K型热电偶温度测量实验

K型热电偶温度测量实验

一、实验目的：

1、通过本实验了解热电偶测温的基本原理以及热电偶的基本构造。

二、实验原理：

1、热电偶测温原理：

热电偶由两个不同材质的金属材料焊接而成，焊接端称为热端，非焊接端为自由的两金属导体称为冷端。如果将热端置于与冷端有温度差的地方，将在冷端两导体上产生（热）电势。电势的大小取决于冷热端间的温度差和所采用的金属材料。这就是热电偶测温的基本原理。但需要说明的是热电势的数值通常很小，每度只有数十微伏，并且热电势在整个测温的范围内一般是非线性的。因此，要在测温电路中进行必要的冷端补偿和非线性补偿。

2、应用介绍：

热电偶和热电阻同是工业测温的常用元件，相对于热电阻来说，热电偶的测量温度范围较宽：－200～1200℃，结构上也较为坚固，但使用时需要冷端补偿，需要铺设专用的补偿导线。工业现场中，常用于测量温度较高的介质：如蒸汽、高温水等。而热电阻的常用测量范围是－200～400℃，使用时也相对简单，不需要铺设专用的补偿导线，也不需要进行冷端补偿。

3、实验用热电偶：

本实验中所使用的热电偶材料是镍铬—镍硅，热电偶的分度号是K，一般简称K型电偶。常用于测量0～600℃范围内的介质。冷端补偿所使用的热电阻是铂电阻Pt1000；

热电偶在接入电路时要注意极性，在本实验中所使用的热电偶上已用红色塑料套管标示正极。下图是热电偶在电路中的表示符号。

(-)

(+)

4、电路：

电路在构成上可分为放大、非线性补偿、冷端补偿三个部分。非线性补偿采用的是专用于K型热电偶线性校正的集成电路AD538；冷端补偿电路采用的是Pt1000的测量电路，因此，正确使用热电偶测量温度的方法是确保Pt1000热电阻已经连接后，再使用热电偶。具体的电路结构请参考附录中的电原理图。

三、实验仪器和设备

1、DRVI可重组虚拟实验开发平台1套

2、蓝津数据采集仪（DRDAQ-EPP2）1台

3、开关电源（DRDY-A）1台

4、K型热电偶1只

5、Pt1000铂电阻1只

6、计算机n台

（如使用蓝津DRMU-ME-B型综合实验台，则上述的2、3项已集成在实验台内部）

四、实验步骤与内容

1.启动计算机，开启DRVI数据采集仪和电源。（并将模块转换开关转到环境监测模

块。）

2. 服务器端运行DRVI 主程序，然后点击DRVI 快捷工具条上的“联机注册”图标，

选择其中的“DRVI 采集仪主卡检测”进行服务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，从DRVI 工具栏和快捷工具条中启动“DRVI 微型Web 服务器”，开始监听8500端口。

3. 打开客户端计算机，启动计算机上的DRVI 客户端程序，然后点击DRVI 快捷工具

条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI 局域网服务器检测”，在弹出的对话框中输入服务器IP 地址（例如：192.168.0.1），点击“发送”按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕即可正常运行客户端所有功能。

4. 在DRVI 软件平台的地址信息栏中输入如下信息“http://服务器IP 地

址:8600/GccsLAB/index.htm ”，打开WEB 版实验指导书，在实验目录中选择“K 型热电偶温度测量”实验，参照实验原理和要求设计该实验。

5. 本实验的实验原理设计图如下图所示。

图1 实验原理设计图

6. 点击附录中该实验脚本文件“服务器端”的链接，将参考的实验脚本文件读入DRVI

软件平台中，点击面板中的“开关”按钮开始运行该脚本，此时，需要查看一下冷端补偿的铂电阻（Pt1000）是否已经接入了电路。如果没有连接，则会导致热电阻测温电路工作不正常，进而会导致热电偶电路受冷端补偿的影响产生错误的结果。在确认热电阻已接入电路后，点击脚本中的开始按钮进行采样。可将热电偶探头放入不同温度的介质中并观察实验结果，如果结果有少许偏差，可仔细调整标有热电偶增益的电位器进行修正。（参照2级玻璃管温度计）在调整后，可进行正式的实验，并观察实验现象并记录实验结果。

对于客户端的分析，首先设定数据共享服务器的端口，然后在确认数据共享服务器端脚本运行的前提下，点击“开关”按钮进行网络数据采集，观察数据共享服务器端在不同的介质温度情况下信号变化及测量值的情况，并记录实验结果。

五、注意事项

1. 在本实验开始之前，需要连接好作为冷端补偿用的热电阻。

2. 热电偶的连接需要确认极性，带有红色标记的是正极，蓝色标记的为负极。

3.

为了取得较好的实验结果，冷端补偿的热电阻应避免接触实验用的高温或低温介

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质。

六、实验报告要求

1.简述热电偶的基本结构。分度号所代表的意义。

2.回答问题：热电偶测温电路中为什么要使用线性校正电路和冷端补偿电路？在测量

电路中省略冷端补偿电路或冷端补偿电路工作失常会产生什么结果？

3.观察实验过程并记录结果。

七、附录：

图2 实验脚本的信号处理框图

图3 热电偶及Pt1000热电阻信号调理电路原理图