热电偶的定标讲义.doc

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1、热电偶的定标和测温【实验目的】1.加深对温差电现象的理解；2.了解热电偶测温的基本原理和方法；3.了解热电偶定标基本方法；【实验仪器】热电偶、恒流智能控温仪、加热装置、杜瓦瓶（保温杯）【实验原理】1.温差电效应在物理测量中，经常将非电量如温度、时间、长度等转换为电量进行测量，这种方法叫做非电量的电测法。其优点是测量方便、迅速，而且可提高测量精密度。温差电偶是利用温差电效应制作的测温元件，在温度测量与控制中有广泛的应用。本实验是研究温差电偶的温差电动势与温度的关系。同一种金属两端处于不同温度时，金属的两端就产生一个电位差：汤姆逊电动势。当两种不同金属互相接触时，接

2、触面上产生一个接触电位差：铂尔贴电动势。由两种不同的金属或由两种不同成分的合金(热电偶丝材或热电极)A、B的两端彼此焊接在一起组成闭合回路时（如图1），若两端点温度分别为t和t0，则回路中就有温差电动势，它是铂尔贴电动势和汤姆逊电动势之和．图12.热电偶两种不同金属串接在一起，把一端置于被测温场中，称为测量端(热端)；另一端恒定于某一温度，称为自由端(冷端)，用仪器相连进行测温（图2）的元件称为温差电偶，也叫热电偶。图2温差电偶的温差电动势与二接头温度之间的关系比较复杂，但是在较小温差范围内可以近似认为温差电动势与温度差（）成正比，即(1)式中为热端的温度，为冷

3、端的温度，称为温度系数（或称温差电偶常量）单位为V℃，它表示二接点的温度相差1℃时所产生的电动势，其大小取决于组成温差电偶材料的性质，即6(2)式中为玻耳兹曼常量，为电子电量，和为两种金属单位体积内的自由电子数目。如图3所示，温差电偶与测量仪器有两种连接方式：（a）金属B的两端分别和金属A焊接，测量仪器M插入A线中间；（b）A、B的一端焊接，另一端和测量仪器连接。图33．中间导体定律在热电偶回路中接入中间导体（第三导体），只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响，这就是中间导体定律。依据中间导体定律，在热电偶实际测温应用中，常采用热端焊

4、接、冷端开路的形式，冷端经连接导线与测量仪器连接构成测温系统（图3（b）），不用担心导线与热电偶连接处产生的接触电势会使测量产生附加误差。4.热电偶温度计将冷端置于冰水混合物中，保持=0℃，将热端置于待测温度处，即可测得相应的温差电动势，再根据事先校正好的曲线或数据来求出温度。这样就组成一个热电偶温度计(图4)所示。热电偶温度计的优点是热容量小，灵敏度高，反应迅速，测温范围广，能直接把非电学量温度转换成电学量。因此，在自动测温、自动控温等系统中得到广泛应用。5．热电偶的定标图4热电偶定标的方法有两种。（1）比较法：即用被校热电偶与标准热电偶去测同一温度，测得一组

5、数据，其中被校热电偶测得的热电势由标准热电偶所测得的热电势所校准，在被校热电偶的使用范围内改变不同的温度、进行逐点校准，就可得到被校热电偶的一条校准曲线。（2）固定点法：利用已知的几种合适纯物质在一定气压下（一般是标准大气压）的沸点和熔点温度，也可通过恒温加热装置确定几个温度点，测出热电偶在这些温度下的对应的电动势，从而得到热电势和热电势--温度关系曲线，这就是所求的校准曲线。6本实验采用固定点法对热电偶进行定标。定标时把热电偶的冷端浸入冰水共存的杜瓦瓶中，如图4所示。热端插入恒温加热装置中，该装置可恒温在室温至120℃之间设定的温度点。逐个改变设定温度，用数字

6、电压表测出对应点的温差电动势。以电动势为纵轴，以热端温度t为横轴。标出各测量点，连成直线，即为热电偶的定标曲线。有了定标曲线，就可以利用该热电偶测温度了。若将冷端保持在原来的温度（=0℃），将热端插入加热装置中，仼意改一温度，测出此时的温差电动势，再由-图线，可查出该温度。【实验内容和步骤】1.测温差电动势（1）将“恒流智能控温仪”机箱后部插座与加热装置基台后部的插座用专用导线进行连接。（2）将两种待测的热电偶(T型和E型)的热端分别插入加热装置上的“热电偶插口（Ⅰ）”和“热电偶插口（Ⅱ）”中（热电偶区分可依据其连线颜色：E型为黄、黑；T型为红、黑）。其冷端同时

7、插入装有冰水混合物的杜瓦瓶中。并将其中一种待测热电偶的连接线接入“热电偶定标实验仪”上的“电压测量”接线端，红色插头(+)、黑色插头(-)分别插对应颜色插座。注意：首次使用在热电偶插口中加入适量硅油，可使热电偶受热均匀（不必每次加）。（3）开启“恒流智能控温仪”电源，进行温度控制仪的设置（电源开启后温度控制仪上“测定温度”显示的是当时的室温，“设定温度”显示的是仪器出厂时的设定温度）。设计好实验测试温度点（如40℃、60℃、80℃、100℃）然后进行下列操作（参见图5）。图5按“位移”键调整时，数字闪烁的位即是要进行调整的位数。调好再按“位移”6键，可进行下一位

8、调整。最后按设置键1次结