原理

热电偶亦称温差电偶，是由A、B两种不同材料的金属丝

的端点彼此紧密接触而组成的。当两个接点处于不同温度时，在回路中就有直流电动势产生，该电动势称为温差电动势或热电动势。当组成热电偶的材料一定时，温差电动势Ex仅与两接点处的温度有关，并且两接点的温差在一定的温度范围内有如下近似关系式：

EX≈α( t-t0 ) （1）

式中α称为温差电系数，对于不同金属组成的热电偶,α是不同的，其数值上等于两接点温度差为1℃时所产生的电动势。t为工作端

的温度，t0为冷端的温度。

为了测量温差电动势，就需要在图中的回路中接入电位差计，但测量仪器的引入不能影响热电偶原来的性质，例如不影响它在一定的温差t-t0下应有的电动势EX值。要做到这一点，实验时应保证一定的条件。根据伏打定律，即在A、B两种金属之间插入第三种金属C时，若

它与A、B的两连接点处于同一温度t0，则该闭合回路的温差电动势与上述只有A、B两种金属组成回路 时的数值完全相同。 所以，我们把A、B两根不同化学成份的金属丝的一端焊在一起，构成热电偶的热端(工作端)。将另两端各与铜引线(即第三种金属C)焊接，构成两个同温度(t0)的冷端(自由端)。铜引线与电位差计相连，这样就组成一个热电偶温度计。如图所示。通常将冷端置于冰水混合物中，保持t0 = 0℃，将热端置于待测温度处，即可测得相应的温差电动势，再根据事先校正好的曲线或数据来求出温度t。热电偶温度计的优点是热容量小，灵敏度高，反应迅速，测温范围广，还能直接把非电学量温度转换成电学量。因此，在自动测温、自动控温等系统中得到广泛应用。

在本实验的热电偶为铜-康铜热电偶，属于T型热电偶。其测温范围－270～400℃；优点有：热电动势的直线性好；低温特性良好；再现性好，精度高；但是(+)端的铜易氧化。

【实验内容与步骤】

单臂电桥法

1）根据单臂电桥原理按上图连接成单臂电桥形式。运用万用表，自行判定三线制Pt100的接线。将R3用电位器代替。用DH-VC1直流恒压源恒流源的恒压源来提供稳定的电压源，范围0~5V。注意：将电压由0~5V缓慢调节，具体电压自定。

2）将温度传感器作为其中的一个臂。根据不同的温度传感器，把电阻器件调到与Pt100或Cu50温度传感器对应的阻值（Cu50在0℃的阻值是50Ω，比较臂R3的阻值可以按照同样思路来匹配），仔细调节比较臂R3使桥路平衡，即万用表的示数为零。

3）把传感器直接插在温度传感器实验装置的恒温炉中。通过温控仪加热，在不同的温度下，观察Pt100铂电阻和Cu50铜电阻的阻值的变化，从室温到120℃每隔10℃(或自定度数)测一个数据，将测量数据逐一记录在表格内。

4) 以温标为横轴，以电压为纵轴，用所测的各对应数据作出V-t曲线。 5）已知pt100和Cu50在50度的电阻分别为119.40和60.70欧姆。根据自己测得数据，计算对应温度电阻，并与标准值比较，如有误差，分析原因。

由于降温过程时间较长，建议pt100铂电阻升温过程中测量，Cu50铜电阻降温过程中测量。

注意：加热温度上限不能超过120度，达到预热温度，马上关闭加热电流。风扇电流档位打到开，加热电流逆时针调到最小，再把温度设定到室温或室温以下。

6.对热电偶进行定标，并求出热电偶的温差电系数α0。

7.用实验方法测量热电偶的温差电动势与工作端温度之间的关系曲线，称为对热电偶定标。本实验采用常用的比较定标法，即用一标准的测温仪器，与待测热电偶置于同一能改变温度的调温装置中，测出Ex-t定标曲线。具体步骤如下： (1) 按图3-7所示原理连接线路，注意热电偶的正、负极的正确连接。将热电偶的冷端置于冰水混合物中之中，确保t0 =0℃。测温端直接插在恒温炉内。 (2) 测量待测热电偶的电动势。用万用表测出室温时热电偶的电动势，然后开启温控仪电源，给热端加温。每隔10℃左右测一组(t，Ex)，直至100℃为止。由于升温测量时，温度是动态变化的，故测量时可提前2℃进行跟踪，以保证测