热电偶温度计的标度

实验2.10 热电偶温度计的标度
14级弘毅班2014301020106 谭善
塞贝克（Seebeck）效应，又称作第一热电效应，它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。

利用塞贝克效应，可制成温差电偶（即热电偶）来测量温度。

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（二次仪表）转换成被测介质的温度。

各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。

一、实验目的
1.了解热电偶温度计。

2.“铜—康铜”热电偶温度计的标度。

二、实验仪器
“铜-康铜”热电偶，恒温水浴，冰水瓶，电炉，烧杯，毫伏表，水银温度计。

热电偶温度计的组成：热电偶、测量仪表、连接导线
1．图1是实验装置示意图
“铜-康铜”热电偶的一个接点（冷端）放在盛有冰水混合物的杜瓦瓶中，使该接点维持在恒定的0℃。

另一接点（热端）放在A盘小孔中。

升温由它的加热器来实现，当手动加热时，将控制方式置“手动”，然后切换加热控制开关。

或将控制方式置“自动”，然后由PID 设定温度自动控制温度。

2.铜-康铜热电偶温度差为100℃时，其温差电动势约4.0mV，若精度要求不高，可直接用20mV数字电压表代替UJ-36型携带式直流电位差计。

3.在下面板“信号输入”与“指示灯”之间，仪器提供了对“Ⅰ”“Ⅱ”输入的信号作高精度测量的电位差计接口。

当使用该接口时，内接数字电压表会自动断开。

UJ-36型携带式直流电位差计的使用简述：
电位差计的工作原理是用滑线电阻上产生的已知压降来补偿热电偶产生的热电动势，测量精度较高，仪器使用方法如下：
（1）将被测电压（或电动势）接到“未知”接线柱上。

（2）把倍率开关旋到“X0.2”的位置上,这时仪器内部电源已接通,稍待片刻即可调节“调零”旋钮，使检流计指针指零。

（3）将开关“K”扳向标准，调节多圈变阻器（RP），使检流计指零。

（4）将开关“K”扳向“未知”，先调节滑线读数盘（0～10mV），使检流计指零。

未知电动势按下式计算：E=（步进盘读数+滑线盘读数）X0.2
（5）每次测量前要核对工作电流，即重复2和3中的指零调节。

为保护检流计，扳动开关“K”时，只要看出指针偏转方向，就立刻使“K”返回中间位置。

进行指零调节时，不可将“K”扳住不放。

三、实验原理
温度是表征热力学系统冷热程度的物理量，温度的数值表示法叫做温标，摄氏温标是一种常用的温标，摄氏温标规定冰点（指纯水和纯水在一个标准大气压下达到平衡时的温度，而纯水中有空气溶解在内并达到饱和）为0℃；沸点（指纯水和水蒸气在蒸汽压为一个标准大气压下达到平衡时的温度）为100℃。

当温度改变时，物质的某些物理属性，如一定容积气体的压力，金属导体的电阻、两种金属导体组成热电偶的热电动势等，都会发生变化。

一般来说，任一物质的任一物理属性只要它随温度的改变而发生单调的、显著的变化，都可以选用做标志温度，即制作温度计。

将两种不同的导体接合成闭合回路，如图1所示，若接点“1”和“2”的温度不同，回路中将产生电动势，这个电动势就称为热电动势，这种现象称为热电效应，这两种不同的金属导体的组合就称为热电偶，或叫温差电偶。

热电偶温度计就是利用热电效应来测量温度的。

两种导体的材料固定以后，热电动势由接点的温度差所确定，即温差已知时，热电动势随之确定，反之亦然。

若我们把热电偶的一个接点放在温度为T0已知的恒温物质（如冰水或大气）中，另一点放在待测温度T中（如图1所示），那么测量出热电动势E就可以决定待测温度T。

为了能够从测量热电动势E值中直接得出待测温度T值，必须对所用的热电偶测定其热电动势E与温度T的关系，这就是热电偶温度计的定标。

本实验是做“铜—康铜”热电偶温度
计的定标。

在测定E-T关系时，采用摄氏温标规定的两个固定点，即溶冰点（00C）和沸水点（1000C），再在0～1000C之间取若干温度点，给出0～1000C之间的E—T曲线。

热电偶具有结构简单，小巧、热容量小、测温范围宽等优点，因此被广泛用于生产和科学研究的测温和温度的自动控制中。

常见热电偶特性
四、实验主要内容
1.实验测定一下温度值下的热电势：
（1）水的冰点，即00
C ，热电偶的热端应放在冰水瓶里；
（2）室温下水的温度，热电偶的热端放在成水的烧杯里；
（3）50.0℃左右，热电偶的热端放在恒温水浴的内筒里； （4）再分别测出0000000
45505560657075C C C C C C C 、
、、、、、的热电势； （5）水的沸腾点，热电偶的热端放在沸水（烧杯里）中。

2.实验过程
由于恒温水浴升温费时间，故在实验一开始接通恒温水浴的电源，并加热。

（1）接通恒温水浴的电源开关，加热开关和水泵开关，指定温度为50.00C ，让其升温。

（2）将“铜-康铜”热电偶接到毫伏计，准备好冰水混合物，并将冷端浸泡在其中。

（3）将热端取出放到未加热的盛水烧杯中。

用水银温度计测量水温，然后测量该温度下的热电动势E 的值。

（4）取出水银温度计，接通电炉的电源进行加热，待水沸腾后，测量费水温度下的热电动势U 的值。

标准大气压下纯水的沸腾温度是1000C ,非标准大气压下沸水的温度值。

当然，实验室直接加热到沸腾测量就可以了。

但由于温度计量程问题，只好默认沸点为一百摄氏度。

（5）再把热电偶的热端放在恒温水浴箱中，分别测量045~75C 个温度点相应的热电动势U 的值。

（6）测量完毕要切断仪器内部电源，检查并切断恒温水浴和电炉的电源。

五、实验数据表格
0C 温度/ 0 25.0 45 50.3 55 60 65 70 75 100 电动势/U 0.000 0.912 1.703 1.902 2.104 2.303 2.505 2.703 2.915 4.095
六、实验数据处理及分析
实验结果如下
从图中可以看出所测物体温度与输出的电压示数存在着正比关系，故我们可以用这个关系制作温度计，我们只要知道输出电压即可算出被测物体的温度，比如当我们记录电压为3.500V 时，便可以算出所测物体温度为88.6282摄氏度。

这个数据与实验的测试值还是有点区别的，实验值比这个稍稍偏大。

七、实验误差分析
1、实验数据少，偶然误差大。

其实这个实验还存在着许多误差因素在里头，首先一点就是实验数据太少，这为实验带来了许多不确定的因素，在实验中也明显暴露了这个问题，在第一次实验中我测得的室温和45摄氏度下的数据分别为0.937V 和1.703V, 很显然，这两个数据一个偏大很多，一个偏小很多，在注意到这样一个问题后，经过重新实验我得到的数据分别是0.912V 和1.703V,这么一来与实验预期结果就吻合多了。

2、沸点温度很可能不是100摄氏度
为了证明我的猜想是正确的，我用温度计测量了一下，结果是超过了100摄氏度，但是由于量程所限，在超过一百摄氏度后后我马上停止了实验。

从超过一百的情况看，如果沸点大于100摄氏度，那么线性将会更好。

3、各个数据点的测量环境与其它各点的环境不一样
这是必然的，因为各点的测量温度也不一样，康铜是热的良导体，温度不同时，热的传导速度也会不一样，假如实验时间样时，由于热的传导程度不同，测量结果就会有所偏差。

4、温度计或温度显示屏的读数与康铜附近温度不尽相同
y = 24.60x + 2.510R² = 0.9960
20
40
60
80
100
120
012345热端温度/摄氏度
电压示数/V
热电偶温度计的标度曲线
系列1线性(系列1)
实验中为了简化实验，在比较显示屏示数与温度计读数基本一样后，我直接使用显示屏来实验，但这个示数不一定与康铜附近一样。

5、实验电压示数摇摆不定
这里也会引入误差，示数很难确定。