化工仪表及自动化实验二.doc

实验二：温度测量与显示仪衿
一. 实验目的
1. 了解测温元件的种类与使用方法
2. 掌握测温元件与显示仪表的正确配接方法
亿 实验仪器与仪衿/strong>
1. 管式电炉及炉温控制系绿/li>
2. 镍铬-镍硅热电偶（分度号K＿/li>
3. 数字式温度显示仪（XMZ-101A＿.5级）
4. 电子电位差计（XW长图系列＿.5级）
5. 电子自动平衡电桥（XQD-1或XDD-1系列＿.5级）
6. 十进制标准电阻箱（ZX38/10＿.1级）
7. 手动电位差计（UJ-33a＿/li>
三．热电偶测温以及与常用显示仪表的配接方泿
　　热电偶测温原理是热电效应。当参比端温度恒定时，热电偶产生的电势E ＿θ，ο0 ）会随被测温度的变化而变化。在测温时一定要注意参比端温度补偿问题，否则将造成测量的误差。目前参比端温度补偿主要是自动补偿法，即仪表在制造过程中就已经考虑到冷端补偿，采用特殊的电路或运算方法对冷端进行补偿。电子电位差计和数显仪表就采用自动补偿。此外在实验室里可采用计算方法进行人为的补偿，其方法是：将未经补偿时测量到的温度根据分度号转化成电势信号 E( θ , θ 0 ) ，然后查分度表得到参比端温度 E( θ 0 ,0 ), 根据公式＿E( θ ,0 )= E( θ , θ 0 ) + E( θ 0 ,0 ) ，就可以得到电势 E( θ ,0 ) ，再查分度表就可以得到准确的测量值〿
1、热电偶与电子电位差计配掿
　　电子电位差计属自动平衡式显示记录仪表，用于测量记彿mv 电压信号或配接热电偶测温。电子电位差计的测量原理是电压补偿法，即用一个已知测量电桥的输出电压（即指示值）来与未知的测量电压比较，两者的差值经放大后驱动可逆电机以改变桥路的输出电压，直至两者相等为止。一般工业用电子电位差计精度等级丿0.5 级〿br> 　　对于配接热电偶的电子电位差计，其测量桥路能自动补偿热电偶的参比端温度变化，但要求补偿电阻与热电偶的参比端处于同一温度。因此应将热电偶的参比端用补偿导线延伸到仪表所处的环境中，再用铜导线接到仪表的输入端。另外，配热电偶的电子电位差计分度号必须与热电偶一致〿br> 　　电子电位差计在使用时，有时会遇到输入端短路或开路的情况。在输入端短路时，相当于热电偶输出电势信叿E( θ , θ 0 ) 为零。由于此时补偿电阻仍然感受到参比端温度， θ = θ 0 ＿因此仪表指针指在参比端温度处（通常为室温）。如果输入端开路，意味着测量回路断开，即放大器输入开路，故放大器输出一般为零，可逆电机不转，指针也就保持不动，但有些时候放大器输出有漂移，则指针就会向增大或减小方向持续慢慢移动，直至上限或下限位置〿
2〿热电偶与数字式温度显示仪表配掿
　　数字式温度显示仪表目前应用广泛，具有显示直观、结构方便、使用简单、精度高价格低等特点。数字式温度显示仪表品种多，功能全，但最基本功能是：通过测量电路将一次仪表的输出电信号（电阻、电压或电流等）转换成电压信号，然后绿A/D 转换器将模拟信号转换成对应的数字信号，再用数码管直接显示温度数值。数字式温度显示仪还具有对热电阻、热电偶输入的非线性补偿功能，因此测量精度较高，一般在 0.5 级以上〿
　　热电偶与数显仪表配接方法类似于配接电子电位差计，同样要注意热电偶的分度号与数显仪表分度号一致，热电偶的参比端通过补偿导线直接连到数显仪表上以保证参比端温度自动补偿〿
3、热电偶与手动电位差计配掿
　　在实验室里通常可用手动电位差计来测量热电偶的电势信号，然后再通过分度表查出所测温度。手动电位差计精度等级为 0.1 级以上，可以得到精确的测量值。手动电位差计使用之前必须经过机械零点和工作电流校验，“测量”与“输出”选择开关打在“测量”端。倍率开关选择合适的档位。另外还要注意热电偶参比端温度，因为电位差计上读出的测量电势丿E( θ , θ 0 ) ，若参比端温度为 0 ℿ，则直接用测量电势去查分度表，而参比端温度不是 0 ℿ时，必须通过计算＿
　　　　E( θ ,0 )= E( θ , θ 0 ) + E( θ 0 ,0 )
　　　　甿E( θ ,0 ) 查分度表得到温度值〿
　　如果 E( θ ,0 ) 数值介于表上两个相邻测量电势之间，由于在这么小的区间范围内可以将温度与测量电势的关系近似为线性关系，故可以采用线性内插方法算出测量温度〿
四．热电阻测温以及与电子自动平衡电桥配接
　　热电阻的测温原理是基于金属导体或半导体的电阻会随温度变化而变化的特性。由于热电阻本身的电阻值较小，因此由环境温度变化而引起的热电阻连接导线电阻值变化量会导致测量误差。通常热电阻测温时与显示仪表的接线采用三线制方法，以消除环境温度对测量造成的影响〿br> 　　 电子自动平衡电桥的输入信号是热电阻，可与热电阻配套测温。从仪表的外形和内部结构看，电子自动平衡电桥与电子电位差计十分相似，但两者的工作原理完全不同。电子电位差计是用一个不平衡电桥来与被测量电势平衡而电子自动平衡电桥工作时电桥始终保持平衡。当被测电阻变化时，电桥的不平衡电压输出经放大后由可逆电机带动滑动触臂重新找到平衡点，指示被测电阻阻值〿br> 　　 热电阻与电子自动平衡电桥配套测温时，要注意分度号一致，并且采用三线制接线〿
五．热电偶与显示仪表配套测温实验内容
　　囿2-1 是实验装置示意图，图 2-2 是炉温控制系统方框图〿/p>

1. 观察实验装置电阻炉、热电偶及炉温控制系统，从数字式温度显示仪及电子电位差计读出炉温，并从记录曲线判断炉温是否已经稳定〿br> 注：本实验中炉温稳定是实验正常进行的必要条件〿/li>
2. 观察热电偶参比端是否接在室温环境下。仔细观察电子电位差计、数字式温度显示仪，了解各仪表的分度号、量程、精度等级以及结构特点，观察各仪表的输入接线端并考虑如何与热电偶连接〿/li>
3. 热电偶与电子电位差计、数字式温度显示仪的配接使用＿br> 电子电位差计和数字式温度显示仪都是具有自动补偿功能的显示仪表，而且精度均为0.5级。电子电位差计还具有记录功能〿/li>
4. 用手动电位差计测量热电偶电势，查分度表得到对应温度〿/li>

六． 热电阻与电子自动平衡电桥配套测温实验内容
　　热电阻用精密电阻箱代替，即用电阻箱模拟输出温度测量信号。实验装置图见图2-3〿

　　本实验使用电阻箱对电子自动平衡电桥的精度进行检验。电子自动平衡电桥的精度昿.5级，因此对于测量范围内任何点上的测量误差均应不超迿.5%。一般的检查方法是在量程范围内均匀地抽叿-10点（包括零点和满度），进行检查。检验时，改变电阻箱阻值（它与某个温度相对应），使平衡电桥指针与被检查点温度刻度值重合。电阻箱上的读数为标准读数Rs，刻度温度对应分度表的阻值为Rm。比较两者（Rs丿Rm）即可算出该点的绝对误差和相对百分误差。为减少读数误差，检查点应选在刻度线上〿br> 　　　绝对误差=| Rs - Rm |
　　　相对误差=| Rs - Rm |/（Rmh-Rml）ÿ00＿/p>
式中
Rm是测量值，指示温度所对应分度表的热电阻阻值；
Rs是标准值，电阻箱上读出的电阻值；
Rmh是仪表上限温度对应的热电阻阻值；
Rml是仪表下限温度对应的热电阻阻值〿br> 测量数据填入衿-2中〿/p>

七．思考题
1. 热电偶在与显示仪表配接使用时要注意哪几个方面问题＿/li>
2. 热电阻在与显示仪表配接使用时要注意哪几方面问题？
3. 如何用简单方法区别电子电位差计和电子自动平衡电桥＿/li>
若热电阻短路或断路，电子自动平衡电桥的指针应分别指在哪里＿br>