热电偶实验（终）[实用论文].pdf

热电偶补偿电路实验 南京理工大学机械工程学院精密仪器与机械专业 谭彩铭 1 实验过程介绍 1.1实验器材 K型热电偶两个，PCI-6013型数采卡（NI公司），YE3817型应变放大器（江 苏联能电子技术有限公司），电脑，热水瓶，热水杯，面包板，470kΩ电阻9个， 470nF电容4个，导线若干。 1.2实验原理 热电偶是一个近似一阶系统，将热电偶迅速放入开水中，相当于给热电偶输 入一个近似阶跃信号。时间常数是一阶系统主要参数，对阶跃输入，时间常数的 大小反映了系统响应时间的快慢及复现原信号的能力。在热电偶及其后续放大电 路的输出端加一补偿电路，以减少时间常数（若补偿后的系统仍为一阶系统）， 从而加快了响应速度并提高了系统带宽。 1.3实验步骤 步骤一：将YE3817型应变放大器当电压放大器使用，YE3817型应变放大器 有一配套YE29003A型桥盒，按图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 1 步骤二：信号经桥盒进入应变放大器进行电压放大，放大后信号经数采卡接 入上位机。其过程如图2所示。 热电偶 YE29003A 型桥盒 YE3817 型应变放大器 PCI6013 型数采卡，采样率为 1kHz 上位机 图 2 仪器的连接 步骤三：准备开水一瓶，上电，打开采集程序。将热电偶迅速放入装满开水 的热水瓶或者杯子中，待输出稳定后，停止采集并保存数据。将热电偶取出，放 入冷水或置于空气中冷却。 步骤四：在应变放大器的输出端和数采卡之间加一补偿电路后重复步骤三。 步骤五：数据处理 2 实验数据分析 2.1热电偶1的实验数据分析 图3为将热电偶1在补偿前的四组阶跃相应。其中曲线1和曲线2是将热电 偶迅速放入热水杯中对应的输出，而曲线3和曲线4是将热电偶放入热水瓶中对 应的输出。两者的温度不一，可见稳态输出也不一。但时间常数不会因此而改变。 2 图 3 热电偶1 的阶跃响应曲线 计算出的时间常数（关于时间常数的计算方法在本文后面有介绍）如表 1 所示。 表 1 热电偶1 的时间常数计算值 曲线 1 曲线 2 曲线 3 曲线 4 平均值 时间常数(s) 5.4054 7.6358 6.6730 6.7413 6.6139 该热电偶及放大电路所构成的系统为一阶系统，其传递函数近似为 k H (s ) ， 要 减 少 它 的 时 间 常 数 ， 较 容 易 实 现 的 补 偿 环 节 是 6.61s +1 6.61s +1 H c (s ) ，τ 6.61 ，这里采用图 4 所示电路实现这个补偿环节。限于手