热电偶温度计的设计

热电偶温度计的设计

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xxxxxxxx 计算机科学与工程学院

计算机科学与技术xxxxx班

学号：xxxxxx

邮编：xxxxx

摘要

热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度。

在本实验中利用点热偶测量温度，其基本原理就是热电效应。将两种不同的金属两端分别连接起来，构成一个闭合回路，一端加热一端冷却，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。因为这种温差电动势是两个接触点温度差的函数，所以利用这一特性制成温度计测量温度。

关键字

热电偶，温度差，电动势，水浴锅

前言

在做热电偶温度计设计这一实验中时，了解了热电偶和温度差现象，引发了我对它的兴趣，经过自己的查阅资料成功设计出该实验的设计方案。

实验仪器介绍

铜-康铜温差电偶、数字电压表、水浴锅、保温杯

实验原理

1)温度差现象

把两种不同的导体(称为热电偶丝材或热电极)两端接合连接成回路，并使两接点处于不同温度，则回路中就产生电动势。这种现象称为塞贝克效应（热电效应）。这种电动势与两接点的温度及两材料性质有关，所以称为热电动势温差电现是由温差而引起电动势以及由电流而引起吸热和放热的现象，又称热电现象。它包括塞贝克、珀耳帖及汤姆孙等三个效应。

塞贝克效应

将两个不同导体（或半导体）两端相连，组成一回路，当两个接头处在不同温度时，在回路中有电动势产生的现象。1821年由德国物理学家T.塞贝克发现。这电动势称为温差电动势。金属的塞贝克效应常被应用于测量温度，而半导体的塞贝克效应常可被用来将热能直接转化成电能，即制成半导体温差发电器。

珀耳帖效应

当有电流通过由两种不同材料组成的回路时，在两种材料的接头处会发生吸热或放热的现象。1834年由法国物理学家J.珀耳帖发现。汤姆孙效应

当有电流流过存在温度梯度的导体（或半导体）时，除焦耳热外，还会产生附加的吸热或放热的现象。1856年由英国物理学家W.汤姆孙发现，称为汤姆孙效应。

热电偶

是利用温差电现象制成的一种元件。利用两种能产生显著温差电现象的金属丝（如铜和康铜）焊接而成。温差电动势与温差的关系通常用幂函数表示，在常温范围内，要求准确度不太高时，可以取一级近似，写为E=a+bt，式中，a取决于参考点温度，b称为温差系数，其大小决定了组成电偶材料的性质。热电偶就是由两种不同的金属材料焊接而成。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(也称为参考端)；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动势。

使用时通常将一端（参考端）保持在一定的恒定温度(如0℃或

100 ℃)，当对另一端（测量端）加热时，在接点处有热电势产生。如参考端温度恒定，其热电势的大小和方向只与两种金属材料的特性和测量端的温度有关，而与热电偶的粗细和长短无关。当测量端的温度改变后，热电势也随之改变，并且温度和热电势之间有一固定的函数关系，利用这个关系就可以测量温度。

温差电偶的定标与测温

利用温差电偶测量温度时必须进行定标，所谓定标就是设法确定温差电动势的大小与温差的对应关系。

测量方法

（1）将数字电压表进行校准

（2）温差电偶的定标（铜-康铜热电偶）

１.将温差电偶的一端（参考端）慢慢置于保温杯的沸水中，作为参考点，另一端（测量端）慢慢放入到有三分之一自来水的水浴锅，

盖好胶木圆盖，把电压表接在温差电偶的红黑接线柱上。

２.通电加热使水浴锅温度上升，用电压表测出对应温度的温差电动势，并记录电动势和相应温度。每隔10℃测量一次，一直测到90℃，测量数据填入表中。

３.再将温差电偶的测量端置于冰水混合物中，测出温差电动势，测量数据填入表中。

4. 在直角坐标纸上作ε-t曲线。曲线的斜率为b

⁄−t1)

b=(ε2−ε1)(t2

由参考点的a的值（当t=t0时，ε=0）。写出ε=a+bt的具体函数式

测量数据和计算结果

t/℃

ε/mv

ε/mv

t/℃

分析和讨论

通过实验，在热电偶测温性质基础上，对温度计的设计进行了深一步的研究，理解它的的原理把对热电偶特性的理解应用到对温度计设计的构思上，这个过程让我们对热电偶有了进一步了解，提高了设计实验的能力，拓展了自己的思想和知识，拓宽了视野。

参考文献

姜广军，大学物理实验，机械工业出版社，2017.1,181页

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