实验一 K型热电偶测温实验
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、差动放大器，电压放大器、直流电压表 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32-1（a），即回路中存在电动势，该电动势被称为热电势。
图32-1（a） 图32-1（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ET，其极性和量值与回路中的热电势一致，见图32-1（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ET较小时，热电势ET与温度差（T-T0）成正比，即
ET=SAB（T-T0） （32-1）
SAB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EAB（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EAB（T，T0）没有影响。
（3）中间温度定律
如图32-2所示，热电偶的两个结点温度为T1，T2时，热电势为EAB（T1，T2）；两结点温度
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为T2，T3时，热电势为EAB（T2，T3），那么当两结点温度为T1，T3时的热电势则为
EAB（T1，T2）+ EAB（T2，T3）=EAB（T1，T3） （32-2） 式（2）就是中间温度定律的表达式。譬如：T1=100℃，T2=40℃，T3=0℃，则
EAB（100，40）+EAB（40，0）=EAB（100，0） （32-3）
图32-2 中间定律示意图
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．按图32-3接接好“差动放大器”和“电压放大器”，将“电压放大器”的输出接至直流电压表。
3．打开直流电源开关，将“差动放大器”的输入端短接，将两个增益电位器都调到中间位 置，调节调零电位器使直流电压表200mV档显示为零。
4．将K型热电偶接至底面板“温度传感器”的“热电偶”处。热端（红色）接a，冷端（绿色）接b。
5．拿掉短路线，按图32-3接线，并将“温度传感器”的“热电偶”接入电路，记下电压放大器的输出电压值。
图32-3 热电偶测温接线图
6．改变温度源的温度每隔50C，记下输出值U。直到温度升至1200C为止。并将实验结果填入表32-1。 T（℃） U（V） 表32-1 五、实验报告
1． 根据表32-1的实验数据，作出U-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。
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实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验
一、实验目的
比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。 二、实验仪器
双杆式悬臂梁应变传感器、托盘、砝码、数显电压表、±5V电源、差动放大器、电压放大器、万用表（自备） 三、实验原理
电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为
?R?k?? （1-1） R式中
?R为电阻丝电阻相对变化； Rk为应变灵敏系数；
???l为电阻丝长度相对变化。 l金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件。如图1-1所示，将四个金属箔应变片（R1、R2、R3、R4）分别贴在双杆式悬臂梁弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随悬臂梁形变被拉伸或被压缩。
图1-1 双杆式悬臂梁称重传感器结构图
不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图2-1。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为
E?k??E?R U0? （2-1） ??22R式中，E为电桥电源电压。
式2-1表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。
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