温度的电测法-热电偶的定标和测温

当两种不同金属互相接触时，接触面上产生一个接触电 位差：铂尔贴电动势； 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。 由两种不同的金属或由两种不同成 分的合金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． 产生温差电动势的装置称为热电偶。 苏州大学物理实验教学中心 A t0 B 图1 t
热电偶定标和测温
力热学实验
实验目的 实验原理 实验内容 注意事项 思考题
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【实验目的】
1. 了解非电量的电测法原理．
力热学实验
2. 学习热电偶定标、测温方法． 3. 进一步掌握电位差计的使用．
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【实验原理】
1．热电偶热电现象及测温原理
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3．电动势的测量原理 (1)补偿法测电动势
如图3所示，当检流计 示数为零时， ES 的示数即 为待测电动势 Ex 的值，此 即补偿法。
图3 补偿法测电动势
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(2)实际工作电路
如图 4 所示，先将双刀开关 S 与 ES 相接，固定 C 点，调节 R ，使检 流计示数为零，此为校准电阻 AB 中的(工作)电流：
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当组成热电偶的材料一定时，温差电动势Ex 唯一地决定 于两端点的温度差 t － t0，其大小近似为：
E x C ( t t0 )
式中C为温度系数，由组成热电偶的材料决定。
接电势差计
用热电偶测量温度时，通常把一端置于被 测温场中，称为测量端(热端)；另一端恒定于 某一温度，称为参考端(冷端)，如图2所示。
E S I AB l AC
图4 工作电路
再将 S 与 Ex相接，固定 R (IAB不 变 ) ，调节 C 点位置，使检流计示 数为零，可得Ex的值： '
E x I AB l
' AC
l AC ES l AC
电势差计中，ES/lAC是定值，将l‘AC 相对ES/lAC定标的结 果直接标在刻度盘上，即可直观读出Ex值。 苏州大学物理实验教学中心
Hale Waihona Puke Baidu
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【思考题】
1 ．若在校准工作电流过程中检流计的指针总是偏 向一边，试分析有哪些可能的原因? 2．实验中怎样判定热电偶两根引线的正、负极性? 3 ．如果在实验中热电偶“冷端”不放在冰水混合 物中，而直接处于室温中，对实验结果会有些什么 影响?
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6、测温
将热电偶热端悬空置于实验室内空气 中，测量温差电动势，从热电偶的定标曲 线上查出实验室温度，并与水银温度计测 得的结果进行比较。
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【注意事项】
1. 电源极性不可接错;
2. 测量时一定要遵循“先粗调，后
细调”的原则，确保检流计不因过 载而被损坏。
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1
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4、测量未知温差电动势
1 将热水倒入热端部分的电热杯(约 2 杯)中。不断调 节测量转盘I、II、III，使检流计指针随时指“零”， 每隔 3~5 度左右，读出水银温度计的温度，以及测量 转盘读数，即得到热端在该温度时的温差电动势Ex， 共测8~10组数据。
5、定标 以温度 t 为横坐标，温差电动势 Ex 为纵坐标，绘 出Ex－t 定标曲线，并用图解法求出 Ex=C(t－t0 )中的C 值． 苏州大学物理实验教学中心
图5
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2、校正工作电流
根据实验室提供的标准电池电动势值，置RS于 相应位置，旋 K1 至“ ×1” 、 K2 至“标准”，依次 调节Rn，使检流计指针指“零”，电位差计即达到 补偿状态IAB=ES/lAC 。
3、测量练习
将冰块放入冷端部分的保温杯(约 2 杯)中，加少量 自来水形成冰水混合物；热端置于空气中，旋K2至热 电偶接入端，调节测量转盘 I 、 II 、 III ，使检流计指 针指“零”，立刻读出水银温度计的温度及测量转盘 读数，即得到热端为室温时的温差电动势。 苏州大学物理实验教学中心
A
－
＋
B
当t0 恒定时，热电偶所产生的温差电动势 t0 t 仅随测量端温度变化。只要把已测得的温差 图2 电动势与测量端温度的对应关系整理成热电 偶定标曲线，测量时便可根据测得的温差电 动势来求得被测温度。 苏州大学物理实验教学中心
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2．热电偶的定标
热电偶的定标就是用实验方法，找出热电偶两端温度差 与温差电动势的对应关系曲线． 根据温度给定方法和测定方法不同，热电偶的定标方法 分为纯物质定点定标法和比较定标法等． 这里仅介绍比较定标法： 将热电偶冷端置于冰水混合物中，热端置于热水中，让 其自然冷却，用水银温度计测量其温度，同时用电位差计 测出热电偶对应温差时的温差电动势，以一定温度间隔进 行多点测量后即可画出Ex(t) －t 定标曲线。 苏州大学物理实验教学中心
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4．热电偶的测温
得出热电偶的Ex(t) －t 定标曲线后，只要测出待测条 件下热电偶输出的温差电动势，就可在定标曲线上标定
相关条件下热电偶两端的温差，冷端温度已知（固定）
时，热端的温度随之被测出。
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【实验内容】
1、接线
力热学实验
按图5接入标准电池Es、检流计G、工作电源E(5.7 ～6.4V)，热电偶引线接入“未知1”(或“未知2”)。检 流计G接入前要先进行零点调节。