温度传感器测试及半导体冷控温装置实验报告

㈠ 大学物理实验报告怎么写 （半导体热敏电阻的温度特性）

摘要：热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体电阻，具有许多独特的优点和用途，在自动控制、无线电子技术、遥控技术及测温技术等方面有着广泛的应用。本实验通过用电桥法来研究热敏电阻的电阻温度特性，加深对热敏电阻的电阻温度特性的了解。
关键词：热敏电阻、非平衡直流电桥、电阻温度特性

1、引言

热敏电阻是根据半导体材料的电导率与温度有很强的依赖关系而制成的一种器件，其电阻温度系数一般为（-0.003~+0.6）℃-1。因此，热敏电阻一般可以分为:
Ⅰ、负电阻温度系数（简称NTC）的热敏电阻元件
常由一些过渡金属氧化物（主要用铜、镍、钴、镉等氧化物）在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成的，近年还有单晶半导体等材料制成。国产的主要是指MF91~MF96型半导体热敏电阻。由于组成这类热敏电阻的上述过渡金属氧化物在室温范围内基本已全部电离，即载流子浓度基本上与温度无关，因此这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度的关系，随着温度的升高，迁移率增加，电阻率下降。大多应用于测温控温技术，还可以制成流量计、功率计等。
Ⅱ、正电阻温度系数（简称PTC）的热敏电阻元件
常用钛酸钡材料添加微量的钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺，高温烧制而成。这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度，而迁移率随温度的变化相对可以忽略。载流子数目随温度的升高呈指数增加，载流子数目越多，电阻率越小。应用广泛，除测温、控温，在电子线路中作温度补偿外，还制成各类加热器，如电吹风等。

2、实验装置及原理

【实验装置】
FQJ—Ⅱ型教学用非平衡直流电桥，FQJ非平衡电桥加热实验装置（加热炉内置MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）以及控温用的温度传感器），连接线若干。
【实验原理】
根据半导体理论，一般半导体材料的电阻率 和绝对温度 之间的关系为
（1—1）
式中a与b对于同一种半导体材料为常量，其数值与材料的物理性质有关。因而热敏电阻的电阻值 可以根据电阻定律写为
（1—2）
式中 为两电极间距离， 为热敏电阻的横截面， 。
对某一特定电阻而言， 与b均为常数，用实验方法可以测定。为了便于数据处理，将上式两边取对数，则有
（1—3）
上式表明 与 呈线性关系，在实验中只要测得各个温度 以及对应的电阻 的值，
以 为横坐标， 为纵坐标作图，则得到的图线应为直线，可用图解法、计算法或最小二乘法求出参数 a、b的值。
热敏电阻的电阻温度系数 下式给出
（1—4）
从上述方法求得的b值和室温代入式（1—4），就可以算出室温时的电阻温度系数。
热敏电阻 在不同温度时的电阻值，可由非平衡直流电桥测得。非平衡直流电桥原理图如右图所示，B、D之间为一负载电阻 ，只要测出 ，就可以得到 值。
当负载电阻 → ，即电桥输出处于开
路状态时， =0，仅有电压输出，用 表示，当 时，电桥输出 =0，即电桥处于平衡状态。为了测量的准确性，在测量之前，电桥必须预调平衡，这样可使输出电压只与某一臂的电阻变化有关。
若R1、R2、R3固定，R4为待测电阻，R4 = RX，则当R4→R4+△R时，因电桥不平衡而产生的电压输出为：
（1—5）
在测量MF51型热敏电阻时，非平衡直流电桥所采用的是立式电桥 ， ，且 ，则
（1—6）
式中R和 均为预调平衡后的电阻值，测得电压输出后，通过式（1—6）运算可得△R，从而求的 =R4+△R。

3、热敏电阻的电阻温度特性研究

根据表一中MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）之电阻~温度特性研究桥式电路，并设计各臂电阻R和 的值，以确保电压输出不会溢出（本实验 =1000.0Ω， =4323.0Ω）。
根据桥式，预调平衡，将“功能转换”开关旋至“电压“位置，按下G、B开关，打开实验加热装置升温，每隔2℃测1个值，并将测量数据列表（表二）。

表一 MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）之电阻～温度特性
温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
电阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748

表二 非平衡电桥电压输出形式（立式）测量MF51型热敏电阻的数据
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
温度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4
热力学T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4
0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -126.4 -144.4
0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9
4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.1 2692.9 2507.6 2345.1

根据表二所得的数据作出 ～ 图，如右图所示。运用最小二乘法计算所得的线性方程为 ，即MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）的电阻～温度特性的数学表达式为 。

4、实验结果误差

通过实验所得的MF51型半导体热敏电阻的电阻—温度特性的数学表达式为 。根据所得表达式计算出热敏电阻的电阻～温度特性的测量值，与表一所给出的参考值有较好的一致性，如下表所示：
表三 实验结果比较
温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
参考值RT Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
测量值RT Ω 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823
相对误差 % 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00

从上述结果来看，基本在实验误差范围之内。但我们可以清楚的发现，随着温度的升高，电阻值变小，但是相对误差却在变大，这主要是由内热效应而引起的。

5、内热效应的影响

在实验过程中，由于利用非平衡电桥测量热敏电阻时总有一定的工作电流通过，热敏电阻的电阻值大，体积小，热容量小，因此焦耳热将迅速使热敏电阻产生稳定的高于外界温度的附加内热温升，这就是所谓的内热效应。在准确测量热敏电阻的温度特性时，必须考虑内热效应的影响。本实验不作进一步的研究和探讨。
6、实验小结

通过实验，我们很明显的可以发现热敏电阻的阻值对温度的变化是非常敏感的，而且随着温度上升，其电阻值呈指数关系下降。因而可以利用电阻—温度特性制成各类传感器，可使微小的温度变化转变为电阻的变化形成大的信号输出，特别适于高精度测量。又由于元件的体积小，形状和封装材料选择性广，特别适于高温、高湿、振动及热冲击等环境下作温湿度传感器，可应用与各种生产作业，开发潜力非常大。

参考文献：

[1] 竺江峰，芦立娟，鲁晓东。 大学物理实验[M]
[2] 杨述武，杨介信，陈国英。普通物理实验（二、电磁学部分）[M] 北京：高等教育出版社
[3] 《大学物理实验》编写组。 大学物理实验[M] 厦门：厦门大学出版社
[4] 陆申龙，曹正东。 热敏电阻的电阻温度特性实验教与学[J]<

㈡ 求一：热电偶温度传感器实验报告 很急

一、热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B连接起来，构成一个闭合回路，就构成热电偶。如图1所示。温度t端为感温端称为测量端, 温度t0端为连接仪表端称为参比端或冷端,当导体A和B的两个执着点t和t0之间存在温差时,就在回路中产生电动势EAB(t,t0), 因而在回路中形成电流,这种现象称为热电效应".这个电动势称为热电势,热电偶就是利用这一效应来工作的.热电势的大小与t和t0之差的大小有关.当热电偶的两个热电极材料已知时,由热电偶回路热电势的分布理论知热电偶两端的热电势差可以用下式表示：
EAB(t,t0)＝EAB(t)－EAB(t0)
式中 EAB(t,t0)－热电偶的热电势；
EAB(t)－温度为t时工作端的热电势；
EAB(t0)－温度为t0时冷端的热电势。
从上式可看出!当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，因此，只要测出EAB(t,t0)和知道EAB(t0)就可得到EAB(t)，将热电势送入显示仪表进行指示或记录，或送入微机进行处理，即可获得测量端温度t值。

要真正了解热电偶的应用则不得不提到热电偶回路的几条重要性质：

质材料定律：由一种均质材料组成的闭合回路，不论材料长度方向各处温度如何分布，回路中均不产生热电势。这条规律要求组成热电偶的两种材料必须各自都是均质的，否则会由于沿热电偶长度方向存在温度梯度而产生附加电势，从而因热电偶材料不均引入误差。

中间导体定律：在热电偶回路中插入第三种（或多种）均质材料，只要所插入的材料两端连接点温度相同，则所插入的第三种材料不影响原回路的热电势。这条定律表明在热电偶回路中可拉入测量热电势的仪表，只要仪表处于稳定的环境温度即可。同时还表明热电偶的接点不仅可经焊接而成，也可以借用均质等温的导体加以连接。

中间温度定律：两种不同材料组成的热电偶回路，其接点温度分别为t和to时的热电势EAB(t,to)等于热电偶在连接点温度为(t,tn)和(tn,to)时相应的热电势EAB(t,tn)和EAB(tn,to)的代数和，其中tn为中间温度。该定律说明当热电偶参比端温度不为0℃时，只要能测得热电势EAB(t,to)，且to已知，仍可以采用热电偶分度表求得被测温度t值。

连接导体定律：在热电偶回路中，如果热电偶的电极材料A和B分别与连接导线A1和B1相连接（如下图所示），各有关接点温度为t,tn和to,那么回路的总热电势等于热电偶两端处于t和tn温度条件下的热电势EAB(t,tn)与连接导线A1和B1两端处于tn和to温度条件的热电势EA1B1(tn,to)的代数和。

中间温度定律和连接导体定律是工业热电偶测温中应用补偿导线的理论依据。

二、各种误差引起的原因及解决方式

2.1 热电偶热电特性不稳定的影响

2.1.1 玷污与应力的影响及消除方法

热电偶在生产过程中，偶丝经过多道缩径拉伸在其表面总是受玷污的，同时，从偶丝的内部结构来看，不可避免地存在应力及晶格的不均匀性。因淬火或冷加工引入的应力，可以通过退火的方法来基本消除,退火不合格所造成的误差,可达十分之几度到几度。它与待测温度及热电偶电极上的温度梯度大小有关。廉金属热电偶的偶丝通常以“退火”状态交付使用,如果需要对高温用廉金属热电偶进行退火，那么退火温度应高于其使用温度上限,插入深度也应大于实际使用的深度。贵金属热电偶则必须认真清洗(酸洗和四硼酸钠清洗)和退火,以清除热电偶的玷污与应力。

2.1.2 不均匀性的影响

一般来说热电偶若是由均质导体制成的，则其热电势只与两端的温度有关，若热电极材料不是均匀的，且热电极又处于温度梯度场中，则热电偶会产生一个附加热电势，即“不均匀电势”。其大小取决于沿热电极长度的温度梯度分布状态，材料的不均匀形式和不均匀程度，以及热电极在温度场所处的位置。造成热电极不均匀的主要原因有：在化学成分方面如杂质分布不均匀，成分的偏析，热电极表面局部的金属挥发，氧化或某金属元素选择氧化，测量端在高温一的热扩散，以及热电偶在有害气氛中受到玷污和腐蚀等。在物理状态方面有应力分布不均匀和电极结构不均匀等。

在工业使用中，有时不均匀电势引起的附加误差竟达30℃这多，这将严重地影响热电偶的稳定性和互换性，其主要解决方式就是对其进行检验，只使用在误差允许范围内的热电偶。

2.1.3 热电偶不稳定性的影响

不稳定性就是指热电偶的分度值随使用时间和使用条件的不同而起的变化。在大多数情况下，它可能是不准确性的主要原因。影响不稳定性的因素有：玷污，热电极在高温下挥发，氧化和还原，脆化，辐射等。若分度值的变化相对地讲是缓慢而又均匀的，这时经常进行监督性校验或根据实际使用情况安排周期检定，这样可以减少不稳定性引入的误差。

2.2 参考端温度影响及修正方法

热电偶的热电动势的大小与热电极材料以及工作端的温度有关。热电偶的分度表和根据分度表刻度的温度显示仪表都是以热电偶参考端温度等于0℃为条件的。在实际使用热电偶时,其冷端温度(参考端) 不但不为0 ℃,而且往往是变化的,测温仪表所测得的温度值就会产生很大误差,在这种情况下,我们通常采用如下方法来修正。

2.2.1 热电势补正法

由中间温度定律可知，参考端温度为tn时的热电势EAB(t,tn)＝EAB(t,t0)－EAB(tn,t0)。所以，用常温下的温度传感器，只要测出参比端的温度tn，然后从对应电偶的分度表中查出对应温度下的热电势E（tn,t0），再将这个热电势与所实测的E(t,tn)代数相加，得出的结果就是热电偶参比端温度为0度时，对应于测量端的温度为t时的热电势E（t,t0）最后再从分度表中查得对应于E(t,0)的温度，这个温度就是热电偶测量端的实际温度t。在计算机应用日益广泛的今天，可以利用软件处理方法，特别是在多点测量系统或高温测控中，采用这种方法，可很好的解决参比端温度的变化问题，只要随时准确的测出tn，就可以准确得到测量端温度。同时还充分应用了对应热电偶的分度表，并对非线性误差得到了校正，而且适应各种热电偶。

2.2.2 调仪表起始点法

由于仪表示值是EAB(tn,t0)对应于热电势，如果在测量线路开路的情况下，将仪表的指针零位调定到tn处，就当于事先给仪表加了一个电势EAB(tn,t0)，当用闭合测量线路进行测温时，由热电偶输入的热电势EAB(tn,t0)就与EAB(t,tn)叠加，其和正好等于EAB(t,t0)。因此对直读式仪表采用调仪表起始点的方法十分简便。

2.2.3 补偿导线

采用补偿导线把热电偶的参考端延长到温度较恒定的地方,再进行修正。从本质上来说它并不能消除参考端温度不为0℃时的影响，因此，还应该与其它修正方法结合才能将补偿导线与仪表连接处的温度修正到0℃。此时参考端己变为一个温度不变或变化很小的新参考端。此时的热电偶产生热电势己不受原参考端温度变化影响, EAB ( T、T10 ) 是新参考端温度T10 (不等于℃) ,且T10 为一常数时所测得热电势, TAB( T、T10 ) 是参考端温度T0 = 0 ℃时,工作端为T10时所测得热电势(热电偶分度表中可查出) 。

使用补偿导线时，不仅应注意补偿导线的极性，还应特别注意不要错用补偿导线，同时应注意补偿导线与热电偶连接处的两端温度保持相等，且温度在0－100℃（或0－150℃）之间，否则要产生测量误差。

2.2.4 参考端温度补偿器

补偿器是一个不平衡电桥,电桥的3 个桥臂电阻是电阻温度系数很小的锰铜丝绕制的。其阻值基本上不随温度变化而变化,并使R1 = R2 =R3 = 1Ω。另一个桥臂电阻Rt 是由电阻温度系数较大的铜绕制而成,并使其在20 ℃时Rt = R1 =1Ω ,此时电桥平衡,没有电压输出,当电桥所处温度发生变化时, Rt 的阻值也随之改变,于是就有不平衡电压输出,此输出电压用来抵消参考端温度变化所产生的热电势误差，从而获得补偿。（注：我国也有以0℃作为平衡点温度的）当温度达到40℃（即计算点温度）时桥路的输出电压恰好补偿了热电偶参比端温度偏离平衡点温度而产生的热电势变化量。

对电子电位差计，其测量桥路本身就具有温度自动补偿的功能，使用时无需再调整仪表的温度起始点。除了平衡点和计算点外，在其他各参比端温度值时只能得到近似的补偿，因此采用冷端补偿器作为参比端温度的处理方法会带来一定的附加误差。

2.3 传热及热电偶安装的影响

由于热电偶测温是属于接触式测量，当热电偶插入被测介质时，它要从被测介质吸收热量使自身温度升高，同时又以热辐射方式和热传导方式向温度低的地方散发热量，当测量端各外散失的热量等于自气流中吸收的热量时即达到动态平衡，此时热电偶达到了稳定的示值，但并不代表气流的真实温度，因为测量端环境散失的热量是由气流的加热来补偿，也就是说测量端与气流的热交换处于不平衡状态，因此，它们的温度也不可能具有相同的数值。测量端与环境的传热愈强，测量端的温度偏离气流温度也愈大。

2.3.1 热辐射误差

热辐射误差产生的原因是热电偶测量端与环境的辐射热交换所引起的，这是热电偶与气流之间的对流换热不能达到热平衡的结果。减少辐射误差的办法，一是加剧对流换热，二是削弱辐射换热。具体方法有：

尽量减少器壁与测量端的温差，即在管壁铺设绝热层；
在热电偶工作端加屏蔽罩；
增大流体放热系数，即增加流速，加强扰动，减小偶丝直径或使热电极与气流形成跨流等。

2.3.2 导热误差

在测量高温气流的温度时，由于沿热电偶长度存在温度梯度，故测量端必然会沿热电极导热，使得指示温度偏离实际温度。导热量相差越多，相应的误差就越大，因此凡能加剧对流和削弱导热的因素都可以用来减少导热误差。具体方法有：

增加L/d；
将热电偶垂直安装改成斜装或弯头处安装，安装时应注意使热电偶的端对着气流方向，并处在流速最大的位置上；
选用热电偶和支杆导热系数较小的材料。

2.4 测量系统漏电影响

绝缘不良是产生电流泄漏的主要原因，它对热电偶的准确度有很大的影响，能歪曲被测的热电势，使仪表显示失真，甚至不能正常工作。漏电引起误差是多方面的，例如，热电极绝缘瓷管的绝缘电阻较差，使得热电流旁路。若电测设备漏电，也能使工作电流旁路，使测量产生误差。由于测量热电势的电位差计都是低电阻的，因此它对绝缘电阻的要求并不高，影响热电势测量的漏电主要是来处被测系统的高温，因为热电偶保护管和热电极的绝缘材料的绝缘电阻将随着温度升高而下降，我们通常所说的铠装热电偶的“分流误差”就属这类情况。一般是采用接地或其它屏蔽方法。对铠装热电偶的分流误差我们通常是以增大其直径；增加绝缘层厚度；缩短加热带长度；降低热电偶的电阻值等方法来降低误差的。

2.5 动态响应误差

热电偶插入被测介质后，由于本身具有热惰性，因此不能立即指示出被测气流的温度，只有当测量端吸、放热达到动态平衡后才达到稳定的示值。在热电偶插入后到示值稳定之前的整个不稳定过程中，热电偶的瞬时示值与稳定后的示值存在着偏差，这时热电偶除了有各种稳定的误差外，还存在由热电偶热惰性引入的偏差，即动态响应误差。克服这类误差的方法，一是确定动态响应误差，予以修正；二是将动态响应误差减少到允许要求的范围之内，此时可认为T测＝T气。

2.6 短程有序结构变化（K状态）的影响

K型热电偶在250－600℃范围内使用时，由于其显微结构发生变化，形成短程有序结构，因此将影响热电势值而产生误差，这就是所谓的K状态。这是Ni-Cr合金特有的晶格变化，当WCr在5%－30%范围内存在着原子晶格从有序至无序为。由些引起的误差，因Cr含量及温度的不同而变化。一般在800℃以上短时间热处理，其热电特性即可恢复。由于K状态的存在，使K型热电偶检定规程中明文规定检定顺序：由低温向高温逐点升温检定。而且在400℃检定点，不仅传热效果不佳，难以达到热平衡，而且，又恰好处于K状态误差最大范围。因此，对该点判定合格与否时应很慎重。Ni-Cr合金短程有序结构变化现象，不仅存在于K型，而且，在E型热电偶正极中也有此现象。但是，作为变化量E型热电偶仅为K型的2/3。总之，K状态与温度、时间有关，当温度分布或热电偶位置变化时，其偏差也会发生很大变化。故难以对偏差大小作出准确评价。

三、小结

通过对热电偶原理及误差来源的总结,对以热电偶温度计量误差情况有了系统认识，得出了一些结论。热电偶的不稳定性、不均匀性、参考端温度变化、热传导以及热电偶安装使用不当会引起测量误差，有一些是由于加工制造过程中，或是测量系统及仪器本身存在的误差，还有一些则是人为造成的，对这一部分只要我们细心并对热电偶的特性有一定的了解则是可以避免的。

㈢ 求大学物理实验:温度传感器测试及半导体制冷控温 实验报告.

不用写实验原理和内容，只要给出实验结果的数据，我们老师比较变态，要求有详细的计算过程，本周五就要交了。 急求大学物理实验 示波器的使用 实验报告...

㈣ 怎样用万用表测量温控器的好坏

温控器分为控热温控器和控冷温控器两类，拆下后测量方法举例分述如下：

1、测量家用洗澡热水器用的（控热）温控器：将万用表调在电阻档，测量温控器两个插线头，旋转调温柄使触点闭合，万用表指示接通，把温控探头插进开水中（或打火机烤一下），听得温控器哒一声触点断开，同时万用表测出显示断开，证明温控器是好的。

2、用上面的方法测量冰柜的（冷控）温控器：手调反拧温控器到最小，常温下测量温控器两个插线头，应该通，将温控器放进冰箱冷冻室冻约10分钟（或用氟瓶迅速向感温头喷一下氟），温控器触点应哒一声断开，万用表测出也显示断开，温控是好的。

注：实际操作中小心行事，以免弄坏其他零部件

(4)温度传感器测试及半导体冷控温装置实验报告扩展阅读

温控器，是指根据工作环境的温度变化，在开关内部发生物理形变，从而产生某些特殊效应，产生导通或者断开动作的一系列自动控制元件，也叫温控开关、温度保护器、温度控制器，简称温控器。或是通过温度保护器将温度传到温度控制器，温度控制器发出开关命令，从而控制设备的运行以达到理想的温度及节能效果。

温控器应用范围非常广泛，根据不同种类的温控器应用在家电、电机、制冷或制热等众多产品中。

工作原理

其工作原理是通过温度传感器对环境温度自动进行采样、即时监控，当环境温度高于控制设定值时控制电路启动，可以设置控制回差。如温度还在升，当升到设定的超限报警温度点时，启动超限报警功能。当被控制的温度不能得到有效的控制时，为了防止设备的毁坏还可以通过跳闸的功能来停止设备继续运行。主要应用于电力部门使用的各种高低压开关柜、干式变压器、箱式变电站及其他相关的温度使用领域。

接线方法

仔细看温控器上的三个脚，它们都有用英文字母和数字两种方法来代替，分别是：H（6）、L（3）、C（4）。

H（6）接棕色线，是电源的火线；

L（3）接灰色线，是灯的火线；

C(4)接白色线，是压缩机的火线。

控制方法

控制方法一般分为两种；一种是由被冷却对象的温度变化来进行控制，多采用蒸气压力式温度控制器，另一种由被冷却对象的温差变化来进行控制，多采用电子式温度控制器。

其采用的模糊控制技术如PID控制，P（Proportional）比例+I（Integral）积分+D（Differential）微分控制。

㈤ 谁有大一的大学化学实验报告

正好有一份大学的实验报告供你参考一下
综合化学实验报告
题 目: 恒温槽的装配和性能测试
学 院:
专业:
班级:
姓 名:
学 号:
指导老师:
一、研究背景(前言)
温度是一个极其特别的物理量。在热力学中时常出现，在日常生活中也无处不在。在物理化学实验中所测得的数据，如黏度、密度、蒸气压、表面张力、折射率、电导、化学反应速率常数等都与温度有关。所以，许多物理化学实验必须在恒温条件下进行。通常用恒温槽来控制温度维持温度。恒温槽所以能维持恒温
主要依靠恒温控制器来控制恒温槽的热平衡。
恒温槽的原理：本实验讨论的恒温水浴就是一种常用的控温装置，它通过继电器、温度调节器（水银接点温度计）和加热器配合工作而达到恒温的目的。其简单恒温原理线路如图2-1-1所示。当水槽温度低于设定值时，线路I是通路，因此加热器工作，使水槽温度上升；当水槽温度升高到设定值时，温度调节器接通，此时线路II为通路，因电磁作用将弹簧片D吸下，线路I断开，加热器停止加热；当水槽温度低于设定值时，温度调节器断开，线路II断路，此时电磁铁失去磁性，弹簧片回到原来的位置，使线路I又成为通路。如此反复进行，从而使恒温槽维持在所需恒定的温度。
各种恒温槽广泛使用于精细化工、生物工程、医药食品、冶金、石油、农业等领域。为用户提供高精度的恒温场源，是研究院、高等院校、工矿企业实验室、质检部门理想的恒温设备。因此，对恒温槽的装配和性能测试非常重要。
二、实验目的
1.了解恒温槽的结构及恒温原理，初步掌握其装配和调试的基本技术。
2.绘制恒温槽灵敏度曲线（温度-时间曲线），学会分析恒温槽的性能。
3.掌握贝克曼温度计和接触温度计的调节及使用方法。
4.了解温度的PID控制技术。
三、实验原理
恒温槽一般由浴槽、加热器、搅拌器、温度计、感温元件、恒温控制器等部分组成。
恒温槽装置示意图：
1.浴槽
2.加热器
3.搅拌器
4.温度计
5.电接点温度计
6.继电器
7.贝克曼温度计
1.浴槽：通常有金属槽和玻璃槽两种。其容量和形状视需要而定。
2.加热器：通常的是电热器。根据恒温槽的容量、恒温温度以及与环境的温差大小来选择电热器的功率。
3.搅拌器：一般用电动搅拌器，搅拌速度可调，使槽内各处温度尽可能保持相同。
4.温度计：常用1/10℃温度计作为观察温度用。为了测定恒温槽的灵敏度，可用1/100℃温度计或贝克曼温度计。所用温度计在使用前需进行标化。
5.感温元件：它是恒温槽的感觉中枢，是提高恒温槽精度的关键所在。感温元件的种类很多，如接触温度计、热敏电阻感温元件等。
6.电子继电器：用来控制恒温槽加热器“通”“断”电的装置。
恒温槽灵敏度的测定是在指定温度下，观察温度的波动情况，控温效果可以用灵敏度△t表示（t1为恒温过程水浴的最高温度，t2为恒温过程水浴的最低温度）：

常以温度—时间曲线表示：

四、实验部分
1.主要药品和仪器设备
主要药品：松香、锡、蒸馏水等。
仪器设备：玻璃缸、接触温度计、贝克曼温度计、温度计（ 1/10℃ ）、停表、
搅拌器、电子继电器、加热器。
2.实验步骤
（1）恒温槽的装配
在玻璃缸中加入蒸馏水至容积2/3处，按图将各部件装好，接好线路。
（2）调节贝克曼温度计
将贝克曼温度计调节好，使其水银面在25℃时位于2.5℃左右刻度。
（3）恒温槽的调试
打开控温装置，调节温度至25℃，打开搅拌器，置于合适的速度，打开加
热器，置于合适的功率，等待恒温。
（4）30℃时恒温槽灵敏度的测定
待恒温槽在30℃下恒温后，每0.5min从贝克曼温度计上读一次温度，测定
30min。
（5）35℃时恒温槽灵敏度的测定
改变恒温槽温度，使其在30℃恒温，用同样的方法测定恒温槽30℃时的灵
敏度。实验结束，先关控温装置、搅拌器，再拔下电源插头。
五、数据记录及处理
时间/min 30℃时温度差 30℃时温度 35℃时温度差 35℃时温度
0.5 0.125 30.125 0.276 35.276
1.0 0.109 30.109 0.101 35.101
1.5 0.095 30.095 0.296 35.296
2.0 0.082 30.082 0.271 35.271
2.5 0.069 30.069 0.266 35.266
3.0 0.055 30.055 0.266 35.266
3.5 0.044 30.044 0.269 35.269
4.0 0.030 30.03 0.255 35.255
4.5 0.016 30.016 0.289 35.289
5.0 0.004 30.004 0.270 35.27
5.5 -0.012 29.988 0.246 35.246
6.0 -0.024 29.976 0.256 35.256
6.5 -0.038 29.962 0.245 35.245
7.0 -0.052 29.948 0.276 35.276
7.5 -0.066 29.934 0.270 35.27
8.0 -0.080 29.92 0.247 35.247
8.5 -0.094 29.906 0.245 35.245
9.0 -0.107 29.893 0.250 35.25
9.5 -0.121 29.879 0.243 35.243
10.0 -0.132 29.868 0.277 35.277
10.5 -0.145 29.855 0.260 35.26
11.0 -0.156 29.844 0.232 35.232
11.5 -0.168 29.832 0.101 35.101
12.0 -0.178 29.822 0.246 35.246
12.5 -0.189 29.811 0.241 35.241
13.0 -0.200 29.8 0.251 35.251
13.5 -0.211 29.789 0.247 35.247
14.0 -0.222 29.778 0.245 35.245
14.5 -0.231 29.769 0.255 35.255
15.0 -0.243 29.757 0.237 35.237
15.5 -0.252 29.748 0.241 35.241
16.0 -0.262 29.738 0.243 35.243
16.5 -0.271 29.729 0.252 35.252
17.0 -0.281 29.719 0.303 35.303
17.5 -0.261 29.739 0.251 35.251
18.0 -0.247 29.753 0.251 35.251
18.5 -0.256 29.744 0.241 35.241
19.0 -0.266 29.734 0.253 35.253
19.5 -0.276 29.724 0.240 35.24
20.0 -0.286 29.714 0.259 35.259
20.5 -0.233 29.767 0.241 35.241
21.0 -0.231 29.769 0.237 35.237
21.5 -0.242 29.758 0.262 35.262
22.0 -0.251 29.749 0.245 35.245
22.5 -0.260 29.74 0.303 35.303
23.0 -0.269 29.731 0.242 35.242
23.5 -0.279 29.721 0.243 35.243
24.0 -0.285 29.715 0.255 35.255
24.5 -0.248 29.752 0.245 35.245
25.0 -0.255 29.745 0.276 35.276
25.5 -0.265 29.735 0.255 35.255
26.0 -0.274 29.726 0.260 35.26
26.5 -0.283 29.717 0.245 35.245
27.0 -0.248 29.752 0.251 35.251
27.5 -0.252 29.748 0.256 35.256
28.0 -0.262 29.738 0.243 35.243
28.5 -0.271 29.729 0.271 35.271
29.0 -0.280 29.72 0.249 35.249
29.5 -0.260 29.74 0.263 35.263
30.0 -0.248 29.752 0.242 35.242
1.以时间为横坐标，温度为纵坐标，绘制30℃的温度-时间曲线
恒温槽的灵敏度：△t=（t1-t2）/2=（29.769 -29.714）/2=0.0275
对恒温槽性能进行评价：大部分时刻的温度都处于30℃以下，根据4个较典型的灵敏度曲线图，可得属于加热器功率太小或散热太快。
2.以时间为横坐标，温度为纵坐标，绘制35℃的温度-时间曲线
恒温槽的灵敏度：△t=（t1-t2）/2=（35.296-35.101）/2=0.0975
对恒温槽性能进行评价：大部分时刻的温度都处于35℃以上，根据4个较典型的灵敏度曲线图，可得属于加热器功率太大或散热较慢。
六、注意事项
1．感温元件灵敏度要高。
2．搅拌器搅拌速度要足够大，才能保证恒温槽内温度均匀。
3. 加热器导热良好且功率适当。
4．搅拌器、感温元件和加热器相互接近，使被加热的液体能立即搅拌均匀并流
经感温元件及时进行温度控制。
5.贝克曼温度计属于较贵重的玻璃仪器，水银球的玻璃壁较薄，水银球的尺寸
较大，容易损坏，所以使用时应十分小心，不要随便放置，不用时应放入温
度计自带的木盒中。
6.用左手拍右手腕时，注意温度计一定要垂直，否则毛细管容易折断，还应避
免重击，不要靠近试验台。
七、思考题
1.恒温槽的恒温原理是什么？
恒温槽维持恒温，是靠恒温控制器来控制恒温槽的热平衡的，当其因对外散热而使水温降低时，温度指示控制仪就使加热器工作，到加热到所需温度时，通过温度传感器控制加热器停止工作，使槽温保持恒定[1]。恒温槽也有通过电子继电器对加热器自动调节来实现恒温的目的。当恒温槽因热量向外扩散等原因使体系温度低于设定值时，继电器迫使加热器工作，到体系再次达到设定的温度时，又自动停止加热。这样周而复始，使体系的温度在一定范围内保持恒定。
2.恒温槽内各处的温度是否相等？为什么？
恒温槽内各处温度不相等。由于搅拌器搅拌不会很均匀，靠近加热器的温度会高一些，而远离加热处会散热快些，温度降低，加热处会补充。热必须有高温传向低温，因此不可能相同。
3.如何提高恒温槽的灵敏度？试加以分析讨论
(1)使用灵敏度更高，延迟时间更短的元件
可以采用加热更加均匀的加热装置，比如电加热套装置。或采用保温隔热性能更好的容器。或把接点温度计更换成更高灵敏度，反应速度更快的元件，使得过程中温度变化更小，提高加热器的反应速度，从而提高灵敏度。
(2)优化系统中液体介质。
可以选用粘滞系数更小，热导率更高的液体，从而减少温度波动，提高灵敏度。
(3)使用更合理的布局
由实验中的结果总结可知合理布局的特点主要是：加热器与接点温度计距离尽量近；使各元件处在搅拌器搅拌方向的下游，但不能和搅拌器距离过近，否则会而使得温度不稳定。
(4)加大搅拌器的搅拌速度
这样可以使槽内介质的传热速度更快，各部分的温度更均匀从而提高系统反应速度。
(5)适当降低加热速度
降低加热电压至合适的数值，可以减弱加热延迟现象，提高灵敏度。
八、参考文献
[1] 尹 波,黄桂萍,曹利民,屈红恩. 恒温槽调节与温度控制实验条件的探讨[J]. 江西化工,2008,02:120-121.
[2] 陈 军. 恒温槽装配和性能测试实验仪器的改进[J]. 琼州大学学报,2004,11(05):40-41.

评分 指导师

㈥ 不良导体导热系数的测量(3)实验报告

不良导热体一般用稳态热流法，条件符合的话也可以使用激光导热法，但是多次测试的结果差异较大。

使用平板法测量不良导体的导热系数，这是一种稳态法，实验中，样品制成平板状，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散热体相接触。

由于平板样品的侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。

(6)温度传感器测试及半导体冷控温装置实验报告扩展阅读：

注意事项：

1、注意各仪器间的连线正确，加热盘和散热盘的两个传感器要一一对应，不可互换。

2、温度传感器插入小孔时，要抹些硅油，并使传感器与铜盘接触良好。

3、导热系数测定仪铜盘下方的风扇做强迫对流换热用，可以减少样品侧面与底面的放热比，增加样品内部的温度梯度，从而减小误差，所以实验过程中，风扇一定要打开。

㈦ 大学物理实验报告。关于用电量热器测液体比热容的。

热敏电阻是根据半导体材料的电导率与温度有很强的依赖关系而制成的一种器件，其电阻温度系数一般为（-0.003~+0.6）℃-1。因此，热敏电阻一般可以分为:
Ⅰ、负电阻温度系数（简称NTC）的热敏电阻元件
常由一些过渡金属氧化物（主要用铜、镍、钴、镉等氧化物）在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成的，近年还有单晶半导体等材料制成。国产的主要是指MF91~MF96型半导体热敏电阻。由于组成这类热敏电阻的上述过渡金属氧化物在室温范围内基本已全部电离，即载流子浓度基本上与温度无关，因此这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度的关系，随着温度的升高，迁移率增加，电阻率下降。大多应用于测温控温技术，还可以制成流量计、功率计等。
Ⅱ、正电阻温度系数（简称PTC）的热敏电阻元件
常用钛酸钡材料添加微量的钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺，高温烧制而成。这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度，而迁移率随温度的变化相对可以忽略。载流子数目随温度的升高呈指数增加，载流子数目越多，电阻率越小。应用广泛，除测温、控温，在电子线路中作温度补偿外，还制成各类加热器，如电吹风等。

2、实验装置及原理

【实验装置】
FQJ—Ⅱ型教学用非平衡直流电桥，FQJ非平衡电桥加热实验装置（加热炉内置MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）以及控温用的温度传感器），连接线若干。
【实验原理】
根据半导体理论，一般半导体材料的电阻率 和绝对温度 之间的关系为
（1—1）
式中a与b对于同一种半导体材料为常量，其数值与材料的物理性质有关。因而热敏电阻的电阻值 可以根据电阻定律写为
（1—2）
式中 为两电极间距离， 为热敏电阻的横截面， 。
对某一特定电阻而言， 与b均为常数，用实验方法可以测定。为了便于数据处理，将上式两边取对数，则有
（1—3）
上式表明 与 呈线性关系，在实验中只要测得各个温度 以及对应的电阻 的值，
以 为横坐标， 为纵坐标作图，则得到的图线应为直线，可用图解法、计算法或最小二乘法求出参数 a、b的值。
热敏电阻的电阻温度系数 下式给出
（1—4）
从上述方法求得的b值和室温代入式（1—4），就可以算出室温时的电阻温度系数。
热敏电阻 在不同温度时的电阻值，可由非平衡直流电桥测得。非平衡直流电桥原理图如右图所示，B、D之间为一负载电阻 ，只要测出 ，就可以得到 值。

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当负载电阻 → ，即电桥输出处于开
路状态时， =0，仅有电压输出，用 表示，当 时，电桥输出 =0，即电桥处于平衡状态。为了测量的准确性，在测量之前，电桥必须预调平衡，这样可使输出电压只与某一臂的电阻变化有关。
若R1、R2、R3固定，R4为待测电阻，R4 = RX，则当R4→R4+△R时，因电桥不平衡而产生的电压输出为：
（1—5）
在测量MF51型热敏电阻时，非平衡直流电桥所采用的是立式电桥 ， ，且 ，则
（1—6）
式中R和 均为预调平衡后的电阻值，测得电压输出后，通过式（1—6）运算可得△R，从而求的 =R4+△R。

3、热敏电阻的电阻温度特性研究

根据表一中MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）之电阻~温度特性研究桥式电路，并设计各臂电阻R和 的值，以确保电压输出不会溢出（本实验 =1000.0Ω， =4323.0Ω）。
根据桥式，预调平衡，将“功能转换”开关旋至“电压“位置，按下G、B开关，打开实验加热装置升温，每隔2℃测1个值，并将测量数据列表（表二）。

表一 MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）之电阻～温度特性
温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
电阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748

表二 非平衡电桥电压输出形式（立式）测量MF51型热敏电阻的数据
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
温度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4
热力学T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4
0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -126.4 -144.4
0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9
4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.1 2692.9 2507.6 2345.1

根据表二所得的数据作出 ～ 图，如右图所示。运用最小二乘法计算所得的线性方程为 ，即MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）的电阻～温度特性的数学表达式为 。

4、实验结果误差

通过实验所得的MF51型半导体热敏电阻的电阻—温度特性的数学表达式为 。根据所得表达式计算出热敏电阻的电阻～温度特性的测量值，与表一所给出的参考值有较好的一致性，如下表所示：
表三 实验结果比较
温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
参考值RT Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
测量值RT Ω 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823
相对误差 % 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00

从上述结果来看，基本在实验误差范围之内。但我们可以清楚的发现，随着温度的升高，电阻值变小，但是相对误差却在变大，这主要是由内热效应而引起的。

5、内热效应的影响

在实验过程中，由于利用非平衡电桥测量热敏电阻时总有一定的工作电流通过，热敏电阻的电阻值大，体积小，热容量小，因此焦耳热将迅速使热敏电阻产生稳定的高于外界温度的附加内热温升，这就是所谓的内热效应。在准确测量热敏电阻的温度特性时，必须考虑内热效应的影响。本实验不作进一步的研究和探讨。
6、实验小结

通过实验，我们很明显的可以发现热敏电阻的阻值对温度的变化是非常敏感的，而且随着温度上升，其电阻值呈指数关系下降。因而可以利用电阻—温度特性制成各类传感器，可使微小的温度变化转变为电阻的变化形成大的信号输出，特别适于高精度测量。又由于元件的体积小，形状和封装材料选择性广，特别适于高温、高湿、振动及热冲击等环境下作温湿度传感器，可应用与各种生产作业，开发潜力非常大。

㈧ ite热电阻温度变送器实验报告

一、热电偶测温基本原理将两种不同材料的导体或半导体A和B连接起来，构成一个闭合回路，就构成热电偶。如图1所示。温度t端为感温端称为测量端, 温度t0端为连接仪表端称为参比端或冷端,当导体A和B的两个执着点t和t0之间存在温差时,就在回路中产生电动势EAB(t,t0), 因而在回路中形成电流,这种现象称为热电效应&uot;.这个电动势称为热电势,热电偶就是利用这一效应来工作的.热电势的大小与t和t0之差的大小有关.当热电偶的两个热电极材料已知时,由热电偶回路热电势的分布理论知热电偶两端的热电势差可以用下式表示：EAB(t,t0)＝EAB(t)－EAB(t0)式中 EAB(t,t0)－热电偶的热电势；EAB(t)－温度为t时工作端的热电势；EAB(t0)－温度为t0时冷端的热电势。从上式可看出!当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，因此，只要测出EAB(t,t0)和知道EAB(t0)就可得到EAB(t)，将热电势送入显示仪表进行指示或记录，或送入微机进行处理，即可获得测量端温度t值。要真正了解热电偶的应用则不得不提到热电偶回路的几条重要性质：质材料定律：由一种均质材料组成的闭合回路，不论材料长度方向各处温度如何分布，回路中均不产生热电势。这条规律要求组成热电偶的两种材料必须各自都是均质的，否则会由于沿热电偶长度方向存在温度梯度而产生附加电势，从而因热电偶材料不均引入误差。中间导体定律：在热电偶回路中插入第三种（或多种）均质材料，只要所插入的材料两端连接点温度相同，则所插入的第三种材料不影响原回路的热电势。这条定律表明在热电偶回路中可拉入测量热电势的仪表，只要仪表处于稳定的环境温度即可。同时还表明热电偶的接点不仅可经焊接而成，也可以借用均质等温的导体加以连接。中间温度定律：两种不同材料组成的热电偶回路，其接点温度分别为t和to时的热电势EAB(t,to)等于热电偶在连接点温度为(t,tn)和(tn,to)时相应的热电势EAB(t,tn)和EAB(tn,to)的代数和，其中tn为中间温度。该定律说明当热电偶参比端温度不为0℃时，只要能测得热电势EAB(t,to)，且to已知，仍可以采用热电偶分度表求得被测温度t值。连接导体定律：在热电偶回路中，如果热电偶的电极材料A和B分别与连接导线A1和B1相连接（如下图所示），各有关接点温度为t,tn和to,那么回路的总热电势等于热电偶两端处于t和tn温度条件下的热电势EAB(t,tn)与连接导线A1和B1两端处于tn和to温度条件的热电势EA1B1(tn,to)的代数和。中间温度定律和连接导体定律是工业热电偶测温中应用补偿导线的理论依据。二、各种误差引起的原因及解决方式2.1 热电偶热电特性不稳定的影响2.1.1 玷污与应力的影响及消除方法热电偶在生产过程中，偶丝经过多道缩径拉伸在其表面总是受玷污的，同时，从偶丝的内部结构来看，不可避免地存在应力及晶格的不均匀性。因淬火或冷加工引入的应力，可以通过退火的方法来基本消除,退火不合格所造成的误差,可达十分之几度到几度。它与待测温度及热电偶电极上的温度梯度大小有关。廉金属热电偶的偶丝通常以“退火”状态交付使用,如果需要对高温用廉金属热电偶进行退火，那么退火温度应高于其使用温度上限,插入深度也应大于实际使用的深度。贵金属热电偶则必须认真清洗(酸洗和四硼酸钠清洗)和退火,以清除热电偶的玷污与应力。2.1.2 不均匀性的影响一般来说热电偶若是由均质导体制成的，则其热电势只与两端的温度有关，若热电极材料不是均匀的，且热电极又处于温度梯度场中，则热电偶会产生一个附加热电势，即“不均匀电势”。其大小取决于沿热电极长度的温度梯度分布状态，材料的不均匀形式和不均匀程度，以及热电极在温度场所处的位置。造成热电极不均匀的主要原因有：在化学成分方面如杂质分布不均匀，成分的偏析，热电极表面局部的金属挥发，氧化或某金属元素选择氧化，测量端在高温一的热扩散，以及热电偶在有害气氛中受到玷污和腐蚀等。在物理状态方面有应力分布不均匀和电极结构不均匀等。在工业使用中，有时不均匀电势引起的附加误差竟达30℃这多，这将严重地影响热电偶的稳定性和互换性，其主要解决方式就是对其进行检验，只使用在误差允许范围内的热电偶。2.1.3 热电偶不稳定性的影响不稳定性就是指热电偶的分度值随使用时间和使用条件的不同而起的变化。在大多数情况下，它可能是不准确性的主要原因。影响不稳定性的因素有：玷污，热电极在高温下挥发，氧化和还原，脆化，辐射等。若分度值的变化相对地讲是缓慢而又均匀的，这时经常进行监督性校验或根据实际使用情况安排周期检定，这样可以减少不稳定性引入的误差。2.2 参考端温度影响及修正方法热电偶的热电动势的大小与热电极材料以及工作端的温度有关。热电偶的分度表和根据分度表刻度的温度显示仪表都是以热电偶参考端温度等于0℃为条件的。在实际使用热电偶时,其冷端温度(参考端) 不但不为0 ℃,而且往往是变化的,测温仪表所测得的温度值就会产生很大误差,在这种情况下,我们通常采用如下方法来修正。2.2.1 热电势补由中间温度定律可知，参考端温度为tn时的热电势EAB(t,tn)＝EAB(t,t0)－EAB(tn,t0)。所以，用常温下的温度传感器，只要测出参比端的温度tn，然后从对应电偶的分度表中查出对应温度下的热电势E（tn,t0），再将这个热电势与所实测的E(t,tn)代数相加，得出的结果就是热电偶参比端温度为0度时，对应于测量端的温度为t时的热电势E（t,t0）最后再从分度表中查得对应于E(t,0)的温度，这个温度就是热电偶测量端的实际温度t。在计算机应用日益广泛的今天，可以利用软件处理方法，特别是在多点测量系统或高温测控中，采用这种方法，可很好的解决参比端温度的变化问题，只要随时准确的测出tn，就可以准确得到测量端温度。同时还充分应用了对应热电偶的分度表，并对非线性误差得到了校正，而且适应各种热电偶。2.2.2 调仪表起始点法由于仪表示值是EAB(tn,t0)对应于热电势，如果在测量线路开路的情况下，将仪表的指针零位调定到tn处，就当于事先给仪表加了一个电势EAB(tn,t0)，当用闭合测量线路进行测温时，由热电偶输入的热电势EAB(tn,t0)就与EAB(t,tn)叠加，其和正好等于EAB(t,t0)。因此对直读式仪表采用调仪表起始点的方法十分简便。2.2.3 补偿导线采用补偿导线把热电偶的参考端延长到温度较恒定的地方,再进行修正。从本质上来说它并不能消除参考端温度不为0℃时的影响，因此，还应该与其它修正方法结合才能将补偿导线与仪表连接处的温度修正到0℃。此时参考端己变为一个温度不变或变化很小的新参考端。此时的热电偶产生热电势己不受原参考端温度变化影响, EAB ( T、T10 ) 是新参考端温度T10 (不等于℃) ,且T10 为一常数时所测得热电势, TAB( T、T10 ) 是参考端温度T0 = 0 ℃时,工作端为T10时所测得热电势(热电偶分度表中可查出) 。使用补偿导线时，不仅应注意补偿导线的极性，还应特别注意不要错用补偿导线，同时应注意补偿导线与热电偶连接处的两端温度保持相等，且温度在0－℃（或0－℃）之间，否则要产生测量误差。2.2.4 参考端温度补偿器补偿器是一个不平衡电桥,电桥的3 个桥臂电阻是电阻温度系数很小的锰铜丝绕制的。其阻值基本上不随温度变化而变化,并使R1 = R2 =R3 = 1Ω。另一个桥臂电阻Rt 是由电阻温度系数较大的铜绕制而成,并使其在20 ℃时Rt = R1 =1Ω ,此时电桥平衡,没有电压输出,当电桥所处温度发生变化时, Rt 的阻值也随之改变,于是就有不平衡电压输出,此输出电压用来抵消参考端温度变化所产生的热电势误差，从而获得补偿。（注：我国也有以0℃作为平衡点温度的）当温度达到40℃（即计算点温度）时桥路的输出电压恰好补偿了热电偶参比端温度偏离平衡点温度而产生的热电势变化量。对电子电位差计，其测量桥路本身就具有温度自动补偿的功能，使用时无需再调整仪表的温度起始点。除了平衡点和计算点外，在其他各参比端温度值时只能得到近似的补偿，因此采用冷端补偿器作为参比端温度的处理方带来一定的附加误差。2.3 传热及热电偶安装的影响由于热电偶测温是属于接触式测量，当热电偶插入被测介质时，它要从被测介质吸收热量使自身温度升高，同时又以热辐射方式和热传导方式向温度低的地方散发热量，当测量端各外散失的热量等于自气流中吸收的热量时即达到动态平衡，此时热电偶达到了稳定的示值，但并不代表气流的真实温度，因为测量端环境散失的热量是由气流的加热来补偿，也就是说测量端与气流的热交换处于不平衡状态，因此，它们的温度也不可能具有相同的数值。测量端与环境的传热愈强，测量端的温度偏离气流温度也愈大。2.3.1 热辐射误差热辐射误差产生的原因是热电偶测量端与环境的辐射热交换所引起的，这是热电偶与气流之间的对流换热不能达到热平衡的结果。减少辐射误差的办法，一是加剧对流换热，二是削弱辐射换热。具体方法有：尽量减少器壁与测量端的温差，即在管壁铺设绝热层；在热电偶工作端加屏蔽罩；增大流体放热系数，即增加流速，加强扰动，减小偶丝直径或使热电极与气流形成跨流等。2.3.2 导热误差在测量高温气流的温度时，由于沿热电偶长度存在温度梯度，故测量端必然会沿热电极导热，使得指示温度偏离实际温度。导热量相差越多，相应的误差就越大，因此凡能加剧对流和削弱导热的因素都可以用来减少导热误差。具体方法有：增加L/d；将热电偶垂直安装改成斜装或弯头处安装，安装时应注意使热电偶的端对着气流方向，并处在流速最大的位置上；选用热电偶和支杆导热系数较小的材料。2.4 测量系统漏电影响绝缘不良是产生电流泄漏的主要原因，它对热电偶的准确度有很大的影响，能歪曲被测的热电势，使仪表显示失真，甚至不能正常工作。漏电引起误差是多方面的，例如，热电极绝缘瓷管的绝缘电阻较差，使得热电流旁路。若电测设备漏电，也能使工作电流旁路，使测量产生误差。由于测量热电势的电位差计都是低电阻的，因此它对绝缘电阻的要求并不高，影响热电势测量的漏电主要是来处被测系统的高温，因为热电偶保护管和热电极的绝缘材料的绝缘电阻将随着温度升高而下降，我们通常所说的铠装热电偶的“分流误差”就属这类情况。一般是采用接地或其它屏蔽方法。对铠装热电偶的分流误差我们通常是以增大其直径；增加绝缘层厚度；缩短加热带长度；降低热电偶的电阻值等方法来降低误差的。2.5 动态响应误差热电偶插入被测介质后，由于本身具有热惰性，因此不能立即指示出被测气流的温度，只有当测量端吸、放热达到动态平衡后才达到稳定的示值。在热电偶插入后到示值稳定之前的整个不稳定过程中，热电偶的瞬时示值与稳定后的示值存在着偏差，这时热电偶除了有各种稳定的误差外，还存在由热电偶热惰性引入的偏差，即动态响应误差。克服这类误差的方法，一是确定动态响应误差，予以修正；二是将动态响应误差减少到允许要求的范围之内，此时可认为T测＝T气。2.6 短程有序结构变化（K状态）的影响K型热电偶在－℃范围内使用时，由于其显微结构发生变化，形成短程有序结构，因此将影响热电势值而产生误差，这就是所谓的K状态。这是Ni-Cr合金特有的晶格变化，当WCr在5%－30%范围内存在着原子晶格从有序至无序为。由些引起的误差，因Cr含量及温度的不同而变化。一般在℃以上短时间热处理，其热电特性即可恢复。由于K状态的存在，使K型热电偶检定规程中明文规定检定顺序：由低温向高温逐点升温检定。而且在℃检定点，不仅传热效果不佳，难以达到热平衡，而且，又恰好处于K状态误差最大范围。因此，对该点判定合格与否时应很慎重。Ni-Cr合金短程有序结构变化现象，不仅存在于K型，而且，在E型热电偶正极中也有此现象。但是，作为变化量E型热电偶仅为K型的2/3。总之，K状态与温度、时间有关，当温度分布或热电偶位置变化时，其偏差也会发生很大变化。故难以对偏差大小作出准确评价。三、小结通过对热电偶原理及误差来源的总结,对以热电偶温度计量误差情况有了系统认识，得出了一些结论。热电偶的不稳定性、不均匀性、参考端温度变化、热传导以及热电偶安装使用不当会引起测量误差，有一些是由于加工过程中，或是测量系统及仪器本身存在的误差，还有一些则是人为造成的，对这一部分只要我们细心并对热电偶的特性有一定的了解则是可以避免的。
感觉还是找个专业的问问好的 或者到硬之城上面找找有没有这个型号 把资料弄下来慢慢研究研究

㈨ 用热电偶测温度的实验报告

一、热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B连接起来，构成一个闭合回路，就构成热电偶。如图1所示。温度t端为感温端称为测量端, 温度t0端为连接仪表端称为参比端或冷端,当导体A和B的两个执着点t和t0之间存在温差时,就在回路中产生电动势EAB(t,t0), 因而在回路中形成电流,这种现象称为热电效应".这个电动势称为热电势,热电偶就是利用这一效应来工作的.热电势的大小与t和t0之差的大小有关.当热电偶的两个热电极材料已知时,由热电偶回路热电势的分布理论知热电偶两端的热电势差可以用下式表示：
EAB(t,t0)＝EAB(t)－EAB(t0)
式中 EAB(t,t0)－热电偶的热电势；
EAB(t)－温度为t时工作端的热电势；
EAB(t0)－温度为t0时冷端的热电势。
从上式可看出!当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，因此，只要测出EAB(t,t0)和知道EAB(t0)就可得到EAB(t)，将热电势送入显示仪表进行指示或记录，或送入微机进行处理，即可获得测量端温度t值。

要真正了解热电偶的应用则不得不提到热电偶回路的几条重要性质：

质材料定律：由一种均质材料组成的闭合回路，不论材料长度方向各处温度如何分布，回路中均不产生热电势。这条规律要求组成热电偶的两种材料必须各自都是均质的，否则会由于沿热电偶长度方向存在温度梯度而产生附加电势，从而因热电偶材料不均引入误差。

中间导体定律：在热电偶回路中插入第三种（或多种）均质材料，只要所插入的材料两端连接点温度相同，则所插入的第三种材料不影响原回路的热电势。这条定律表明在热电偶回路中可拉入测量热电势的仪表，只要仪表处于稳定的环境温度即可。同时还表明热电偶的接点不仅可经焊接而成，也可以借用均质等温的导体加以连接。

中间温度定律：两种不同材料组成的热电偶回路，其接点温度分别为t和to时的热电势EAB(t,to)等于热电偶在连接点温度为(t,tn)和(tn,to)时相应的热电势EAB(t,tn)和EAB(tn,to)的代数和，其中tn为中间温度。该定律说明当热电偶参比端温度不为0℃时，只要能测得热电势EAB(t,to)，且to已知，仍可以采用热电偶分度表求得被测温度t值。

连接导体定律：在热电偶回路中，如果热电偶的电极材料A和B分别与连接导线A1和B1相连接（如下图所示），各有关接点温度为t,tn和to,那么回路的总热电势等于热电偶两端处于t和tn温度条件下的热电势EAB(t,tn)与连接导线A1和B1两端处于tn和to温度条件的热电势EA1B1(tn,to)的代数和。

中间温度定律和连接导体定律是工业热电偶测温中应用补偿导线的理论依据。

二、各种误差引起的原因及解决方式

2.1 热电偶热电特性不稳定的影响

2.1.1 玷污与应力的影响及消除方法

热电偶在生产过程中，偶丝经过多道缩径拉伸在其表面总是受玷污的，同时，从偶丝的内部结构来看，不可避免地存在应力及晶格的不均匀性。因淬火或冷加工引入的应力，可以通过退火的方法来基本消除,退火不合格所造成的误差,可达十分之几度到几度。它与待测温度及热电偶电极上的温度梯度大小有关。廉金属热电偶的偶丝通常以“退火”状态交付使用,如果需要对高温用廉金属热电偶进行退火，那么退火温度应高于其使用温度上限,插入深度也应大于实际使用的深度。贵金属热电偶则必须认真清洗(酸洗和四硼酸钠清洗)和退火,以清除热电偶的玷污与应力。

2.1.2 不均匀性的影响

一般来说热电偶若是由均质导体制成的，则其热电势只与两端的温度有关，若热电极材料不是均匀的，且热电极又处于温度梯度场中，则热电偶会产生一个附加热电势，即“不均匀电势”。其大小取决于沿热电极长度的温度梯度分布状态，材料的不均匀形式和不均匀程度，以及热电极在温度场所处的位置。造成热电极不均匀的主要原因有：在化学成分方面如杂质分布不均匀，成分的偏析，热电极表面局部的金属挥发，氧化或某金属元素选择氧化，测量端在高温一的热扩散，以及热电偶在有害气氛中受到玷污和腐蚀等。在物理状态方面有应力分布不均匀和电极结构不均匀等。

在工业使用中，有时不均匀电势引起的附加误差竟达30℃这多，这将严重地影响热电偶的稳定性和互换性，其主要解决方式就是对其进行检验，只使用在误差允许范围内的热电偶。

2.1.3 热电偶不稳定性的影响

不稳定性就是指热电偶的分度值随使用时间和使用条件的不同而起的变化。在大多数情况下，它可能是不准确性的主要原因。影响不稳定性的因素有：玷污，热电极在高温下挥发，氧化和还原，脆化，辐射等。若分度值的变化相对地讲是缓慢而又均匀的，这时经常进行监督性校验或根据实际使用情况安排周期检定，这样可以减少不稳定性引入的误差。

2.2 参考端温度影响及修正方法

热电偶的热电动势的大小与热电极材料以及工作端的温度有关。热电偶的分度表和根据分度表刻度的温度显示仪表都是以热电偶参考端温度等于0℃为条件的。在实际使用热电偶时,其冷端温度(参考端) 不但不为0 ℃,而且往往是变化的,测温仪表所测得的温度值就会产生很大误差,在这种情况下,我们通常采用如下方法来修正。

2.2.1 热电势补正法

由中间温度定律可知，参考端温度为tn时的热电势EAB(t,tn)＝EAB(t,t0)－EAB(tn,t0)。所以，用常温下的温度传感器，只要测出参比端的温度tn，然后从对应电偶的分度表中查出对应温度下的热电势E（tn,t0），再将这个热电势与所实测的E(t,tn)代数相加，得出的结果就是热电偶参比端温度为0度时，对应于测量端的温度为t时的热电势E（t,t0）最后再从分度表中查得对应于E(t,0)的温度，这个温度就是热电偶测量端的实际温度t。在计算机应用日益广泛的今天，可以利用软件处理方法，特别是在多点测量系统或高温测控中，采用这种方法，可很好的解决参比端温度的变化问题，只要随时准确的测出tn，就可以准确得到测量端温度。同时还充分应用了对应热电偶的分度表，并对非线性误差得到了校正，而且适应各种热电偶。

2.2.2 调仪表起始点法

由于仪表示值是EAB(tn,t0)对应于热电势，如果在测量线路开路的情况下，将仪表的指针零位调定到tn处，就当于事先给仪表加了一个电势EAB(tn,t0)，当用闭合测量线路进行测温时，由热电偶输入的热电势EAB(tn,t0)就与EAB(t,tn)叠加，其和正好等于EAB(t,t0)。因此对直读式仪表采用调仪表起始点的方法十分简便。

2.2.3 补偿导线

采用补偿导线把热电偶的参考端延长到温度较恒定的地方,再进行修正。从本质上来说它并不能消除参考端温度不为0℃时的影响，因此，还应该与其它修正方法结合才能将补偿导线与仪表连接处的温度修正到0℃。此时参考端己变为一个温度不变或变化很小的新参考端。此时的热电偶产生热电势己不受原参考端温度变化影响, EAB ( T、T10 ) 是新参考端温度T10 (不等于℃) ,且T10 为一常数时所测得热电势, TAB( T、T10 ) 是参考端温度T0 = 0 ℃时,工作端为T10时所测得热电势(热电偶分度表中可查出) 。

使用补偿导线时，不仅应注意补偿导线的极性，还应特别注意不要错用补偿导线，同时应注意补偿导线与热电偶连接处的两端温度保持相等，且温度在0－100℃（或0－150℃）之间，否则要产生测量误差。

2.2.4 参考端温度补偿器

补偿器是一个不平衡电桥,电桥的3 个桥臂电阻是电阻温度系数很小的锰铜丝绕制的。其阻值基本上不随温度变化而变化,并使R1 = R2 =R3 = 1Ω。另一个桥臂电阻Rt 是由电阻温度系数较大的铜绕制而成,并使其在20 ℃时Rt = R1 =1Ω ,此时电桥平衡,没有电压输出,当电桥所处温度发生变化时, Rt 的阻值也随之改变,于是就有不平衡电压输出,此输出电压用来抵消参考端温度变化所产生的热电势误差，从而获得补偿。（注：我国也有以0℃作为平衡点温度的）当温度达到40℃（即计算点温度）时桥路的输出电压恰好补偿了热电偶参比端温度偏离平衡点温度而产生的热电势变化量。

对电子电位差计，其测量桥路本身就具有温度自动补偿的功能，使用时无需再调整仪表的温度起始点。除了平衡点和计算点外，在其他各参比端温度值时只能得到近似的补偿，因此采用冷端补偿器作为参比端温度的处理方法会带来一定的附加误差。

2.3 传热及热电偶安装的影响

由于热电偶测温是属于接触式测量，当热电偶插入被测介质时，它要从被测介质吸收热量使自身温度升高，同时又以热辐射方式和热传导方式向温度低的地方散发热量，当测量端各外散失的热量等于自气流中吸收的热量时即达到动态平衡，此时热电偶达到了稳定的示值，但并不代表气流的真实温度，因为测量端环境散失的热量是由气流的加热来补偿，也就是说测量端与气流的热交换处于不平衡状态，因此，它们的温度也不可能具有相同的数值。测量端与环境的传热愈强，测量端的温度偏离气流温度也愈大。

2.3.1 热辐射误差

热辐射误差产生的原因是热电偶测量端与环境的辐射热交换所引起的，这是热电偶与气流之间的对流换热不能达到热平衡的结果。减少辐射误差的办法，一是加剧对流换热，二是削弱辐射换热。具体方法有：

尽量减少器壁与测量端的温差，即在管壁铺设绝热层；
在热电偶工作端加屏蔽罩；
增大流体放热系数，即增加流速，加强扰动，减小偶丝直径或使热电极与气流形成跨流等。

2.3.2 导热误差

在测量高温气流的温度时，由于沿热电偶长度存在温度梯度，故测量端必然会沿热电极导热，使得指示温度偏离实际温度。导热量相差越多，相应的误差就越大，因此凡能加剧对流和削弱导热的因素都可以用来减少导热误差。具体方法有：

增加L/d；
将热电偶垂直安装改成斜装或弯头处安装，安装时应注意使热电偶的端对着气流方向，并处在流速最大的位置上；
选用热电偶和支杆导热系数较小的材料。

2.4 测量系统漏电影响

绝缘不良是产生电流泄漏的主要原因，它对热电偶的准确度有很大的影响，能歪曲被测的热电势，使仪表显示失真，甚至不能正常工作。漏电引起误差是多方面的，例如，热电极绝缘瓷管的绝缘电阻较差，使得热电流旁路。若电测设备漏电，也能使工作电流旁路，使测量产生误差。由于测量热电势的电位差计都是低电阻的，因此它对绝缘电阻的要求并不高，影响热电势测量的漏电主要是来处被测系统的高温，因为热电偶保护管和热电极的绝缘材料的绝缘电阻将随着温度升高而下降，我们通常所说的铠装热电偶的“分流误差”就属这类情况。一般是采用接地或其它屏蔽方法。对铠装热电偶的分流误差我们通常是以增大其直径；增加绝缘层厚度；缩短加热带长度；降低热电偶的电阻值等方法来降低误差的。

2.5 动态响应误差

热电偶插入被测介质后，由于本身具有热惰性，因此不能立即指示出被测气流的温度，只有当测量端吸、放热达到动态平衡后才达到稳定的示值。在热电偶插入后到示值稳定之前的整个不稳定过程中，热电偶的瞬时示值与稳定后的示值存在着偏差，这时热电偶除了有各种稳定的误差外，还存在由热电偶热惰性引入的偏差，即动态响应误差。克服这类误差的方法，一是确定动态响应误差，予以修正；二是将动态响应误差减少到允许要求的范围之内，此时可认为T测＝T气。

2.6 短程有序结构变化（K状态）的影响

K型热电偶在250－600℃范围内使用时，由于其显微结构发生变化，形成短程有序结构，因此将影响热电势值而产生误差，这就是所谓的K状态。这是Ni-Cr合金特有的晶格变化，当WCr在5%－30%范围内存在着原子晶格从有序至无序为。由些引起的误差，因Cr含量及温度的不同而变化。一般在800℃以上短时间热处理，其热电特性即可恢复。由于K状态的存在，使K型热电偶检定规程中明文规定检定顺序：由低温向高温逐点升温检定。而且在400℃检定点，不仅传热效果不佳，难以达到热平衡，而且，又恰好处于K状态误差最大范围。因此，对该点判定合格与否时应很慎重。Ni-Cr合金短程有序结构变化现象，不仅存在于K型，而且，在E型热电偶正极中也有此现象。但是，作为变化量E型热电偶仅为K型的2/3。总之，K状态与温度、时间有关，当温度分布或热电偶位置变化时，其偏差也会发生很大变化。故难以对偏差大小作出准确评价。

三、小结

通过对热电偶原理及误差来源的总结,对以热电偶温度计量误差情况有了系统认识，得出了一些结论。热电偶的不稳定性、不均匀性、参考端温度变化、热传导以及热电偶安装使用不当会引起测量误差，有一些是由于加工制造过程中，或是测量系统及仪器本身存在的误差，还有一些则是人为造成的，对这一部分只要我们细心并对热电偶的特性有一定的了解则是可以避免的。