熱電偶測溫及冷端溫度補償實驗

熱電偶測溫及冷端溫度補償實驗
一、實驗目的
了解熱電偶測溫及冷端溫度補償的原理、方法和應用，了解溫控儀表的控制原理。
二、實驗原理
1、熱電偶組成及工作原理
將兩種不同的金屬絲組成回路，如果二種金屬絲的兩個接點有溫度差時，會產生熱電效應現
象，回路內產生熱電勢，其大小與二接點的溫度差成函數關系，熱電偶一般稱為溫差電動勢。熱
電偶置于被測溫度場的節點稱為工作端，另一接點稱為冷端（自由端），一般是室溫或0℃或20
℃經過補償的模擬溫度場。
2、熱電偶的冷端補償原理
為直接反映溫度場的攝氏溫度值，當冷端不為標準0℃或20℃時，或發生變化時，需對冷端

進行溫度補償，以減小測量
誤差。本實驗采用直流電橋
補償法，如圖5.1 所示，補
償器電橋在0℃或20℃時達
到平衡，即輸出電壓
U 0 0 = ，當熱電偶自由端溫
度升高時，熱電偶回路的熱
電勢ab U 下降，由于補償器
中PN 結呈負溫度系數，因
而其正向壓降隨溫度升高而降低，促使ab U 上升，其值正好補償熱電偶因自由端溫度升高而降低
的電勢，以達到溫度補償的目的。
3、溫控儀表的工作原理：
溫控儀表的控制規律是利用PID 調節器來實現的，其原理框圖見圖5.2，系統由模擬PID 調
節器、執行機構和溫度場組成，控制規律為：

4、本實驗所用熱電偶中有K 型、E 型兩種傳感器，其中K 型熱電偶用做標準傳感器，用于測量
溫度場中的標準溫度，E 型熱電偶用做實際傳感器做為輸出使用。

圖5.2 PID 調節原理

三、需用器件和單元
K 型、E 型熱電偶、溫度源、溫度控制儀表、數顯表、溫度傳感器試驗模板、冷端溫度補償
器、直流±15V、外接+5V 電源適配器。
四、實驗方法、步驟
1、實驗準備階段
① 開啟工作臺主電源，將溫度源的兩芯電源線插入主控箱溫控部分的220V 輸出插座中，并開
啟溫控部分的溫度開關按鈕，并將控制方式打倒“內”。
② 設定溫控儀表溫度，利用儀表上的設定鍵SET 和功能鍵設定溫度場溫度值，起始設為50℃，
并預熱10 分鐘。
③ 將熱電偶和補償器分別插到溫度源的傳感器插孔中，將K 型熱電偶的自由端接入溫控部分，
其中藍色線插入Ek 端，綠色線接地，用于顯示測量溫度（注意正、負極不要接錯）。
④ 將E 型熱電偶的自由端接入溫度傳感器實驗模板標有熱電偶符號的a、b 插孔，做為被測傳
感器用于實驗，其中紅色線為正端接于“a”點，黑色線接于“b”點。
2、運算放大器調零。實驗模板接入±15V 電源后通電，將R5、R6 端分別接地，RW2 大約置于中
間，將Vo2 端與數顯電壓表Vi 端連接，調節RW3，使輸出V 0 i = （電壓表置200mV 檔）。
3、連接實驗電路并讀取實驗數據
1）熱電偶接入測量電路：如圖5.3 所示，去掉R5、R6 接地線，將a、b 端與放大器R5、R6 相接，
觀察溫度儀表指示的溫度值，當T=50℃時，記錄電壓表數值V。
2）將冷端補償器③、④兩端接入電源適配器+5V 電源，將①、②兩端分別與放大器R5、R6 相
接，再當溫控儀表保持在T=50℃時，記錄實時電壓表數值V′ 。
3）重新設定溫控儀表上的溫度值，每隔2℃--5℃，不斷改變溫度，分別測量熱電偶與冷端補償
器輸出的電壓值得表5.1、5.2 所示數據。
表5.1 熱電偶輸入——輸出數據表