热电偶实验报告.docx

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热电偶实验报告

热电偶实验报告

热电偶辨识实验

一实验目的:

通过对热电偶的辨识，并对辨识结果进行动态误差修正，掌握系统辨识方法中的时域辨

识方法和对测量结果的动态误差修正方法，了解动态误差修正在实际生活中的应用。

二实验器材:

热电偶一个，应变放大器一台，桥盒一个，数采模块，pc机一台。

三实验原理:

本实验是基于热电偶测温的工作原理所做，即:

热电偶是由两种不同成

份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之

间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应（seebeckeffect）。

两种不同成份

的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处

于某个恒定的温度下。

读出热端的电动势，然后根据热电动势与温度的函数关系可得出当前

的温度值。

当我们将热电偶放入热水中，由于温度的变化，产生一个阶跃信号，通过图形确

定系统是几阶系统，然后对模型进行辨识，并对测量结果进行动态误差修正，将修正前后的

响应特性曲线进行比较，对实验结果进行分析。

四实验过程:

（1）将热电偶通过桥盒与应变放大器相连，然后与pc机连接好，组成一个完整的传感

器系统。

按如图1所示方式将热电偶的两个接线端接入桥盒。

图1热电偶与桥盒的连接

（2）pci6013——ai接线分配如图2所示，我们这里选择的是第一通道，所以连接33

号跟64号线。

图2pci6013——ai接线分配

（3）打开labview，单击启动采集按钮，将k型热电偶迅速放进热水瓶中，待输出稳定

后保存数据然后取出热电偶冷却，然后重复多次试验，保存数据。

（4）利用所保存的数据进行系统辨识和误差修正。

五实验数据分析

下面通过实验来进行系统辨识及其动态误差修正。

它利用不平衡电桥产生的热电势来补偿热电偶因冷端温度的变化而引起热电势的变化,

经过设计,可使电桥的不平衡电压等于因冷端温度变化引起的热电势变化而实现的自动补偿。

后接放大器来将热电偶输出的电压信号进行放大，经过数采卡进行数

据采集，最后传到计算

机处理。

经实验测得几组数据，经过仿真得到如图3所示阶跃响应特

性曲线。

图3阶跃响应特性曲线

由于初始状态不为零，所以通过一定的计算使他的初始状态变为零。

如图

4所示。

图4未加补偿前的阶跃响应图像本

实验采用动态测量系统的时域辨识，根据上述所获

得的阶跃响应曲线可判断该系统为一阶或者二阶系统。

本实验采用最

小二乘法来辨识差分方

程。

为了辨识差分方程的阶次，分别采用一阶和二阶进行辨识，通过比较

拟合误差平方和来

确定是几阶系统。

调用[a,b,j]=de_id01（x,y,1）和[a,b,j]=de_id01（x,y,2）可得

一阶差分方

程的拟合误差为j=0.0016，二阶差分方程的拟合误差为j=0.0010，由

于拟合误差差距不大

且一阶系统辨识较为简单，故将待辨识差分方程的阶次设为1阶。

设离散传递函数为h1（z）=（b0+b1z-1）/（1+a1z-1）其中a1,b1和b0为待辨

识方程的系

统参数。

得到参数辨识结果为transferfunction:

1.997e-005-1.649e-005z^-1

----------------------------

1-0.9993z^-1

samplingtime:

0.001这是一个一阶低通系统，其幅频特性和相频特性

如图5所示。

图5原系统频响特性由幅频特性曲线可见，原系统的工作频带是在低频

段，公称增益

应为增益下降到10%附近的公称增益的上限频率约为v10%=0.05。

篇

二:

热电偶测温系统实验

报告书热电偶测温系统实验报告书091班

瑜、康宁班级:

铁道自动化小组成员:

何俊峰、严云钧、王

鹏远、倪森目录

一热电偶的工作原理，补偿方法及其应用1热电偶的工作原理2热电偶的补偿方法

3热电偶的实际应用

二热电偶测温系统的相关介绍1线路原理图2主要原件及其作用

3调试方法及其注意事项三实验收尾及总结报告1处理实验数据

2实验总结

一热电偶的工作原理，补偿方法及其应用1热电偶的工作原理

（2）分类:

（s型热电偶）铂铑10-铂热电偶铂铑10-铂热电偶（s型热电偶）为贵金属热电偶。

偶丝直径规定为0.5mm，

允许偏差

-0.015mm，其正极（sp）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为10%，

含铂为90%，负极（sn）

为纯铂，故俗称单铂铑热电偶。

该热电偶长期最高使用温度为1300?

，

短期最高使用温度为

1600?

。

s型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区

宽，使用寿命长等

优点。

它的物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性

能好，适用于氧化性和

惰性气氛中。

由于s型热电偶具有优良的综合性能，符合国际使用温

标的s型热电偶，长期

以来曾作为国际温标的内插仪器，“its-90”虽规定今后不再作为国际

温标的内查仪器，但国

际温度咨询委员会（cct）认为s型热电偶仍可用于近似实现国际温标。

s型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强

度下降，对污

染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。

（r型热电偶）铂铑13-铂热电偶铂铑13-铂热电偶（r型热电偶）为贵金属热电偶。

偶丝直径规定为0.5mm，

允许偏差

-0.015mm，其正极（rp）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为13%，

含铂为87%，负极（rn）

为纯铂，长期最高使用温度为1300?

，短期最高使用温度为1600?

。

r型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，

使用寿命长等

优点。

其物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能

好，适用于氧化性和惰

性气氛中。

由于r型热电偶的综合性能与s型热电偶相当，在我国一直难于推广，除在进口设备上的测温有所应用外，

国内测温很

少采用。

1967年至1971年间，英国npl，美国nbs和加拿大nrc三大

研究机构进行了一项合

作研究，其结果表明，r型热电偶的稳定性和复现性比s型热电偶均

好，我国目前尚未开展

这方面的研究。

r型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机

械强度下降，对污

染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。

（b型热电偶）铂铑30-铂铑6热电偶

铂铑30-铂铑6热电偶（b型热电偶）为贵金属热电偶。

偶丝直径规定为

0.5mm，允许偏

差-0.015mm，其正极（bp）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为

30%，含铂为70%，负极

（bn）为铂铑合金，含铑为量6%，故俗称双铂铑热电偶。

该热电偶

长期最高使用温度为1600?

，

短期最高使用温度为1800?

。

b型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，

使用寿命长，

测温上限高等优点。

适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空

中，但不适用于还原性

气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。

b型热电偶一个明显的优点是

不需用补偿导线进行补

偿，因为在0~50?

范围内热电势小于3μv。

b型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强

度下降，对污

染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。

（k型热电偶）镍铬-镍硅热电偶镍铬-镍硅热电偶（k型热电偶）是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量

为其他热电偶

的总和。

正极（kp）的名义化学成分为:

ni:

cr=90:

10，负极（kn）

的名义化学成分为:

ni:

si=97:

3，其使用温度为-200~1300?

。

k型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性

能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中。

广泛为用户所采用。

k型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也

不推荐用于弱氧化气氛中。

（n型热电偶）镍铬硅-镍硅热电偶

镍铬硅-镍硅热电偶（n型热电偶）为廉金属热电偶，是一种最新国际标准化的热电偶，

是在70年代初由澳大利亚国防部实验室研制成功的它克服了k型热电偶的两个重要缺点:

k

型热电偶在300~500?

间由于镍铬合金的晶格短程有序而引起的热电动势不稳定;在800?

左

右由于镍铬合金发生择优氧化引起的热电动势不稳定。

正极（np）的名义化学成分为:

ni:

cr:

si=84.4:

14.2:

1.4，负极（nn）的名义化学成分为:

ni:

si:

mg=95.5:

4.4:

0.1，其使用

温度为-200~1300?

。

n型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化

性能强，价格便宜，不受短程有序化影响等优点,其综合性能优于k型

热电偶,是一种很有发

展前途的热电偶.

n型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也

不推荐用于弱氧化气氛中。

（e型热电偶）镍铬-铜镍热电偶

镍铬-铜镍热电偶（e型热电偶）又称镍铬-康铜热电偶，也是一种廉金属的热电偶，正

极（ep）为:

镍铬10合金，化学成分与kp相同，负极（en）为铜镍合金，名义化学成分为:

55%的铜，45%的镍以及少量的锰，钴，铁等元素。

该热电偶的使用温度为-200~900?

。

e型热电偶热电动势之大，灵敏度之高属所有热电偶之最，宜制成热电堆，测量微小的

温度变化。

对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏，宜用于湿度较高的环境。

e热电偶还具有稳定

性好，抗氧化性能优于铜-康铜，铁-康铜热电偶，价格便宜等优点，能用于氧化性和惰性气

氛中，广泛为用户采用。

e型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性气氛中，热电势均匀性较差。

（j型热电偶）铁-铜镍热电偶

铁-铜镍热电偶（j型热电偶）又称铁-康铜热电偶，也是一种价格低廉的廉金属的热电

偶。

它的正极（jp）的名义化学成分为纯铁，负极（jn）为铜镍合金，

常被含糊地称之为康

铜，其名义化学成分为:

55%的铜和45%的镍以及少量却十分重要的

锰，钴，铁等元素，尽管

它叫康铜，但不同于镍铬-康铜和铜-康铜的康铜，故不能用en和tn

来替换。

铁-康铜热电偶

的覆盖测量温区为-200~1200?

，但通常使用的温度范围为0~750?

j型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性

较好，价格便

宜等优点,广为用户所采用。

j型热电偶可用于真空，氧化，还原和惰性气氛中，但正极铁在高温下氧

化较快，故使

用温度受到限制，也不能直接无保护地在高温下用于硫化气氛中。

（t型热电偶）铜-铜镍热电偶铜-铜镍热电偶（t型热电偶）又称铜-康铜热电偶，也是一种最佳的测量低

温的廉金属

的热电偶。

它的正极（tp）是纯铜，负极（tn）为铜镍合金，常之为

康铜，它与镍铬-康铜的

康铜en通用，与铁-康铜的康铜jn不能通用，尽管它们都叫康铜，铜

-铜镍热电偶的盖测量

温区为-200~350?

。

t型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均

匀性较好，价格便

宜等优点,特别在-200~0?

温区内使用，稳定性更好，年稳定性可小于

?

3μv，经低温检定可

作为二等标准进行低温量值传递。

t型热电偶的正极铜在高温下抗氧化性能差，故使用温度上限受到限制

2热电偶的补偿

1.补偿导线的选择

补偿导线一定要根据所使用的热电偶种类和所使用的场合进行正确

选择。

例如,k型偶应

该选择k型偶的补偿导线,根据使用场合,选择工作温度范围。

通常kx

工作温度为-20,100?

宽范围的为-25,200?

。

普通级误差为?

2.5?

精密级为?

1.5?

。

2.接点连接篇三:

实验报告样板《热电偶的定标与测温》实验（实训）报告

辽宁科技大学学院（系）

年月日篇四:

热电偶标定实验报告

热电偶的制作与

标定试验指导老师:

徐之平学生:

代国岭学号:

102270028专

业:

工程热

物理热电偶的制作与标定试验

一、实验目的

1（了解热电偶温度计的测温原理

2（学会热电偶温度计的制作与矫正方法3（掌握电位差计的原理和使用方法二、实

验仪器

p21588型数字毫伏表、sy821型转换开关、rts-00b制冷恒温槽、hts-300b标准油槽、

实验热电偶三、实验原理

两种不同成份的导体a、b（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当a、b两个

接合点的温度t、t0不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电

动势称为热电势。

热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度

的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）;冷端与显示仪表或

配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。

热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，

对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题:

（1）热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数;

（2）

热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关;

（3）当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温

度

差有关;若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函

数。

四、实验记录及处理1（热电偶的制作

按实验要求，截取两根适当长度的电偶丝，消除两端的氧化膜，套上绝缘套管，用钢丝

钳将两根偶丝的端部胶合在一起。

微微加热，立即蘸取少许硼砂，再在热源上加热，使硼砂

均匀地覆盖住胶合头，防止偶丝高温焊接时氧化。

交流弧焊法:

将隔离变压器输出电压调至30v左右，以碳棒为一极，胶合头为一极，用

绝缘良好的夹子夹住，使两极相碰，电弧产生的瞬间高温使胶合头熔焊在一起，形成光滑的

焊珠。

刚焊接的热电偶存在内应力，金相结构不符合要求，使用过程中会导致温差电势不稳定，

结果重显性差。

精密测量用的热电偶必须进行严格的热处理，消除内

应力。

2（热电偶的校

正

将热电偶的两端分别插入盛有少许硅油的玻管中，然后将一支玻管

（冷端）插入盛有冰

水的保温瓶中，另一支玻管（热端）插入恒温水浴中。

调节恒温水浴

的温度，在室温至800c

之间均匀地取六个不同温度的点，用电位差计分别测出各温度点的电

动势。

实验数据记录拟合曲线如下篇五:

实验五热电偶原理及现象

北京xxx大学

实验报告

课程（项目）名称:

实验五热电偶原理及现象学院:

专业:

班级:

学号:

姓名:

成绩:

2013年

12月10日

一、任务与目的

了解热电偶的原理及现象

二、实验仪器

所需单元及附件:

15v不可调直流稳压电源、差动放大器、f,v表、加热器、热电偶、

水银温度计（自

备）、主副电源

旋钮初始位置:

f,v表切换开关置2v档，差动放大器增益最大。

三、原理（条件）

二种不同的金属导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电

流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。

本实验中实验仪所配的热电偶

是由铜,康铜组成的简易热电偶，分度号为t。

四、内容与步骤

（1）了解热电偶原理:

二种不同的金属导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。

通常把两种不同金属的这种组合称为热电偶。

具体热电偶原理参考教课书。

（2）了解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的热电偶是由铜,康铜组成的简易热电偶，分度号为t。

实验仪有二个热电偶，它封装在双平行梁的上片梁的上表面

（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个热电偶串

联在一起产生热电势为二者的总和。

（3）按图1接线、开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使f,v表显示零，记录下自备温度计的室温。

图1

（4）将,15v直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，观

察f,v表显示值

的变化，待显示值稳定不变时记录下f,v表显示的读数e。

（5）根据热电偶的热电势与温度之间的关系式:

eab（t,0）=eab（t,tn）+eab（tn,0）其中:

t------热电

偶的热端（工作端或称测温端）温度。

tn------热电偶的冷端（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。

0------0?

1（热端温度为t,冷端温度为室温时热电势。

eab（t,tn）=（f/v显示表e）/100*2（100为差动放大器的放大倍数，2为二个热电偶串联）。

2（热端温度为室温，冷端温度为0?

，铜,康铜的热电势:

eab（tn,to）:

查以下所附的热电偶自由端为0?

时的

热电势和温度的关系即铜,康铜热电偶分度表，得到室温（温度计测得）时热电势。

3（计算:

热端温度为t，冷端温度为0?

时的热电势，eab（t,to）,根据

计算结果，查分度表得到温度t。

（6）实验完毕关闭主、副电源，尤其是加热器,15v电源（自备温度

计测出温度后马上

拆去

15v电源连接线）其它旋钮置原始位置。

五、数据处理（现象分析）

将,15v直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地之后，发现fv

表的示示值

变化呈增长状态，待示值稳定不变时记录下f,v表显示的读数

e=0.176v。

根据热电偶的热电势

与温度之间的关系式:

eab（t,0）=eab（t,tn）+eab（tn,0）其中:

t------热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。

tn------热电偶的冷端（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。

0------0?

计算出所测温度:

测的温度为41.36?

六、结论通过实验进一步了解了热电偶原理，并且观察了实过程中

的工作状况，通过对

实验数据的整理计算，得出实验结果温度为41.36?

，通过实验又一

次复习巩固了查表以及

温度计算等方面的知识。

七、思考:

（1）为什么差动放器接入热电偶后需再调差放零点,因为在接入热电偶后，会破坏了电路的对称性，而差动放大器的最显著特

点就是电路的

对称性，所以需再调差放零点。

（2）即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也了会有很大误差，

为什么,实验中由于接点的电阻，导线的

长与短，电压测试电路的内阻等等，很多因素影响着电

压的测量精度。

电压不准，再用电压值去表示温度值，当然也不会非

常准确。