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/E行热电偶、温度源、温度传感器实验模块。

三、实验原理：

热电偶传感器的工作原理

热电偶是一种使用最多的温度传感器，它的原理是基于1821年发现的塞贝克效应，即两种不同的导体或半导体A或B组成一个回路，其两端相互连接，只要两节点处的温度不同，一端温度为T，另一端温度为T0，则回路中就有电流产生，见图1（a），即回路中存在电动势，该电动势被称为热电势。

                 图1（a）                          图1（b）           

两种不同导体或半导体的组合被称为热电偶。

当回路断开时，在断开处a，b之间便有一电动势ET，其极性和量值与回路中的热电势一致，见图1（b），并规定在冷端，当电流由A流向B时，称A为正极，B为负极。实验表明，当ET较小时，热电势ET与温度差（T-T0）成正比，即

            ET=SAB（T-T0）                                   （1）

SAB为塞贝克系数，又称为热电势率，它是热电偶的最重要的特征量，其符号和大小取决于热电极材料的相对特性。

热电偶的基本定律：

（1）均质导体定律 

由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面积和长度如何，也不论各处的温度分布如何，都不能产生热电势。

（2）中间导体定律 

用两种金属导体A，B组成热电偶测量时，在测温回路中必须通过连接导线接入仪表测量温差电势EAB（T，T0），而这些导体材料和热电偶导体A，B的材料往往并不相同。在这种引入了中间导体的情况下，回路中的温差电势是否发生变化呢？热电偶中间导体定律指出：在热电偶回路中，只要中间导体C两端温度相同，那么接入中间导体C对热电偶回路总热电势EAB（T，T0）没有影响。

（3）中间温度定律 

如图29-2所示，热电偶的两个结点温度为T1，T2时，热电势为EAB（T1，T2）；两结点温度为T2，T3时，热电势为EAB（T2，T3），那么当两结点温度为T1，T3时的热电势则为

EAB（T1，T2）+ EAB（T2，T3）=EAB（T1，T3）                     （2）

式（2）就是中间温度定律的表达式。譬如：T1=100℃，T2=40℃，T3=0℃，则

EAB（100，40）+EAB（40，0）=EAB（100，0）                    （3）

图29-2

热电偶的分度号

热电偶的分度号是其分度表的代号（一般用大写字母S、R、B、K、E、J、T、N表示）。它是在热电偶的参考端为0℃的条件下，以列表的形式表示热电势与测量端温度的关系。

四、实验内容与步骤

1．重复实验二十六，将温度控制在500C，在另一个温度传感器插孔中插入K型/E型热电偶温度传感器。

图3

2．将±15V直流稳压电源接入温度传感器实验模块中。温度传感器实验模块的输出Uo2接主控台直流电压表。

3．将温度传感器模块上差动放大器的输入端Ui短接，调节Rw4到最大位置，再调节电位器Rw3使直流电压表显示为零。

4．拿掉短路线，按图3接线，并将K型热电偶的两根引线，热端（红色）接a，冷端（绿色）接b；记下模块输出Uo2的电压值。

5．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

      1．根据表29-1的实验数据，作出UO2-T曲线，分析K型热电偶的温度特性曲线，计算其非线性误差。

2．根据中间温度定律和K型/E型热电偶分度表，用平均值计算出差动放大器的放大倍数A。

附 表1-1  E型热电偶分度表（分度号：E，单位：mV）