非电量电测 ----温度电测法
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非电量电测知识点总结
非电量电测知识点总结1. 非电量电测的基本概念非电量电测是以非电参数（温度、压力、位移、速度、流量等）对电信号（电流、电压）进行检测、测量、分析和处理的技术。
通过传感器将非电量转换为电信号，然后再通过电路将电信号进行采集、处理和显示。
非电量电测技术的重点是非电参数与电信号之间的转换与传输。
2. 非电量电测的传感器非电量电测的传感器是将非电参数转换为电信号的装置，它是非电量电测的关键部件。
常见的非电量传感器有温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、流量传感器等。
传感器的选择应根据被测量的非电参数性质和测量要求来确定。
传感器的性能参数包括灵敏度、量程、准确度、稳定性、线性度、响应时间等。
3. 非电量电测的信号调理非电量传感器输出的信号通常是微弱的电压信号，需要经过信号调理电路进行放大、滤波、线性化等处理，以便适应后续的信号处理和显示系统的要求。
常见的信号调理电路有放大电路、滤波电路、线性化电路、补偿电路等。
4. 非电量电测的数据采集非电量电测中常用的数据采集技术包括模数转换（A/D转换）、通信接口（串口、并口、USB接口）、存储器、微处理器等。
模数转换技术是将模拟信号转换为数字信号的技术，常见的模数转换芯片有AD转换器、DA转换器等。
数据采集系统可以将非电量信号转换为数字信号，并用数字方式进行存储和处理，方便后续的数据分析和显示。
5. 非电量电测的数据处理非电量电测的数据处理是通过软件对采集到的数据进行处理和分析，以实现对被测量参数的监测和控制。
数据处理的方法包括数字滤波、数据分析、图像显示、曲线对比、报警控制等。
常用的数据处理软件有Labview、Matlab、C语言等。
6. 非电量电测的应用领域非电量电测技术已广泛应用于工业自动化、环境监测、医疗仪器、航空航天、军事装备、汽车电子、生物医学工程等领域。
例如，在工业自动化中，非电量电测技术可以实现对生产过程中的各种工艺参数（温度、压力、流量、液位等）的准确测量与控制，提高生产效率并减少资源浪费。
电工知识一 非电量的电测法
电阻温度计中的热电阻传感器是绕在云母、石 英或塑料骨架上的金属电阻丝。 金属电阻丝的电阻随温度变化的关系为 Rt =R0 ( 1 + At + Bt2 )
tº C时的 电阻值 0º C时的 电阻值 A 和 B为金属丝电阻 在工作温度范围内的电 阻温度系数的平均值。
对铜丝：A= 410-3(1/º C)，B= 0； 铂丝：A=3.9810-3(1/º C)，B= –5.84 103(1/º C)² 。
非电量的电测法
1/35
非电量的电测法
非电量的电测法就是将各种非电量（如温度、压力、 速度、位移、应变、流量、液位等）变换为电量，而后进 行测量的方法。
非电量的电测仪器，主要由下列几个主要部分组成 传感器 测量电路 测录装置 (1) 传感器：将被测非电量变换为与其成一定比例 关系的电量。 (2) 测量电路：将传感器输出的电信号进行处理， 使之适合于显示、记录及和微型计算机的联接。 (3) 测录装置：各种电工测量仪表、示波器、自动 记录仪、数据处理器及控制电机等。
r
L2
铁心 衔铁
2. 工作原理 衔铁处于中间位置， 线圈 电桥平衡，输出电压 0 U 0 当衔铁偏离中间位置上 下移动时，电桥不平衡， 输出电压的大小与衔铁位 移的大小成正比，其相位 与衔铁移动的方向有关。 电感传感器常用来测 量压力、位移、液位、 表面光洁度等。
–
+
U –0
标 准 电 阻
THANK YOU .
在自己专业专长专注的工作上，专心 作出卓越成果，走向成功。
今麦郎董事长：范现国
炉温高于给定值时，U2 >U1，差值电压U0。 U经放大后其输出的电压U 加在直流伺服电动 机的电枢两端。 电动机通过减速器带动调压器手柄，改变调压 器的输出电压，使加热电流减小，炉温下降。使 电路重新平衡（ U=0），即炉温保持给定值。
电测法的基本原理
电测法的基本原理一. 原理简介电测应力、应变实验方法（简称电测法），不仅用于验证材料力学的理论、测定材料的机械性能，而且作为一种重要的实验手段为解决工程问题及从事研究工作，提供良好的实验基础。
电测法就是将物理量、力学量、机械量等非电量，通过敏感元件感受下来并转换成电量，然后通过专门的应变测量设备（如电阻应变仪）进行测量的一种实验方法。
二.应变片原理敏感元件的种类很多，其中以电阻应变片（简称电阻片或应变片）最简单、应用最广泛。
1.电阻片的应变-电性能（图1、图2）电阻片分丝式和箔式两大类。
丝绕式电阻片是用0.003mm-0.01mm的合金丝绕成栅状制成的；箔式应变片则是用0.003mm-0.01mm厚的箔材经化学腐蚀制成栅状的，其主体敏感栅实际上是一个电阻。
金属丝的电阻随机械变形而发生变化的现象称为应变-电性能。
电阻片在感受构件的应变时（称做工作片），其电阻同时发生变化。
实验表明，构件被测量部位的应变Δl/l与电阻变化率ΔR/R成正比关系，即：比例系数Ks称为电阻片的灵敏系数。
由于电阻片的敏感栅不是一根直丝，所以Ks不能直接计算，需要在标准应变梁上通过抽样标定来确定。
Ks的数值一般约在2.0 左右。
2.温度补偿片温度改变时，金属丝的长度也会发生变化，从而引起电阻的变化。
因此在温度环境下进行测量，应变片的电阻变化由两部分组成即：ΔR = ΔRε＋ΔRTΔRε-由构件机械变形引起的电阻变化。
ΔRT-由温度变化引起的电阻变化。
要准确地测量构件因变形引起的应变，就要排除温度对电阻变化的影响。
方法之一是，采用温度能够自己补偿的专用电阻片；另一种方法是，把普通应变片，贴在材质与构件相同、但不参与机械变形的一材料上，然后和工作片在同一温度条件下组桥。
电阻变化只与温度有关的电阻片称做温度补偿片。
利用电桥原理，让补偿片和工作片一起合理组桥，就可以消除温度给应力测量带来的影响。
3.应变花（图3）为同时测定一点几个方向的应变，常把几个不同方向的敏感栅固定在同一个基底上，这种应变片称做应变花。
吕国泰《电子技术》第9章-非电量电侧技术精选全文
18
第二节 温度传感器
2.伏安特性U ＝ƒ（Ⅰ）
在稳定状态下，通过热敏电阻的电流I与其 两端之间的电压U的关系。
19
第二节 温度传感器
注意：当热敏电阻的电流很小时其伏安特性 符合欧姆定律，是曲线的线性上升段；当电流 增大到一定值时，引起热敏电阻自身温度升高， 出现了负阻特性，即虽电流增大电阻却减小， 端电压反而下降。因此，在具体使用中，应尽 量减小通过热敏电阻的电流，以减小自热效应 的影响。
输入特性 基本性能：
输出特性
（一）静态特性
静态特性 动态特性 静态特性 动态特性
1.定义—— 被测量的各个值处于稳态或随
时间非常缓慢地变化的状态下，传感器输出 与输入信号之间的关系。
2.表示方式：曲线、数学表达式、表格。
7
第一节 非电量电侧技术概述
3.衡量静态特性的主要参数
(1)测量范围：各种传感器都有一定测量范围， 超过规定的测量范围，测量结果会有较大的误 差或造成传感器的损坏。
＋
E
－
第二节 温度传感器
R1
b E1
R5 RCu
R2
A a＋
R3
－
R1、R2、R3是用电阻温度系数极小的锰铜线 B
绕成，RCu是用电阻温度系数较大的铜导线绕
成，其特性与所配
27
第二节 温度传感器
在200C时，电桥平衡无需进行补偿。 当冷端温度升高时，RCu的阻值随之增大，Uab 增大；而热电偶的电动势E却减小。若Uab增加 量与E减小量相等，则热电偶输出的电压UAB的 大小将不随冷端温度变化而变化。 若冷端温度降低时，则RCu阻值减小，而E则 增大，也可使UAB的大小与冷端温度无关。 此外，还有热电偶补偿法、湿度修正法、热电 动势修正法等补偿和修正方法。
第2章 非电量电测原理 工程测试技术
9
测试系统的基本组成
反馈、控制环节 反馈、
• 反馈控制环节主要应用于闭环控制系 统中的测试系统。 统中的测试系统。
10
再通过测试电路测量此电量，用所测电量来确定被测非电物理量的值
二
测试系统的基本组成
1 测试系统框图
测试系统是指由相关的器件、仪器和测试 测试系统是指由相关的器件、 装置有机组合而成的具有获取某种信息之 功能的整体。 功能的整体。3ຫໍສະໝຸດ 测试系统框图传 感 器
信 号 调 理 器
反馈、 反馈、控制 激励 信 号 采 集 存 储 记 录 器
基本放大器
信号的转换，多数是电信号 信号的转换， 之间的转换。如幅值放大、 之间的转换。如幅值放大、 将阻抗的变化转换成电压的 变化或频率的变化、滤波等 变化或频率的变化、滤波等。
信号的调制与解调
6
测试系统的基本组成
数据采集存储记录器 信号采集存储记录环节（A/D、数据记录器） 信号采集存储记录环节（A/D、数据记录器） 将来自调理器的信号显示或存贮， 将来自调理器的信号显示或存贮，已备数据分 析用，用于信号处理后的显示记录。 析用，用于信号处理后的显示记录。
7
测试系统的基本组成
信号处理器
信号处理环节对来自信号调理环节的 信号进行各种运算和分析。 信号进行各种运算和分析。
8
测试系统的基本组成
激励装置
被测对象的有些信息可在被测对象处于自然状态时所表现 出的物理量中显现出来， 出的物理量中显现出来，而有些信息却无法显现或显现不 明显，此时需要通过激励装置作用于被测对象， 明显，此时需要通过激励装置作用于被测对象，使之产生 出要获取的信息载于其中的一种新的信号。 出要获取的信息载于其中的一种新的信号。
非电量电测
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。 2．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。 4．学习标定热电偶的方法。 5．熟悉电势差计的使用方法
前言
非电量电测：非电学物理量变为电学量
非电量有力学上的位移、速度，热学上的温 度、压力，光学的光强，化学上的浓度等。
温度t与Rt一一对应，且Rt 与IG 一一对应。所以若对 μA表标定，即可根据μA表 的偏转量测温。
RA
Rt
G
KG μA表
RB
R
E
K
与平衡电桥的差别
平衡电桥 不平衡电桥
表头指针 中间
一边
电流方向 无
有
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(P183 Cu电阻阻 值与温度关系)
•自动记录
实验原理 金属
热敏
热电阻
电阻
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，主要用于对温度及其有关的 参数进行测量.
铂(Pt): -200～850℃, 铜(Cu): -50～150℃
铜电阻随温度变化的关系为：
Rt R0(1 At Bt2 Ct3)
电阻与温度存在一一对应关系
温度测量 温度补偿
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) 温度上升，电阻值减小——负温度系数(NTC)
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
铜电阻
若RA:RB=Rt :R，电桥平衡， G无偏转；
若温度改变使Rt值变化，电 桥不平衡，G有偏转。
实验要求
1．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。 3．了解热电偶测温原理。 4．学习标定热电偶的方法。 5．熟悉电势差计的使用方法
前言
非电量电测：非电学物理量变为电学量
非电量有力学上的位移、速度，热学上的温 度、压力，光学的光强，化学上的浓度等。
温度t与Rt一一对应，且Rt 与IG 一一对应。所以若对 μA表标定，即可根据μA表 的偏转量测温。
RA
Rt
G
KG μA表
RB
R
E
K
与平衡电桥的差别
平衡电桥 不平衡电桥
表头指针 中间
一边
电流方向 无
有
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(P183 Cu电阻阻 值与温度关系)
•自动记录
实验原理 金属
热敏
热电阻
电阻
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，主要用于对温度及其有关的 参数进行测量.
铂(Pt): -200～850℃, 铜(Cu): -50～150℃
铜电阻随温度变化的关系为：
Rt R0(1 At Bt2 Ct3)
电阻与温度存在一一对应关系
温度测量 温度补偿
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) 温度上升，电阻值减小——负温度系数(NTC)
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
铜电阻
若RA:RB=Rt :R，电桥平衡， G无偏转；
若温度改变使Rt值变化，电 桥不平衡，G有偏转。
电气测试技术第三章非电量电测技术-0422
4. 标准电极定律：如果金属丝A和C的热电势为eA，C， 金属丝C和B的热电势为eC，B，则金属丝A和B的热电势 为eA，B = eA，C + eC，B
A
B
AB
该定律表明，各种金属都可和一种标准金属(通常为铂)配对并进 行标定，各种可能配对的金属不必都进行自身的标定。
各种热电极材料和铂配成的热电偶，在热端温度为100℃，冷端 温度为0℃时所产生的热电动势列于表3-1中，根据此表可以求出 任意两种材料相配合的热电动势。
根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计E， 只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不 会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示。
3. 中间温度定律：如果不同的两种导体材料组成热电偶回
路,其接点温度分别为T1、T2 时,则其热电势为eAB(T1, T2)；当接点温度为T2、T3时，其热电势为eAB(T2, T3)； 当接点温度为T1、T3时，其热电势为
热电偶的热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长 度、粗细无关。 只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产 生。
如果使eAB(T0)=常数，则回路热电势eAB(T，T0)就只与温度T 有关，而且 是T 的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。
若σA，σB为常数 实际上σA，σB并不为常数，下式更符合实际 对于铜/康铜热电偶
电压或电流的大小取决于材料A，B，以及温差T，To
接触电势
eAB (T )
kT e
ln
NA NB
K=1.38*10-23(J/K)波尔兹曼系数
T
温差电势 eA(T,T0 ) T0 AdT
A 为与材料有关的汤姆逊系数系数
总电势
1电测法简介
变片。
（1）半桥接线法
若在测量电桥中的AB和BC
臂上接应变片，而另外两臂CD 和DA接应变仪内部的固定电阻 R，则称为半桥接线法，如图 所示。由于CD和DA桥臂间接
固定电阻，不感受应变，即应变为零。由公式
εds =ε1－ε2+ε3－ε4
可得到应变仪的读数应变为
εds =ε1－ε2
（2）全桥接线法 在测量电桥的四个桥臂上 全部都接感受应变的工作片， 称为全桥接线法，如图所示。
电阻应变片的工作原理是把应变片牢固地粘贴 于试件上，使应变片与试件同步变形，金属丝电阻 值就发生变化。
2、应变片的工作原理 通过应变片的介绍而知， 应变片是由特殊金属电阻丝 所组成，由物理学可知，金 属丝的电阻R与其长度L成正比，与其截面积A成反比。并与电 阻率ρ 有关，它们的关系式为
L R A
的理想敏感元件。
此外，还有很多专用应变片，如剪切应变片，多轴应变 片（应变花）、高温应变片、残余应力应变片等。
三、电测法的工作原理: 电阻应变片粘贴在被测构件表面的被测点上， 当构件受外力作用产生变形时，应变片将随之产生 相应的变形，应变片的阻值发生变化，通过电阻应
变仪中的电桥将此电阻值变化转化为电压或电流的
此法既能提高灵敏度，实现
温度补偿（互补），又可消
除导线过长的影响、同时还降低接触电阻的影响。此时应
变仪的读数应变由公式（1）即可得出 εds =ε1－ε2+ε3－ε4
电桥的四个桥臂上都接感受应变的工作片，且 R1=R2=R3=R4，此时，温度应变可以互相补偿。若在构件 的受拉区粘贴R1、R3产生拉应变，在受压区粘贴R2、R4产 生压应变，即负值。由上式可得到 εds =ε1－(－ε2)+ε3－(－ε4 )=4 ε测
电磁测量第15章 非电量测量
由 dR K dl 知，电阻丝的应变与电阻的相对变化具有
线性关系。R
l
系数K由统一的标准进行实验测定。
dR
K0
R
x
x 为轴向应变。K0为电阻丝应变片的灵敏度系数。
3. 电阻应变仪 电阻应变仪是与应变片配用的测量仪器。
将应变片接入电桥线 路中，电阻的相对变化即 可转换为电压的相对变化。
RW
x x0
2
x x0
3
...
S
y0 x0
1
x x0
x x0
2
x x0
3
...
为减小灵敏度的非线性，常采用差动形式
y
y
y0 x0
x 1
S
r
由材料力学， dr dl
r
l
dR
d
1 2 dl
l
d
1
2
dl
R
l dl
l
l d
K 1 2 称为金属丝应变灵敏度系数。
dl
对于金属材料，d 相对较小，其灵敏度主要取决于1+2项。
非电量电测技术：用电测技术的方法测量非电的物理量。
二、非电量电测技术的主要特点
1. 应用了已较为成熟和完善的电磁测量技术、理论和方法。 因此，非电量电测技术的关键是研究如何将非电量变换为 电磁量的技术——传感器技术。
非电量的电测法
非电量的电测法非电量的电测法就是将各种非电量（如温度、压力、速度、位移、应变、流量、液位等）变换为电量，而后进行测量的方法。
非电量的电测仪器，主要由下列几个主要部分组成:(1) 传感器：将被测非电量变换为与其成肯定比例关系的电量。
(2) 测量电路：将传感器输出的电信号进行处理，使之适合于显示、记录及和微型计算机的联接。
(3) 测录装置：各种电工测量仪表、示波器、自动记录仪、数据处理器及掌握电机等。
一、应变电阻传感器1. 金属电阻丝应变片电阻丝由直径为0.02~0.04mm 的康铜或镍铬合金绕成。
2. 工作原理试件发生的应变通过胶层和纸片传给电阻丝，将电阻丝拉长或缩短，从而转变了它的电阻。
就将机械应变变换为电阻的变化。
二、电感传感器电感传感器能将非电量的变化变换为线圈电感的变化，再由测量电路转换为电压或电流信号。
1. 差动电感传感器两只线圈完全相同，且上下对称排列。
当衔铁在中间位置时，两线圈的电感相同，当衔铁受非电量的作用上下移动时，两个线圈的电感一增一减，发生变化，此即为差动。
2. 工作原理三、电容传感器电容传感器能将非电量的变化变换为电容器电容的变化。
1. 平板电容传感器可见，只要转变e ，S ，d 三者之一，都可使电容转变。
将上极板固定，下极板与被测物体相接触，当运动物体上、下位移（转变d ）或左、右位移（转变S ）时，将引起电容的转变。
2. 工作原理四、热电传感器热电传感器能将温度的变化变换为电动势或电阻的变化。
1. 热电偶热电偶由两根不同的金属丝或合金丝组成。
假如在两根金属丝相联的一端加热，则产生热电动势E t2. 热电阻热电阻传感器将温度的变化转换为电阻的变化。
电阻温度计中的热电阻传感器是绕在云母、石英或塑料骨架上的金属电阻丝。
金属电阻丝的电阻随温度变化的关系为对铜丝：A = 4 ＊10 -3 (1/ oC) ，B = 0 ；铂丝：A =3.98 ＊10 -3 (1/ oC) ，B = –5.84 ＊10 -3 (1/ oC)2 。
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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。
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
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
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。
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℃。
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 B0 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
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.
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
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：
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
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
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
•
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。
•
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
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。
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?
,
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。
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、
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。
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
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
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。
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℃。
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 B0 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
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.
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
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：
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
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
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
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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。
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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
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。
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?
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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。
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、