实验-热电偶温度计的设计

课 程 设 计 大 纲

学 院 名 称

课 程 名 称

开课教研室

执 笔 人

审 定 人

修（制）订日期

2 山 东 轻 工 业 学 院

课 程 设 计 任 务 书

一、 主要内容

设计一个带冷端补偿的温度变送器。其中我们用K型热电偶作为感温元件，用100Gu作为冷端的自动补偿电路的元件，使冷端工作在一个易于计算的环境下，用XTR101把传感器的电压信号放大并自动地变换成标准电流信号。并通过对输出电压的测量实现对温度的测量。

二、基本要求

（1）设计测量温度范围-100～500°C的热电偶传感器。

（2）选用合适的热电偶材料，设计测温电路，冷端补偿电路，解决非线性化等问题。

（3）有电路图（protel绘制），选型与有关计算，精度分析等。

（4）采用实验室现成的热电偶进行调试。

（5）完整的实验报告。

三、主要参考资料：

赵广林. protel99电路设计与制版.北京：电子工业出版社，2005

程德福,王君.传感器原理及应用.北京：机械工业出版社，2007

完成期限：自 2010 年 12 月 27 日至 2010年 12 月 31 日

指导教师： 教研室主任： 3 目录

一、设计目的目的……………………………………………… 4

二、课程设计的任务要求……………………………………… 4

三、课程设计的基本原理……………………………………… 4

1、热电偶测温原理…………………………………………… 4

2、变送器原理框图…………………………………………… 4

四、课程设计的主要内容……………………………………… 5

1、热电偶的选择……………………………………………… 5

2、设计构架………………………………………………… 6

–

图7-1 热电偶结构图 热电偶定标实验

一、实验目的

1．了解热电偶的工作原理；

2．学会对热电偶定标；

3．应用热电偶测温。

二、实验仪器

灵敏数字电压表，保温杯，电加热罐，温度计等

三、实验原理

早在19世纪初，人们就发现两种不同的金属组成的回路中(如图7-1所示)，如果在两个接头端存在温度差，则回路中就会产生电流。这种现象就称为温差电现象，这两种不同金属组成的电路称为热电偶。产生电流的电动势称为温差电动势。温差电动势的产生机制，限于篇幅，在此不再多讲。但从实用的角度出发，热电偶的一些特点和性质我们却是应该掌握的：

1．一般来说，任意两种不同的金属组成的回路都可以构成一对热电偶。只要两个接头端有温度差，回路中就有温差电动势，进而会产生温差电流。(利用这一特点，我们就可以把非电量的温度转化为可以用仪表检测的电学量。)

2．各种不同的热电偶都有其特定的温差电动势的变化曲线。换言之，只要确定了组成热电偶的金属材料，则其温差电动势的变化规律就是一定的，与热电偶的体积、导线长短等因素无关。(由于有这一特点，实际应用时热电偶的测温探头就可以做得很小，因而探头的热容量也就很小,测温就非常灵敏。)

3．由于各种不同热电偶的温度特性不同，故不同的热电偶有其不同的适用温度范围。根据不同的测温环境，使用者可以查找有关资料，选择合适的热电偶进行测温。

4．一对热电偶所产生的温差电动势一般都很小，只有零点几至数十毫伏。须用很灵敏的检流装置才能检验出来。但若把大量的热电偶串联起来，组成温差电堆，其产生的温差电动势和温差电流就有明显的实用价值。特别是用某些半导体材料组成的热电偶，有些地方已把它用来制成热转换效率较高的温差电堆发电装置。

Ⅲ 基础物理实验 – 81 –

四、实验内容

本实验将要研究的是一种最容易做成的热电偶——铜铁热电偶的性质。见图7-2，这种热电偶当其一端置于0℃的温度中，而另一端的温度在0℃～100℃范围内变化时，其温差电动势与温度差的关系近似成直线关系。(温差在100℃以上时，变化关系将逐步弯曲，不再是直线)。

第1篇

一、实验目的和要求

本次温度综合实验旨在通过一系列实验操作，加深对温度概念的理解，掌握温度测量方法，学会使用温度计，并能够分析温度变化对物质性质的影响。实验要求学生掌握以下技能：

1. 熟悉温度计的使用方法；

2. 能够根据实验现象分析温度变化；

3. 学会记录实验数据并进行分析；

4. 提高实验操作技能和科学思维能力。

二、实验仪器设备

1. 温度计（液体温度计、电子温度计）

2. 烧杯、试管、玻璃棒

3. 热水、冷水、冰块、酒精

4. 量筒、天平、计时器

5. 实验记录纸、笔

三、实验设计及调试

（一）实验内容

1. 温度计的使用方法及注意事项；

2. 液体温度随时间的变化；

3. 固体温度随时间的变化；

4. 温度对物质性质的影响。

（二）实验电路

本实验为非电路实验，无需画出实验电路。

（三）实验设计及调试步骤 1. 对实验内容和实验电路进行分析，理出完成实验的设计思路；

2. 列出程序设计所需的特殊标志位、堆栈sp、内部ram、工作寄存器等资源的分配列表，分配列表时注意考虑资源在程序执行过程可能会出现冲突的问题；

3. 画出程序设计流程图，包括主程序和各子程序流程图；

4. 根据上述内容写出实验程序；

5. 调试程序（可以使用模拟仿真器）；

a. 根据程序确定调试目的，即调试时所需观察的内容结果；

b. 根据各调试目的分别选择调试所需的方法，如单步、断点等命令，分别列出各调试方法中所需要关注记录的内容；

c. 调试程序，按各种调试方法记录相应的内容；

d. 分析调试记录的内容和结果，找出程序中可能出错的地方，然后修改程序，继续调试、记录、分析，直到调试成功。

（四）实验调试过程中所遇到的问题、解决问题的思路和解决的方法

在实验过程中，遇到以下问题：

1. 温度计读数不准确，导致实验结果偏差；

2. 实验过程中操作不当，导致实验现象不明显。

针对以上问题，采取以下措施：

热电偶标定实验

一、概述：

温差热电偶(简称热电偶)是目前温度测量中应用最广泛的温度传感元件之一，是以热电效应为基础的测温仪表。它用热电偶作为传感器，把被测的温度信号转换成电势信号，经连接导线再配以测量毫伏级电压信号的显示仪表来实现温度的测量。

热电偶测温的优点是结构简单、制作方便、价格低廉、测温范围宽、热惯性小、准确度较高、输出的温差电信号便于远距离传送、实现集中控制和自动测试。流体、固体及其表面温度均可用它来测量，所以在工业生产和科学研究、空调与燃气工程中应用广泛。

二、实验目的

１．学习使用毫伏表测定温差电动势及热电偶工作原理。

２．掌握热电偶定标曲线的绘制规则。

３．学习用热电偶设计温度计

4.学习用直线拟合方法处理实验数据。

三、实验原理

1、温差电现象。导体中存在着与热现象有关的非静电力和电动势，称为温差电动势，依其产生的机理不同而有两种具体形式。

一种称为汤姆孙电动势。金属导线两端如果温度不同，高温端的自由电子好像气体分子一样向低温端扩散，并在低温端堆积起来，从而在导线内形成电场。由电子热扩散不平衡建立的电场反过来又阻碍不平衡热扩散的进行，最终达到动态平衡，使导线两端形成一稳定的电势差。若把两种金属导线两端连接起来，并把接点置于不同温度中，使两种不同材料的金属连接成闭合回路，因两个汤姆孙电势不相等，两段导线中即形成恒定电流。回路中相应的电动势称为汤姆孙电动势。温差越大，汤姆孙电动势也越大。

另一种称为珀耳帖（J.C.A.Peltier，1785——1845）电动势。两种不同金属连接起来，由于接触面两侧金属内自由电子浓度不同，电子将从浓度大的一侧向浓度小的一侧扩散，在接触面间形成电场，从而在两种金属间形成电位差。显然，两种金属连成回路，并把接点置于相同温度中，两接触面间将建立相等而相反的电动势，因而也形不成恒定电流。只有两接点温度不同，两个珀耳帖电动势不等，才会形成电动势。而且温差越大，形成的电动势也越大。