实验N1__热电偶温差电动势的测量

实验N1 热电偶温差电动势的测量及标定

【实验目的】

1． 了解热电偶的工作原理。

2． 掌握热电偶的标定及测温方法。 【实验仪器】

FB203型多挡恒流智能控温实验仪，深圳MASTECH 公司的MS8050型5-1/2位数字万用表，MS6501型数显温度计等。 【实验原理】

1． 热电偶测温原理

热电偶亦称温差电偶，是由A 、B 两种不同材料的金属丝的端点彼此紧密接触而组成的。当两个接点处于不同温度时（如图1），在回路中就有直流电动势产生，该电动势称温差电动势或热电动势。当组成热电偶的材料一定时，温差电动势E x 仅与两接点处的温度有关，并且两接点的温差在一定的范围内有如下近似关系式

E X ≈a (t −t 0) （1）

式中α称为温差电系数，对于不同金属组成的热电偶，α是不同的，其数值上等于两接点温度差为1 oC 时产生的电动势。

图1 图2

实验室所用铜－康铜热电偶的在100℃时的温差电动势约为4.3mV ，可用5位半的数字万用表测量，精度可达到0.001mV 。由于测量时需保证测量仪器的引入不影响热电偶原来的性质，例如不影响它在一定的温差t －t 0下应有的电动势E x 值。要做到这一点，实验时应保证一定的条件。在A 、B 两种金属之间插入第三种金属C 时，若它与A 、B 的两连接点处于同一温度t 0（图2），则该闭合回路的温差电动势与上述只有A 、B 两种金属组成回路时的数值完全相同。所以，我们把A 、B 两根不同化学成分的金属丝的一端焊在一起，构成热电偶的热端（工作端）。将另两端各与铜引线（即第三种金属C

）

焊接，构成两个同温度（t 0

）的冷端（自由端）。铜引线与数字万用表相连，这样就组成一个热电偶温度计。如图3所示。通常将冷端置于冰水混合物中，保持t 0=0o C ，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t 。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，还能直接把非电学量温度转化为电学量。因此，在自动测温、自动控温等系统中得到广泛应用。

图3

【实验内容】

1． 对热电偶进行定标，并求出热电偶的温差电系数α。

用实验方法测量热电偶的温差电动势与工作端温度之间的关系曲线，称为对热电偶定标。本实验采用常用的比较定标法，即用一标准的测温仪器（如标准水银温度计或已知高一级的标准热电偶）与待测热电偶置于同一能改变温度的调温装置中，测出E x ～t 定标曲线。具体步骤如下：

⑴ 按图4所示连接线路，注意热电偶及各电源的正、负极的正确连接。将热电偶的冷端置于冰水混合物中，确保t 0=0o C （测温端置于加热器内）。

图4 接线图

⑵ 用数字万用表测量待测热电偶的电动势。先测出室温时热电偶的电动势，然后开启温控仪电源，给热端加温。每隔10 oC 左右测一组（t ，E x ），直至100 oC 为止。由于升温测量时，温度是动态变化的，故测量时可提前2 o C 进行跟踪，以保证测量速度与测量精度。测量时，一旦达到补偿状态应立即读取温度值和电动势值，再做一次降温测量，即先升温至100 oC ，然后每降低10 o C 测一组（t ，E x ），再取升温降温测量数据的平均值作为最后测量值。另外一种方法是设定需要测量的温度，等控温仪稳定后再测量该温度下温差电动势。这样可以测得更精确些，但需要花费较长的实验时间。 【数据与结果】

⒈ 热电偶定标数据记录

室温t =＿＿＿o C E N (t )= ＿＿＿V t 0=0o C 序 号温度t （o C ） 电动势（mV ） 温度t （C ） 电动势（mV ）

序 号⒉ 作出热电偶的标定曲线

用直角坐标纸作E x ~t 曲线。定标曲线为不光滑的折线，相邻点应直线相连，这样在两个校正点之间的变化关系用线性内插法予以近似，从而得到除校正点之外其他点的电动势和温度之间的关系。

所以，作出了标定曲线，热电偶便可以作为温度计使用了。

⒊ 求铜－康铜热电偶的温差电系数α

在本实验温度范围内，E x -t 函数关系近似为线性，即E 2=α× t (t 0=0o C) 。所以，在定标曲线上可

给出线性化后的平均直线，从而求得α。在直线上取两点a （Ea , t a ）, b (E b ,t b )(不要取原来测量的数据点，并且两点间尽可能相距远一些) ，求斜率

K =

即为所求的a 。

E b −E a

t b −t a

⒋ α的理论值为0.0436mV/ oC ，求测量结果的相对误差E 。

【注意事项】

（1）仪器使用后应关闭电源，长期不用请拔出电源线。

（2）在用户正常使用及保管的情况下，仪器的保修期为12个月。

附录 铜－康铜热电偶分度表

温度 （℃）

热电势（mV ）

-0.534-0.1540.5490.9511.3611.7802.2072.6433.0873.5383.9984.4654.9395.4205.9086.4036.9037.4117.9248.4438.968

-0.571-0.1930.5890.9921.4031.8822.2502.6873.1313.5844.0444.5124.9875.4695.9576.4526.9547.4627.9758.4959.024

-0.608-0.2310.2340.6291.0321.4441.8652.2942.7313.1763.6304.0914.5595.0355.5176.0076.5027.0047.5138.0278.5489.074

-0.683

-0.720

-10 -0.1160 0.195

注意：1；不同的热电偶的输出会有一定的偏差，所以表格的数据仅供参考。

2；测量负温度系数的热敏电阻时，QJ23电桥的“RX ”端二接线柱与温控仪上的“热敏电阻”二接线柱用导线连接，即可测量。

3；测量正热敏电阻时，应将专用导线一头插入加热装置接线盒上的“热敏电阻（正温度系数）插口”，导线另一头的两接线叉接入QJ23电桥“RX ”二接线柱，即可测量。