实验一 热电偶温度计制作及标定
一、实验目的
1、了解热电偶的结构，学习制作热电偶，掌握冰点法确定热电偶参比端的方法；
2、掌握使用高精度61/2位数字万用表测量热电偶的热电势和热电阻阻值的方法；
3、了解金属热电阻和半导体热敏电阻的温度特性；
4、了解热电偶、热电阻的测量数据处理的方法。
二、实验步骤
（一）热电偶制作
由两根不同质的导体熔接而成的闭合回路叫做热电回路，当其两端处于不同温度时则回路中产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。热电偶在生产和使用过程中，新制热电偶或焊点处断裂都需要将测量端焊接起来，而焊接质量的好坏直接影响热电偶测温的可靠性。
对直径为0.5mm 以下热电偶的焊接方法主要有直流电弧焊、交流电弧焊、对焊、盐水焊等。本实验采用盐水焊和直流电弧焊。
1、盐水焊
是目前贵金属热电偶测量端焊接较好的一种方法。它的优点是设备简单、操作简便、盐水对测量端腐蚀轻，焊点光亮圆滑，能够满足对热电偶焊接质量的要求。焊接装置由调压器(3—5kW)，烧杯(500ml)和热电偶夹具等组成。如图1所示。
图1 盐水法热电偶焊接
具体焊接方法如下：
1）、盐水配制：用化学纯氯化钠与蒸馏水配制成饱和盐水，并盛入烧杯中，液面离杯口不大于5mm ，以便于观察插入深度和焊点大小。
2）、焊接：一个鳄鱼夹夹住一根长100mm 、直径为3mm 的金属棒（或碳棒），放入饱和盐水中，接上调压器的输出端。用竹镊夹住经整理齐直的热电偶丝，并与调压器的另一输出端接通。根据热电偶丝的直径与材料调节调压器输出电压，约为110～160V
，将热电偶垂直插入液面，其
深度约为1mm 。插入液面的时间不宜过长，以焊点直径不超过1.2mm 为宜。观察焊点是否圆滑光亮，如果不圆须再次插入液面并控制插入深度（应浅一些）和插入时间（应短一些）使焊点圆滑。这里应注意的是，每次插入的时间隔不要太长，须在测量端还发红时接着插入盐液中。这样充分利用余热可获得成型快，焊点圆的效果。通常一个焊点在点插3—4次就可焊成。
此方法使用电压较高，超出安全电压（36V ），需要注意安全，在焊接过程中要充分重视这一点，避免发生人身事故。
2、直流电弧焊。使用DN2.5型热电偶焊机，具体操作可参考设备的使用说明书。
（二）热电偶标定
1、阅读温控电加热炉的使用说明书，了解工作原理和使用方法。
A 、温控器：作为电加热炉的温度指示、控制、定温之用。温度调节方式为时间比例式，绿灯亮时表示继电器吸合电炉加热，红灯亮时加热炉断电。
B 、温度设定：按一下“SET”按键，调节设定电位器，仪表显示的温度值℃随之变化，调节至实验所需的温度时停止。
2、热电偶参比端设置。
测量热电偶的热电势只与2个连接点的温度有关，只有当参比端温度稳定不变且已知时，才能得到热电势与被侧温度的单值函数关系。本实验采用冰点法对参比端进行处理。根据热电偶制作方法的不同，可采取不同的连接方法，对于成品热电偶或者标准热电偶丝可采用图2a 的方法，如果组成热电偶的2根金属丝是独立的，采用图2b 所示的方法为好。
a b
图2 冰点法参比端处理方法（a 、b ）
3、温度测量
首先将热电偶的测量端置于电加热炉内，加热炉的温度设定在略高于室温（室温＋10℃），如30℃，待温度稳定后，测量待测热电偶的热电势；之后升温10～15℃，温度稳定后再次测量，重复上述实验，温度范围5~95℃，记录电炉温度与热电势E 的关系，将结果填入下表。
加热炉
温度（℃）
标准温度计读
数（）
热电偶
电势（mV ） ℃ ℃℃℃℃℃ ℃ 注意：加热温度不要超过120℃。
（三）热电阻标定
1、PT100铂热电阻的电阻值在0℃时为100Ω，测温范围一般为-200~650 ℃，铂热电阻的阻值与
2R =R 1+AT +BT T 0 。 温度的关系近似线性，当温度在0℃≤T ≤650℃时，()
式中：R T ——铂热电阻T ℃时的电阻值
R 0——铂热电阻在0℃时的电阻值
A——系数（=3.96847×10-31/℃）
B——系数（＝-5.847×10-71/℃2）
2、实验对铂热电阻（Pt 100）进行标定，同样采用温控电加热炉作为标准温度、61/2位数字万用表进行电阻测量。观察已置于加热炉内的铂热电阻，待温度稳定后测量，测量铂电阻的阻值，并记录数据填入下表：
加热炉温度
（℃）
标准温度计读
数（）
热电阻阻值
（Ω） ℃ ℃℃℃℃℃ ℃ 注意：加热器温度不能超过120℃，以免损坏传感器的包装。
（四）半导体热敏电阻标定
实验原理：
热敏电阻是一种电阻值随其温度呈指数变化的半导体热敏感元件。分负温度系数热敏电阻（NTC ），正温度系数热敏电阻（PTC ）和临界温度系数热敏电阻（CTR ）。本次实验使用的热敏电阻呈负温度特性，灵敏度高，可以测量小于0.01℃的温差变化。图3为铂热电阻与热敏电阻温度曲线的比较。
图3半导体热敏电电阻与铂热电阻阻的温度特性曲曲线比较
1、实验对半导体实体热敏电阻进行标定，同样样采用温控电电加热炉作为为标准温度、61/2位数字万万用表进行电阻阻测量。观察察已置于加热热炉内的热敏敏电阻，热敏敏电阻的阻值值随温度不同变化较大，待待温度稳定后测
测量电阻值，，并记录数据据填入下表：
加热热炉温度
（℃）
标准温温度计读
数数（）
热敏电阻阻值
（Ω） ℃ ℃℃℃℃℃ ℃ 注意：：加热器温度度不能超过1201℃，以免免损坏传感器器的包装。
三、实验报告告内容
1. 简述实验原原理和实验过过程。
包括热电阻阻、热电偶的的测温原理，热电偶制作作方法。推导实验中冰点法法参比端处理理方法的物理公式。。用电路图和和必要的文字字说明2线制制，3线制，4线制测电阻阻的原理。
2. 列表给出所所有原始数据据记录。
3. 采用最小二二乘法拟合测测量得到的实实验数据，得到每个温度得度传感器独立立的的测量公式，在数
据拟合时，，进行粗大误误差的判断与与处理。
体会。 4. 实验心得体
实验一 热电偶温度计制作及标定
一、实验目的
1、了解热电偶的结构，学习制作热电偶，掌握冰点法确定热电偶参比端的方法；
2、掌握使用高精度61/2位数字万用表测量热电偶的热电势和热电阻阻值的方法；
3、了解金属热电阻和半导体热敏电阻的温度特性；
4、了解热电偶、热电阻的测量数据处理的方法。
二、实验步骤
（一）热电偶制作
由两根不同质的导体熔接而成的闭合回路叫做热电回路，当其两端处于不同温度时则回路中产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。热电偶在生产和使用过程中，新制热电偶或焊点处断裂都需要将测量端焊接起来，而焊接质量的好坏直接影响热电偶测温的可靠性。
对直径为0.5mm 以下热电偶的焊接方法主要有直流电弧焊、交流电弧焊、对焊、盐水焊等。本实验采用盐水焊和直流电弧焊。
1、盐水焊
是目前贵金属热电偶测量端焊接较好的一种方法。它的优点是设备简单、操作简便、盐水对测量端腐蚀轻，焊点光亮圆滑，能够满足对热电偶焊接质量的要求。焊接装置由调压器(3—5kW)，烧杯(500ml)和热电偶夹具等组成。如图1所示。
图1 盐水法热电偶焊接
具体焊接方法如下：
1）、盐水配制：用化学纯氯化钠与蒸馏水配制成饱和盐水，并盛入烧杯中，液面离杯口不大于5mm ，以便于观察插入深度和焊点大小。
2）、焊接：一个鳄鱼夹夹住一根长100mm 、直径为3mm 的金属棒（或碳棒），放入饱和盐水中，接上调压器的输出端。用竹镊夹住经整理齐直的热电偶丝，并与调压器的另一输出端接通。根据热电偶丝的直径与材料调节调压器输出电压，约为110～160V
，将热电偶垂直插入液面，其
深度约为1mm 。插入液面的时间不宜过长，以焊点直径不超过1.2mm 为宜。观察焊点是否圆滑光亮，如果不圆须再次插入液面并控制插入深度（应浅一些）和插入时间（应短一些）使焊点圆滑。这里应注意的是，每次插入的时间隔不要太长，须在测量端还发红时接着插入盐液中。这样充分利用余热可获得成型快，焊点圆的效果。通常一个焊点在点插3—4次就可焊成。
此方法使用电压较高，超出安全电压（36V ），需要注意安全，在焊接过程中要充分重视这一点，避免发生人身事故。
2、直流电弧焊。使用DN2.5型热电偶焊机，具体操作可参考设备的使用说明书。
（二）热电偶标定
1、阅读温控电加热炉的使用说明书，了解工作原理和使用方法。
A 、温控器：作为电加热炉的温度指示、控制、定温之用。温度调节方式为时间比例式，绿灯亮时表示继电器吸合电炉加热，红灯亮时加热炉断电。
B 、温度设定：按一下“SET”按键，调节设定电位器，仪表显示的温度值℃随之变化，调节至实验所需的温度时停止。
2、热电偶参比端设置。
测量热电偶的热电势只与2个连接点的温度有关，只有当参比端温度稳定不变且已知时，才能得到热电势与被侧温度的单值函数关系。本实验采用冰点法对参比端进行处理。根据热电偶制作方法的不同，可采取不同的连接方法，对于成品热电偶或者标准热电偶丝可采用图2a 的方法，如果组成热电偶的2根金属丝是独立的，采用图2b 所示的方法为好。
a b
图2 冰点法参比端处理方法（a 、b ）
3、温度测量
首先将热电偶的测量端置于电加热炉内，加热炉的温度设定在略高于室温（室温＋10℃），如30℃，待温度稳定后，测量待测热电偶的热电势；之后升温10～15℃，温度稳定后再次测量，重复上述实验，温度范围5~95℃，记录电炉温度与热电势E 的关系，将结果填入下表。
加热炉
温度（℃）
标准温度计读
数（）
热电偶
电势（mV ） ℃ ℃℃℃℃℃ ℃ 注意：加热温度不要超过120℃。
（三）热电阻标定
1、PT100铂热电阻的电阻值在0℃时为100Ω，测温范围一般为-200~650 ℃，铂热电阻的阻值与
2R =R 1+AT +BT T 0 。 温度的关系近似线性，当温度在0℃≤T ≤650℃时，()
式中：R T ——铂热电阻T ℃时的电阻值
R 0——铂热电阻在0℃时的电阻值
A——系数（=3.96847×10-31/℃）
B——系数（＝-5.847×10-71/℃2）
2、实验对铂热电阻（Pt 100）进行标定，同样采用温控电加热炉作为标准温度、61/2位数字万用表进行电阻测量。观察已置于加热炉内的铂热电阻，待温度稳定后测量，测量铂电阻的阻值，并记录数据填入下表：
加热炉温度
（℃）
标准温度计读
数（）
热电阻阻值
（Ω） ℃ ℃℃℃℃℃ ℃ 注意：加热器温度不能超过120℃，以免损坏传感器的包装。
（四）半导体热敏电阻标定
实验原理：
热敏电阻是一种电阻值随其温度呈指数变化的半导体热敏感元件。分负温度系数热敏电阻（NTC ），正温度系数热敏电阻（PTC ）和临界温度系数热敏电阻（CTR ）。本次实验使用的热敏电阻呈负温度特性，灵敏度高，可以测量小于0.01℃的温差变化。图3为铂热电阻与热敏电阻温度曲线的比较。
图3半导体热敏电电阻与铂热电阻阻的温度特性曲曲线比较
1、实验对半导体实体热敏电阻进行标定，同样样采用温控电电加热炉作为为标准温度、61/2位数字万万用表进行电阻阻测量。观察察已置于加热热炉内的热敏敏电阻，热敏敏电阻的阻值值随温度不同变化较大，待待温度稳定后测
测量电阻值，，并记录数据据填入下表：
加热热炉温度
（℃）
标准温温度计读
数数（）
热敏电阻阻值
（Ω） ℃ ℃℃℃℃℃ ℃ 注意：：加热器温度度不能超过1201℃，以免免损坏传感器器的包装。
三、实验报告告内容
1. 简述实验原原理和实验过过程。
包括热电阻阻、热电偶的的测温原理，热电偶制作作方法。推导实验中冰点法法参比端处理理方法的物理公式。。用电路图和和必要的文字字说明2线制制，3线制，4线制测电阻阻的原理。
2. 列表给出所所有原始数据据记录。
3. 采用最小二二乘法拟合测测量得到的实实验数据，得到每个温度得度传感器独立立的的测量公式，在数
据拟合时，，进行粗大误误差的判断与与处理。
体会。 4. 实验心得体