热电偶温度计的特性研究

图1-1 热电偶结构图 热电偶温度计的特性研究

[内容摘要]根据赛贝尔效应把两种不同材料的导体连接成回路，并使两接点处于不同温

度，通常将一端保持在一定的恒定温度，另一端加热时，则在回路中就产生电动势。这种电动势与两接点的温度及材料性质有关，而与热电偶的粗细和长短无关。当测量端的温度改变后，热电动势也随之改变，并且温度和热电动势之间有一固定的函数关系，再利用温差电偶来测量温度的温度计得到各个温度的值画出函数关系。

[关键词] 热电效应 水浴锅 铜-铜镍合金 赛贝克效应 一、引言

在学习《大学物理实验》中“热电偶温度计设计”实验时，我第一次感受到实验的准确性，我深为它那些未知晓的秘密而吸引着。由于我很想根据自己的所学到东西来安排一门实验的方法和内容，于是就产生了对热电偶温度计的爱好，并且探讨了热电偶温度计实验的原理、内容等。并且在实验室完成操作以达到实验的预期效果，同时在这次实验得到的结论我以一种小论文的形式来将实验所得到的结果做一个统计并且详细分析。 二、实验仪器介绍

铜-铜镍合金 TE-2温差电偶装置 恒温水浴锅 数字电压表 电热杯 保温杯

三、实验原理和实验内容 实验原理:

早在19世纪初，人们就发现两种不同的金属组成的回路中(如图1-1所示)，如果在两个接头端存在温度差，则回路中就会产生电流。这种现象就称为温差电现象，这两种不同金属组成的电路称为热电偶。产生电流的电动势称为温差电动势。温差电动势的产生机制，限于篇幅，在此不再多讲。但从实用的角度出发，热电偶的一些特点和性质我们却是应该掌握的：

1．一般来说，任意两种不同的金属组成的回路都可以构成一对热电偶。只要两个接头端有温度差，回路中就有温差电动势，进

而会产生温差电流。(利用这一特点，我们就可以把非电量的温度转化为可以用

王海桥

吉林建筑大学 城建学院 土木工程系 建工12-5班

仪表检测的电学量。)

2．各种不同的热电偶都有其特定的温差电动势的变化曲线。换言之，只要确定了组成热电偶的金属材料，则其温差电动势的变化规律就是一定的，与热电偶的体积、导线长短等因素无关。(由于有这一特点，实际应用时热电偶的测温探头就可以做得很小，因而探头的热容量也就很小,测温就非常灵敏。) 3．由于各种不同热电偶的温度特性不同，故不同的热电偶有其不同的适用温度范围。根据不同的测温环境，使用者可以查找有关资料，选择合适的热电偶进行测温。

4．一对热电偶所产生的温差电动势一般都很小，只有零点几至数十毫伏。须用很灵敏的检流装置才能检验出来。但若把大量的热电偶串联起来，组成温差电堆，其产生的温差电动势和温差电流就有明显的实用价值。特别是用某些半导体材料组成的热电偶，有些地方已把它用来制成热转换效率较高的温差电堆发电装置。

实验内容：

本实验将要研究的是一种最容易做成的热电偶——铜铁热电偶的性质。见图1-2，这种热电偶当其一端置于0℃的温度中，而另一端的温度在0℃～100℃范围内变化时，其温差电动势与温度差的关系近似成直线关系。(温差在100℃以上时，变化关系将逐步弯曲，不再是直线)。

图1-2 实验接线图

实验中，一面用一支普通的温度计测量热电偶测温探头处的温度，一面用一台灵敏的数字电压表测相应的温差电动势。最后根据测得的温差和温差电动势绘制铜一铁热电偶在0℃～100℃范围内的温差电动势曲线图。

四、测量方法及操作步骤

测量方法：

固定点法，用标准测温仪与未知温差电偶置于同一恒温加热器中，改变温度进行对比，也可作出Ｅ～ｔ定标曲线，本实验即采用比较法对铜—康铜温差电偶进行

定标。

1.上作Ｅ～ｔ曲线。用两点法求斜率的公式由图中求出

写出Ｅ＝ｆ（ｔ）表达式。

2.利用微机用最小二乘法处理数据。按有效数字规则纪录微机所给数据，写出Ｅ＝ｆ（ｔ）表达式及各量的标准差。

操作步骤

1．按图7-2将实验仪器连接好。电加热罐里装有煤油。检查电加热器的电热丝和温度计、热电偶的高温探头等是否都浸在煤油里。温度计不能紧靠电热丝，而热电偶的探头要和温度计的头部靠拢，以使两者温度尽可能一致。

2．将热电偶中间的断开处与灵敏数字电压表两端连接，选择数字电压表的灵敏度为最高档。

3．将热电偶的低温探头浸在保温杯的0℃冰水混合物内，使低温端维持恒温。

，将热电偶回路接通，为便于数据处理，4．记下电加热罐中的初始温度t

记下此时回路的温差电动势。

5．打开稳压电源的开关，给电加热罐升温。调整稳压电源的输出电流为2～3A。

6．监视电加热罐中温度计的变化，并不断上下搅动加热罐中的搅拌器，以使温度上升均匀。温度计每升高5度，记下回路的温差电动势。

7、当温度计读数到达90℃左右时，关掉稳压电源的开关，停止加热。最后记下此时回路的温差电动势。

五、测量数据和计算结果

测量数据：

最大电动势_______

冰水混合物电动势：________

计算结果：

a=________

五、分析和讨论

分析结果：利用温差电偶测温时，温差越大，电动势越大。

六、参考文献

1.张彦纯.大学物理实验.机械工业出版社,2011,33～35

2.马黎君.大学物理实验[M].北京：中国建材工业出版社,2004,163～167