铂电阻和热电偶测温特性实验-热电偶冷端温度补偿设计

实验四热电阻测温特性实验（请先仔细阅读温控仪操作说明）一、实验目的：了解热电阻的测温原理与特性。

二、基本原理：热电阻用于测温时利用了导体电阻率随温度变化这一特性，对于热电阻要求其材料电阻温度系数大，稳定性好、电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。

常用的有铂电阻和铜电阻，热电阻Rt与温度t的关系为：R t=R0(1+A t+B t2)本实验采用的是Pt100铂电阻，它的R0=100Ω，A t=3.9684×10-2/℃，B t=5.847×10-7/℃2，铂电阻采用三线连接法，其中一端接二根引线主要为了消除引线电阻对测量的影响。

三、仪器设备：K型热电偶、Pt100铂热电阻、温度控制仪、温度传感器实验模板。

四、实验步骤：图4-1 Pt100热电阻测温接线图1、按图4-1接线，将Pt100铂电阻的三根线分别接入温度实验模板上“Rt”输入端的a、b 点，用万用表欧姆档测量Pt100三根线，其中短接的二根线接b点，另一端接a点。

这样Pt100与R3、R1、Rw1、R4组成一直流电桥，它是一种单臂电桥。

Rw1滑动端与R6相接，Pt100的b点接R5。

2、按下模块上的电源按钮，将R5、R6端同时接地，接上电压表（2V档），调节Rw3，使V02=0V。

3、恢复图4-1连接，调节Rw1再次使V02=0V（此时电桥平衡，即桥路输出端b和RW1滑动端之间在室温下输出电压为零）。

4、将热电偶插到温控仪两个传感器插孔中任意一个插孔中，（K型、E型已装在一个护套内），K型热电偶的自由端接到温控仪面板上的EK端，用它作为标准传感器，配合温控仪用于设定温度，注意识别K型、E型引线标记及正极、负极不要接错。

5、将Pt100插入温度控制器的另一传感器插孔中，设定温控仪温度值为50℃，当温度稳定50℃时，记录下电压表读数，重新设定温度值为50℃+n·Δt，建议Δt=5℃，n=1……10，每隔1n读出数显表指示的电压值与温度表指示的温度值，并将结果填入下表4-1。

实验二Pt100和Cu50金属电阻的温度传感器特性
【实验目的】
1、研究Pt100铂电阻、Cu50铜电阻的温度特性及其测温原理。

2、研究比较不同温度传感器的温度特性及其测温原理。

3、掌握单臂电桥及非平衡电桥的原理，及其应用。

4.研究热电偶的温差电动势。

5.、学习热电偶测温的原理及其方法。

【实验仪器】
九孔板，DH-VC1直流恒压源恒流源，DH-SJ5型温度传感器实验装置，数字万用表，电阻箱。

【实验原理】
1、Pt100铂电阻的测温原理
金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃。

铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200～650℃）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计（涵盖国家和世界基准温度）供计量和校准使用。

2、Cu50铜电阻温度特性原理
铜电阻是利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。

铜电阻的受热部分（感温元件）是用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上，当被测介质中有温度梯度存在时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。

3.热电偶测温原理
热电偶亦称温差电偶，是由A、B两种不同材料的金属丝的端点彼此紧密接触而组成的（图2-1）。

当两个接点处于不同温度时，在回路中就有直流电动势产生，该电动势称为温差电动势或热电动势。

当组成热电。

实验三十Pt100铂电阻测温特性实验一、实验目的：在实验二十九的基础上了解P t100热电阻—电压转换方法及P t100热电阻测温特性与应用。

二、基本原理：利用导体电阻随温度变化的特性，可以制成热电阻，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。

常用的热电阻有铂电阻(500℃以内)和铜电阻(150℃以内)。

铂电阻是将0.05～0.07ｍｍ的铂丝绕在线圈骨架上封装在玻璃或陶瓷内构成，图30—1是铂热电阻的结构。

在0～500℃以内，它的电阻R t与温度t的关系为：R t=R o(1+At+Bt2)，式中： R o系温度为0℃时的电阻图30—1铂热电阻的结构值(本实验的铂电阻R o＝100Ω)。

A＝3.9684×10－3／℃，B＝－5.847×10－7／℃2。

铂电阻一般是三线制，其中一端接一根引线另一端接二根引线，主要为远距离测量消除引线电阻对桥臂的影响(近距离可用二线制，导线电阻忽略不计)。

实际测量时将铂电阻随温度变化的阻值通过电桥转换成电压的变化量输出，再经放大器放大后直接用电压表显示，如图30—2所示。

图30—2热电阻信号转换原理图图中△V=V1-V2；V1=［R3/(R3+R t)］V c；V2=［R4/(R4+R1+R W1)］V c；-V2=｛［R3/(R3+R t)］－［R4/(R4+R1+R W1)］｝V c；△V=V1所以Vo=K△V= K｛［R3/(R3+R t)］－［R4/(R4+R1+R W1)］｝V c。

式中R t随温度的变化而变化，其它参数都是常量，所以放大器的输出Vo与温度(R t)有一一对应关系，通过测量Vo可计算出R t：Rt=R3［K(R1+R W1)V c-(R4+R1+R W1)V o］／［KV c R4+(R4+R1+R W1)V o］。

P t100热电阻一般应用在冶金、化工行业及需要温度测量控制的设备上，适用于测量、控制＜600℃的温度。

冷端温度补偿的原理在传感器特性的建模阶段，需要对测量对象的热电效应和温度与电压之间的关系进行建模。

首先，需要确定热电偶或热电阻的特性曲线，即温度与电势之间的关系。

这可以通过实验测量获得，或使用标准温度-电动势表（比如国际电动势表）进行参考。

其次，需要确定冷端温度对电势测量的影响。

冷端温度会引起热电偶的温度差产生变化，或者引起热电阻的电阻值发生变化，从而影响电势测量结果。

因此，需要衡量冷端温度对电势的影响，并将其作为补偿的参考。

在温度补偿的实施阶段，根据模型的结果进行冷端温度补偿。

首先，需要实时测量冷端温度，可以使用热电阻温度传感器或其他温度传感器进行测量。

然后，使用模型中的数学公式或关系式，根据冷端温度值和电势的关系，进行补偿计算。

最后，将补偿后的电势值转换为温度值，从而获得更准确的温度测量结果。

冷端温度补偿的原理可以通过以下示例来说明。

假设有一个铂电阻温度传感器（PT100），可以测量环境温度。

它的特性曲线是温度与电阻值之间的线性关系。

然而，在温度较高或较低的情况下，电阻值可能会受到冷端温度的影响而发生变化，从而导致温度测量的误差。

为了补偿这种影响，可以使用另一个温度传感器来测量冷端温度，并将其与电阻值相关联。

根据模型的公式，可以计算出冷端温度对电阻值的影响，并将其从测量电阻值中减去。

通过这样的补偿计算，可以得到更准确的温度测量结果，消除冷端温度引起的误差。

总而言之，冷端温度补偿的原理基于热电效应和温度与电压之间的非线性关系，通过建模和实施补偿来减小冷端温度引起的测量误差。

它可以应用于各种温度传感器，提高温度测量的准确性和可靠性。

《传感器原理及应用》基于PT100温度传感器的温度测量电路设计实验报告1.实验功能要求了解铂热电阻的特性与应用；熟悉铂热电阻测温电路；利用P100铂电阻测量温度源的温度；记录温度与测量电路电压输出数据2.实验所用传感器原理利用导体电阻随温度变化的特性，可以制成热电阻，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。

常用的热电阻有铂电阻(650℃以内)和铜电阻(150℃以内)。

铂电阻是将0.05~0.07mm的铂丝绕在线圈骨架上封装在玻璃或陶瓷管等保护管内构成。

在0-650℃以内。

铂电阻一般是三线制，其中一端接一根引线另一端接二根引线，主要为远距离测量消除引线电阻对桥臂的影响(近距离可用二线制，导线电阻忽略不计。

)。

实际测量时将铂电阻随温度变化的阻值通过电桥转换成电压的变化量输出，再经放大器放大后直接用电压表显示。

3.实验电路PT100铂电阻测温电路经验P100电压采集放大电路:前半部分是4.096V恒压源电路，然后是一个桥式电压采样电路，后面是一个电压放大电路。

一、4.096V恒压源电路因Vref=2.5V，故有4.096=(1+R1/R2)*2.5，得出R1/R2=1.6384，可以通过调节滑动变阻器实现。

二、桥式电压采样电路这是一个桥式电压采样电路，其原理是将V2作为参考电压，通过V1的变化去得到一个相对的电压数值，这样就能得到PT100的电阻数值，从而得到当前温度数值。

其中相对数值是通过R7去调节，可以是任意，其R7的主要作用还是在校准温度使用。

根据项目需要，现在使用的R7的阻值是138.5002Ω，也就是PT100在100摄氏度是的温度数值。

三、电压放大电路分析电路:1根据"虚断"原则，流过R3和R8电流相等(V1-Vx)/R3=Vx/R82根据“虚断"原则，流过R6和R1电流相等(V2-Vout)/(R6+R1)=(V2-Vy)/R6 3根据"“虚短"原则，Vy=Vx4根据这3个公式得出:11V1-10V2=Vout理想要的数值是10倍的放大倍数，但是现在在输出端多了减了V1，根据模拟的数值可知，V1的取值范围是0.215-0.36835241646对应温度范围是44.032- 75.43。

铂电阻热电偶铂电阻和热电偶是常见的温度传感器，它们在工业生产、科学研究等领域中被广泛使用。

本文将分别介绍铂电阻和热电偶的原理、特点和应用，并对它们进行比较。

一、铂电阻铂电阻是一种基于电阻温度特性的温度测量元件。

铂电阻的电阻值随温度的变化而变化，利用这一特性可以实现温度的测量。

铂电阻的温度特性非常稳定，广泛应用于高精度温度测量领域。

铂电阻的工作原理是基于铂电阻材料的电阻随温度变化的规律。

铂电阻一般采用铂-铑合金材料，具有较高的电阻温度系数和优良的稳定性。

铂电阻的温度特性可以通过铂电阻温度系数来描述，常用的铂电阻温度系数有Pt100和Pt1000两种。

铂电阻的优点是测量精度高、线性度好、稳定性强，能够在较宽的温度范围内工作。

铂电阻的缺点是响应速度较慢，适用于稳态温度测量，不适用于瞬态温度变化较快的场合。

铂电阻广泛应用于工业自动化、电力、电子、医疗等领域。

常见的应用包括温度控制、温度补偿、温度监测等。

铂电阻还可以与其他仪器仪表组合，构成温度测量系统。

二、热电偶热电偶是一种基于温差产生电动势的温度测量元件。

热电偶由两种不同材料的导线组成，当两个导线的焊点处存在温差时，就会产生热电势，通过测量热电势的大小可以得到温度。

热电偶的工作原理是基于热电效应。

不同材料的导线在温差作用下会产生不同的电势差，这种现象被称为热电效应。

常见的热电偶材料有铜-常铜、铜-镍、铁-常铁等。

热电偶的优点是响应速度快、结构简单、适用于高温和低温测量。

热电偶的缺点是线性度较差、稳定性较差，需要进行冷端补偿。

热电偶广泛应用于工业过程控制、热工实验、航空航天等领域。

由于其结构简单、价格低廉，热电偶是温度测量领域中最常用的传感器之一。

三、铂电阻与热电偶的比较1. 测量范围：铂电阻通常适用于-200℃到800℃的温度范围，而热电偶可以覆盖更广泛的温度范围，从-270℃到1800℃。

2. 温度响应速度：热电偶的响应速度比铂电阻快，可以实现更快的温度测量。

实验1 铂热电阻温度特性测试一、实验目的：了解铂热电阻的特性与应用。

二、实验仪器：智能调节仪、PT100（2只）、温度源、温度传感器实验模块。

三、实验原理：利用导体电阻随温度变化的特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。

当温度变化时，感温元件的电阻值随温度而变化，这样就可将变化的电阻值通过测量电路转换电信号，即可得到被测温度。

四、实验内容与步骤1．学会用智能调节仪来控制温度：1)在控制台上的“智能调节仪”单元中“输入”选择“Pt100”，并按图1-1接线。

将“+24V输出”经智能调节仪“继电器输出”，接加热器风扇电源，打开调节仪电源。

图1-1 智能调节仪温度控制接线图2)按键，进入智能调节仪设置菜单，仪表靠上的窗口显示“”，靠下窗口显示待设置的设定值。

按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的设定值。

再按回到初始状态。

2．调节智能调节仪，将温度控制在500C，在另一个温度传感器插孔中插入另一只铂热电阻温度传感器PT100。

3．将±15V直流稳压电源接至温度传感器实验模块。

温度传感器实验模块的输出Uo2接实验台直流电压表。

4．将温度传感器模块上差动放大器的输入端Ui短接，调节电位器Rw4使直流电压表显示为零。

5按图2-2并将PT100的3根引线插入温度传感器实验模块中Rt两端（其中颜色相同的两个接线端是短路的）。

图2-2 铂热电阻测试5．拿掉短路线，将R6两端接到差动放大器的输入Ui，记下模块输出Uo2的电压值。

6．改变温度源的温度每隔50C记下Uo2的输出值。

直到温度升至1200C。

并将实验结果填入下表。

三、实验报告根据表1实验数据，作出U O2-T曲线，分析PT100的温度特性曲线，计算其非线性误差。

实验2 K型热电偶测温实验一、实验目的：了解K型热电偶的特性与应用二、实验仪器：智能调节仪、PT100、K型热电偶、温度源、温度传感器实验模块。

一、实验目的1. 了解温度传感器的基本原理和种类。

2. 掌握温度传感器的测量方法及其应用。

3. 分析不同温度传感器的性能特点。

4. 通过实验验证温度传感器的测量精度和可靠性。

二、实验器材1. 温度传感器实验模块2. 热电偶（K型、E型）3. CSY2001B型传感器系统综合实验台（以下简称主机）4. 温控电加热炉5. 连接电缆6. 万用表：VC9804A，附表笔及测温探头7. 万用表：VC9806，附表笔三、实验原理1. 热电偶测温原理热电偶是由两种不同金属丝熔接而成的闭合回路。

当热电偶两端处于不同温度时，回路中会产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，即热电势。

热电势与热端和冷端的温度有关，通过测量热电势，可以确定热端的温度。

2. 热电偶标定以K型热电偶作为标准热电偶来校准E型热电偶。

被校热电偶的热电势与标准热电偶热电势的误差可以通过以下公式计算：\[ \Delta E = \frac{E_{\text{标}} - E_{\text{校}}}{E_{\text{标}}}\times 100\% \]其中，\( E_{\text{标}} \) 为标准热电偶的热电势，\( E_{\text{校}} \) 为被校热电偶的热电势。

3. 热电偶冷端补偿热电偶冷端温度不为0，因此需要通过冷端补偿来减小误差。

冷端补偿可以通过测量冷端温度，然后通过计算得到补偿后的热电势。

4. 铂热电阻铂热电阻是一种具有较高稳定性和准确性的温度传感器。

其电阻值与温度呈线性关系，常用于精密温度测量。

四、实验内容1. 热电偶测温实验将K型热电偶和E型热电偶分别连接到实验台上，通过调节加热炉的温度，观察并记录热电偶的热电势值。

同时，使用万用表测量加热炉的实际温度，分析热电偶的测量精度。

2. 热电偶标定实验以K型热电偶为标准热电偶，对E型热电偶进行标定。

记录标定数据，计算误差。

3. 铂热电阻测温实验将铂热电阻连接到实验台上，通过调节加热炉的温度，观察并记录铂热电阻的电阻值。