大学物理实验 热电偶温度计设计

热电偶温度计的设计探讨

吉林建筑大学城建学院

土木工程系

交通工程12级-1班 1205000123 屈少伟

【内容摘要】

用温差电偶测温就是把非电学量转化为电学量测量，即把温度转化为温差电动势来测量温度。将两种不同金属导体的两端分别连接起来，构成一个闭合回路，一端加热，另一端冷却，则两个接触点之间由于温度不同，将产生电动势，导体中会有电流发生（温差效应）。这种温度计测温范围很大。本次实验选用铜-康铜两种金属形成闭合回路作为温差电偶装置，设计热电偶温度计。并通过恒温水浴锅、数字电压表、电热杯等设备为所设计的热电偶温度计定标。

【关键词】

温差效应铜-康铜温差电偶温差固定点法定标

一、引言

传统温度计测量范围相对较小，而热电偶温度计测量范围很大，本实验探究热电偶温度计的实验原理，并尝试制作热电偶温度计。

二、实验目的：

（1）了解热电偶温度计的测温原理

（2）学会热电偶温度计的设计方法

（3）学会数字电压表（或电位差计）的原理和使用方

三、实验仪器：

铜-康铜温差电偶数字电压表（或电位差计）保温杯电热杯恒温水浴锅(含温度显示）等。

四、实验原理：

1、热电效应：两种不同成份的导体（本实验中选用铜-康铜）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。

2、测温原理:热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度。

【注意问题】

1、热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端，两端温度差的函数

2 、热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关

3、当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。

五、测量方法：

理论和实验均表明，接触电势差的大小和相接处的两种金属的性质及接触处的温度有关。

理论道出公式如下：

当量两种不同的材料的金属想成闭合回路时，按上述接触电势差的性质可以判定，，若两接触处的温度分别为T和T0时，闭合回路的电动势为

E=k/e（T-T0）Ln（na/nb）

若T不等于T0，则E不等于0，这种电动势称为温差电动势，这种温差效应称为温差效应这种组合体称为热电偶

在实际中，给出来的温差电动势都用下式表示：

E=a(t-t0)+b(t-t0)? +.....

式中，a,b.....是常数，称为温差系数，表示温差为1℃时的电动势，其大小取决于组成热电偶的材料；t和t0是接触处的摄氏温度，T0为冷端温度，T为热端温度在温差不太大的情况下，可近似为E=a(t-t0) 可见，若常数和冷端温度已知，只要侧得温度电动势，就能得到热端温度（热端也称做测温端）

六、实验内容：

（1）将数字电压表（电位差计）进行校准。

（2）温差电动势测温端放入盛有冰水混合物的保温杯中，测量0℃时热电动势（应该为0），热端插入水浴锅(含温度显示）中，对水加热，待水沸腾，且水蒸气喷口有足够的水蒸气喷出时，用数字电压表（或电位差计）测出相应的温差电偶电动势E

（3）在水温降低的过程中测量电偶电动势和读取温度，要同时完成，并且要求每次温差的测量点宜取在5℃整数倍位置，间隔测量二十组并记录数据。

温度/℃5101520253035404550电动势/E

温度/℃556065707580859095100电动势/E (4)在温差电偶的线性范围内，固定T 0 (一般为00C),测出不同的已知温度T 下对应的电动势，则可得到温度-电动势关系曲线，再用线性拟合曲线确定出常数a,则得到电动势与温度（E-T）的关系式。

（5）测量并记录数据

六、注意事项：

①在使用水浴锅和保温杯加热时，注意不要被烫伤！

②为减小测量误差，数字电压表应尽可能调到灵敏度最高的档位。

③为便于作图，每次温差的测量点宜取在5℃或10℃的整数倍位置。

七、数据处理及画E-T曲线：

八、参考文献：

张彦纯《大学物理实验》机械工业出版社