非电量电测 ----温度电测法

热电偶
热电偶： 两种不同导体( 热电偶： 两种不同导体(半 导体) 焊接成闭合回路时， 导体 ) 焊接成闭合回路时 ， 若接点温度不同， 若接点温度不同 ， 回路中产 生温差电动势。 生温差电动势 。 这两种材料 的组合称为热电偶。 的组合称为热电偶。
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热电偶示意图
热电偶条件：两种材料、有温差（热端T和冷端T 热电偶条件：两种材料、有温差（热端T和冷端T0 ） 常用的热电偶有：铜—康铜、镍铬—铬、铂铑—铂等 铂铑— 常用的热电偶有： 康铜、镍铬— 热电偶测量温度范围宽、电势低、输出非线性 热电偶测量温度范围宽、电势低、
UJ36 电位差计使用
因温差电动势较低，在实验中用电位差计测量 因温差电动势较低，
测量方法 将热电偶的电压端接到电位差计的“未知” 将热电偶的电压端接到电位差计的“未知”端。注意极性 三个调零： 2. 三个调零： 机械调零： 机械调零：将K调到X1档，调节调零旋钮，使检流计指“0” 调到X 调节调零旋钮，使检流计指“ 电流调零：功能开关K 调至“标准” 调节“电流调节” 电流调零：功能开关K1调至“标准”，调节“电流调节”旋 使检流计指“ 钮，使检流计指“0” 电势调零： 拨至“未知” 调节读数盘， 电势调零：将K1拨至“未知”，调节读数盘，使检流计指 同时读读数盘数值。 “0”，同时读读数盘数值。 读数：步进+读数盘，单位毫伏，有效数字到0.001mV 3. 读数：步进+读数盘，单位毫伏，有效数字到0.001mV
热电偶标定
1. 按 图 连 接 电 路 。 将 标 准 测 温 仪 （智能温控辐射式加热器温度显 示）与未知温差电偶置于同一恒 温加热器中，改变温度进行对比， 温加热器中，改变温度进行对比， 可作出Ｅ～ｔ定标曲线 可作出Ｅ～ｔ定标曲线。 Ｅ～ｔ定标曲线。 2.电位差计的调整 2.电位差计的调整 3.测出室温下初始电动势 4.加热测量
非电量电测 ----温度电测法
华东理工大学物理实验中心
实验要求
1．掌握电阻温度计测量温度的基本原理和方法。 掌握电阻温度计测量温度的基本原理和方法。 2．学习采用不平衡电桥测非电量的标定方法。 学习采用不平衡电桥测非电量的标定方法。 3．了解热电偶测温原理。 了解热电偶测温原理。 4．学习标定热电偶的方法。 学习标定热电偶的方法。 5．熟悉电势差计的使用方法
2. 温差电势：单一导体的两端温度不同产生电势。 温差电势：单一导体的两端温度不同产生电势。
∆U = ∫ σ Adt − ∫ σ Bdt = ∫ (σ A −σ B )dt
, T0 T0 T0
σA,σB：两种导体的 汤姆逊系数
总电势等于接触电势+ 总电势等于接触电势+温差电势
k nA T E = ∆U + ∆U = (T −T0 ) ln + ∫ (σ A − B )dt = f (T ) − F(T0 ) = F(∆T ) σ T0 e nB
平衡电桥 与平衡电桥的差别 不平衡电桥
电阻温度计的标定与测量
1. 利用电阻箱代替铜电阻进 行标定(P (P183 Cu电阻阻 行标定 (P183 Cu 电阻阻 值与温度关系) 值与温度关系) 2. 依次取电阻箱阻值为附表 中数值， 中数值，并在指针各偏转 处刻上相应温度值。 处刻上相应温度值。 μA表 μA表→温度表 3. 换 回 Cu 电 阻 后 ， 就 可 由 μA表 μA 表 的偏转量直接读出 温度。 温度。 电路参数R 电路参数RA、RB、R、E的选择原则? 的选择原则?
1.
实验仪器
铜电阻、电阻箱、标准电阻、 铜电阻、电阻箱、标准电阻、 微安表、稳压电源、开关； 微安表、稳压电源、开关； E型温差电偶 、电势差计、 电势差计、 保温瓶、 保温瓶、标准测温仪 （智能温控辐射式加热器） 智能温控辐射式加热器）
炉内温度
设定温度 温度设定 升温电 压调节
实验内容与步骤
用不平衡电桥对电阻温度计进行标定与测温 热电偶标定
温度测量 温度补偿 温度控制 过热保护 火灾报警
测量电路 不平衡电桥+Cu电阻=Cu电阻温度计 不平衡电桥+Cu电阻 电阻=Cu电阻温度计
若RA:RB=Rt :R，电桥平衡， :R，电桥平衡， 无偏转； G无偏转； 若温度改变使R 值变化， 若温度改变使Rt值变化，电 桥不平衡， 有偏转。 桥不平衡，G有偏转。 温度t 温度 t 与 Rt 一一对应 ， 且 Rt 一一对应， 一一对应。 与 IG 一一对应 。 所以若对 μA表标定 即可根据μA 表标定， μA表 μA表标定，即可根据μA表 的偏转量测温。 的偏转量测温。 表头指针 中间 一边 电流方向 无 有 μA表 μA表
10
5 15
20
25
30 35 40
45
50 55 60 65 70
75
80
。C
85
90
95
0
100
3.检验： 3.检验：用标定好的电阻温度计分别测量不同炉温 检验 室温，50℃)，同时与温控辐射式加热器中的Pt Pt电阻 （室温，50℃)，同时与温控辐射式加热器中的Pt电阻 测出的结果比较，并分析讨论误差的原因。 测出的结果比较，并分析讨论误差的原因。
用不平衡电桥对铜电阻温度计进行标定与测温
1.连接电路，用标准电阻箱代替铜电阻。 1.连接电路，用标准电阻箱代替铜电阻。 连接电路 Cu电阻阻值与温度关系 P183 Cu电阻阻值与温度关系 本实验标定范围： 100℃， 2. 本实验标定范围：0～100℃，间隔为 5℃。 5℃。 掌握先定性后定量的实验原则， 掌握先定性后定量的实验原则，调整 先定性后定量的实验原则 并适当选择电压，使温度为100 ℃时 并适当选择电压，使温度为100 ℃时 μA的指针满偏 的指针满偏。 μA的指针满偏。
标定温度范围：60℃--160℃，间隔为10℃。 --160℃ 标定温度范围：60℃--160℃，间隔为10℃
数据处理与分析
1.电阻温度计的标定与测温
标定表头的制作：将标定好的温度 标定表头的制作： 表粘贴在实验报告中 炉温测定记录： 炉温测定记录：列出标准测温仪和 铜电阻温度计的测量结果， 铜电阻温度计的测量结果，进行分 析讨论。 析讨论。铜电阻温度计最小分度为 5℃。 5℃。 热电偶标定 ： 列表记录标定数据。 列表记录标定数据。 以温度t为横坐标，电势E为纵坐标做E 图即标定曲线. 以温度t为横坐标，电势E为纵坐标做E-t图即标定曲线.
前 言
非电量电测：非电学物理量变为电学量 非电量电测：非电学物理量变为电学量 电测 非电量有力学上的位移、速度， 非电量有力学上的位移、速度，热学上的温 压力，光学的光强，化学上的浓度等。 度、压力，光学的光强，化学上的浓度等。 非电量 关键、核心 关键、 传感器技术 电量
传感器
传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与 之有确定对应关系的、 之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的 测量装置。 测量装置。 传感器的功用是一感二传，即感受被测信息， 传感器的功用是一感二传，即感受被测信息，并传 送出去。 送出去。
•
建议：温度加至160℃时，立即进行散热,降至100 ℃ 以 160℃时 立即进行散热,降至100 建议：温度加至160℃ 下再切断电源。 下再切断电源。 所有与加热炉、电位差计相连接的导线不要随意乱拔。 所有与加热炉、电位差计相连接的导线不要随意乱拔。
•
物理量 化学量 生物量 被测量 传感器 电学量 便于传输、转换、 便于传输、转换、 处理、 处理、显示 电测方法的优点 •控制方便 控制方便 •灵敏度高 灵敏度高 测量电路 •反应速度快 反应速度快 •能进行动态测量 能进行动态测量 •自动记录 自动记录
实验原理
金属 热电阻
热敏 电阻
热电阻温度传感器： 热电阻温度传感器：利用金属或半导体的电阻率随温度变化而 变化制成的， 变化制成的，主要用于对温度及其有关的 参数进行测量. 参数进行测量. 200～ 50～ 铂(Pt): -200～850℃, 铜(Cu): -50～150℃ 铜电阻随温度变化的关系为： 铜电阻随温度变化的关系为：
2.
注意事项
1. 2.
注意电阻温度计接线和电源正负 热电偶不要乱拔
3. 使用NKJ智能温控辐射式加热器进行标定时，仔细阅读说 使用NKJ智能温控辐射式加热器进行标定时， NKJ智能温控辐射式加热器进行标定时 明书，按说明书要求进行温度控制。 明书，按说明书要求进行温度控制。根据室温可适当调整 升温电压。加热不超过170℃ 170℃。 升温电压。加热不超过170℃。
Rt = R0 (1+ At + Bt2 + Ct3)
电阻与温度存在一一对应关系
热敏电阻按其性能变化分两类： 热敏电阻按其性能变化分两类： 温度上升，电阻值增加——正温度系数(PTC) ——正温度系数 温度上升，电阻值增加——正温度系数(PTC) 温度上升，电阻值减小——负温度系数(NTC) 温度上升，电阻值减小——负温度系数(NTC) ——负温度系数
,
热电偶的标定
温差电偶的标定： 温差电偶的标定：用实验测定温差电动势与测温端温度的 进行标定关系曲线。 进行标定关系曲线。 标定方法
1.
2.
定点法：利用已知固定点温度，如水的沸点、三相点， 定点法：利用已知固定点温度，如水的沸点、三相点， 氮的三相点等作已知温度， 氮的三相点等作已知温度，测出温差电偶在这些温度的 电动势，用最小二乘法拟合实验曲线， 电动势，用最小二乘法拟合实验曲线，求出温差电系数 等常数. 等常数. 比较法： 比较法：将标准测温仪与未知温差电偶置于同一恒温 加热器中，改变温度进行对比，作出Ｅ～ｔ定标曲线， Ｅ～ｔ定标曲线 加热器中，改变温度进行对比，作出Ｅ～ｔ定标曲线， 本实验即采用此法对E型温差热 本实验即采用此法对E型温差热电偶进行标定
热电势
热电势来源于两类电势： 热电势来源于两类电势： 1. 接触电势：结点处因自由电子密度不同而产生的电势差. 接触电势：结点处因自由电子密度不同而产生的电势差.
k nA ∆U = (T −T0 ) ln e nB
T T T
为玻耳兹曼常数， 电子当量， K：为玻耳兹曼常数，e：电子当量， 金属A nA ，nB：金属A和B的自由电子密度