温度测量实验中的K型热电偶和Cu50热电阻

【实验目的】

掌握Cu50热电阻和Pt100热电阻的特性与应用，学会搭建温度测量系统。

【实验仪器与设备】

K型热电偶、Cu50热电阻、Pt100热电阻、YL系列温度测量控制仪、温度源、±15 V直流电源、温度传感器实验模块、数显单元（主控台电压表）、万用表。

【实验原理】

（1）在一些测量精度要求不高且温度较低的场合，一般采用铜热电阻来测量-50～+150℃的温度。在上述温度范围内，铜热电阻的阻值与温度呈线性关系为

式中：电阻温度系数a=4.25～4.28×10-3℃-1。

（2）在0～630.74℃以内，铂热电阻的阻值Rt与温度t的关系为：Rt=R0（1+At+Bt2），其中R0是温度为0℃时的铂热电阻的电阻值。

本实验R0=100Ω，A=3.908 02×10-3℃-1，B=-5.080 195×10-7℃-2。

铂热电阻是三线连接，其中一端接两根引线主要是为了消除引线电阻对测量的影响。接线图如图8.4.1所示。

【实验步骤】

1.Cu50热电阻特性实验

1）差动电路调零

对温度传感器实验模块的运放测量电路和后续的反相放大电路调零。具体方法是把R5和R6的两个输入点短接并接地，然后调节Rw2使Vo1的输出电压为0，再调节Rw3，使Vo2的输出电压为0，此后Rw2和Rw3不再调节。

2）温度测量控制仪的使用

将温度测量控制仪上的220 V电源线插入主控箱两侧配备的220 V控制电源插座上。

注意：首先根据仪表型号，仔细阅读“温控仪表操作说明”，学会基本参数设定（出厂时已设定完毕）。

3）热电偶的安装

选择控制方式为内控方式，将K型热电偶温度感应探头插入温度源上方两个传感器放置孔中的任意一个。将K型热电偶自由端引线插入YL系列温度测量控制仪正前方面板的传感器插孔中，红线为正极。然后将温度源的电源插头插入温度测量控制仪面板上的加热输出插孔。

4）热电阻的安装及室温调零(https://www.xing528.com)

将Cu50热电阻传感器探头插入温度源的另一个插孔中，尾部红色线为正端，插入实验模块的a端，其他两端相连插入b端。a端接电源+2 V，b端与差动运算放大器的一端相接，桥路的Rw1另一端和差动运算放大器的另一端相接（R2=50Ω）。模块的输出Vo2与主控台数显表Vi相连，连接好电源及地线，合上主控台电源，调节Rw1，使数显表显示为0（此时温度测量控制仪电源关闭）。

图8.4.1　温度测量实验接线图

5）测量记录

合上内控选择开关（“加热方式”和“冷却方式”均拨到内控方式），设定温度控制值为40℃，当温度控制在40℃时开始记录电压表读数。重新设定温度值为40℃+nΔt，建议Δt=5℃，n=1，…，7，到75℃之前每隔n读出数显表输出电压与温度值。待温度稳定后记下数显表上的读数（若在某个温度设定值点的电压值有上下波动现象，则是由于控制温度在设定值的±1℃范围波动的结果，这样可以记录波动时，传感器信号变换模块对应输出电压的最小值和最大值，取其中间数值），填入表8.4.1。

表8.4.1　Cu50热电阻温度与电压数据记录表

6）计算

根据数据结果，计算Δt=5℃时，Cu50热电阻传感器对应变换电路输出的ΔV数值是否接近。

2.Pt100热电阻特性实验

参照Cu50热电阻特性实验的1）、2）、3）、4）步操作。

将Pt100热电阻的3根引线引入Rt输入的a、b上：用万用表欧姆挡测出Pt100 3根引线中短接的2根线（蓝色和黑色）接b端，红色接a端。这样Rt（Pt100）与R3、R1、R11、R4组成直流电桥，这是一种单臂电桥工作形式。Rw1中心活动点与R6相接，连线同图8.5.1。参照热电阻特性实验的步骤5），将热电阻温度与电压数据填入表8.4.2。

表8.4.2　Pt100热电阻温度-电压数据记录表

根据数据结果，计算Δt=5℃时，Pt100热电阻传感器对应变换电路输出的ΔV数值是否接近。

【注意事项】

（1）连接电路时，必须断开控制台的电源，连接完成需经指导教师检查同意方可接通电源；

（2）插拔导线及调节仪器旋钮时，力量要适度，严禁损坏设备和违规操作；

（3）实验结束后，应先关闭仪器电源开关，再拔下电源插头，避免仪器受损。

（4）2～3人一组进行操作练习，并仔细记录测试过程中的数据；

（5）实验结束后，整理好仪器设备方可离开，并及时完成实验报告。