热电偶的定标 热电偶的定标 【实验目的】 1. 加深对温差电现象的理解； 2. 了解热电偶测温的基本原理和方法； 3. 了解热电偶定标基本方法； 【实验仪器】 铜—康铜热电偶、YJ-RZ-4A数字智能化热学综合实验仪、保温杯。 【实验原理】 1.温差电效应 在物理测量中，经常将非电学量如温度、时间、长度等转换为电学量进行测量，这种方法叫做非电量的电测法。其优点是不仅使测量方便、迅速，而且可提高测量精密度。温差电偶是利用温差电效应制作的测温元件，在温度测量与控制中有广泛的应用。本实验是研究一给定温差电偶得温差电动势与温度的关系。 如果用A、B两种不同的金属构成一闭合电路，并使两接点处于不同温度，如图1所示，则电路中将产生温差电动势，并且有温差电流流过，这种现象称为温差电效应。 图1 2.热电偶 两种不同金属串接在一起，其两端可以和仪器相连进行测温（图2）的元件称为温差电 图2 偶，也叫热电偶。温差电偶的温差电动势与二接头温度之间的关系比较复杂，但是在较小温差范围内可以近似认为温差电动势E 与温度差（t-t ）成正比，即 E =c(t-t ) (1) 式中t为热端的温度，t 为冷端的温度，c称为温差系数（或称温差电偶常量）单位为 V ℃ ，它表示二接点的温度相差1 ℃时所产生的电动势，其大小取决于组成温差电偶材料的性质，即 C=（k/e）ln（n /n ） (2) 式中k为玻耳兹曼常量，e为电子电量，n 和n 为两种金属单位体积内的自由电子数目。 如图3所示，温差电偶与测量仪器有两种连接方式：（a）金属B的两端分别和金属A焊接，测量仪器M插入A线中间； （b）A、B的一端焊接，另一端和测量仪器连接。 图3 在使用温差电偶时，总要将温差电偶接入电势差计或数字电压表，这样除了构成温差电偶的两种金属外，必将有第三种金属接入温差电偶电路中，理论上可以证明，在A、B两种金属之间插入任何一种金属C，只要维持它和A、B的联接点在同一个温度，这个闭合电路中的温差电动势总是和只由A、B两种金属组成的温差电偶中的温差电动势一样。 温差电偶的测温范围可以从4.2K（-268.95℃）的深低温直至2800℃的高温。必须注意，不同的温差电偶所能测量的温度范围各不相同。 3．热电偶的定标 热电偶定标的方法有两种。 （1）比较法：即用被校热电偶与一标准组成的热偶去测同一温度，测得一组数据，其中被校热电偶测得的热电势即由标准热电偶所测的热电势所测的热电势所校准，在被校热电偶的使用范围内改变不同的温度、进行逐点校准，就可得到被校热电偶的一条校准曲线。 （2）固定点法：这是利用几种合适的纯物质在一定气压下（一般是标准大气压），将这些纯物质的沸点和熔点温度作为已知温度，测出热电偶在这些温度下的对应的电动势，从而得到热电势，从而得到℃热电势-温度关系曲线，这就是所求的校准曲线。 本实验采用固定点法对热电偶进行定标。 定标时把冷端浸入冰水共存的保温杯中，如图4所示。热端插入恒温加热器中，恒温加热器可恒温在40—120℃之间。用数字多用表测定出对应点的温差电动势。以电动势 为纵轴，以热端温度t（50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃）为横轴。标出以上各点，连成直线。如图4所示，即为热电偶的定标曲线。有了定标曲线，就可以利用该热电偶测温度了。这时，仍将冷端保持在原来的温度（t =0℃），将热端插入待测物中，测出此时的温差电动势，再由 -T图线，查出待测温度。 【实验内容和步骤】 1.测温差电动势 将“温度选择”开关置于“设定温度”，调节“设定温度初选”和“设定温度细选”，选择恒温加热器中所需的温度（如50℃）按下“加热开关”开始加热，将热电偶端置于恒温腔中，将热电偶冷端置于保温杯的冰水混合物中，用数字多用表测量出所设定温度时的温差电动势。 2.热电偶定标 如步骤1，设定恒温加热器的温度为60℃、70℃、80℃、90℃、100℃，热电偶冷端不变，测量不同温度下的温差电动势，作出热电偶的 -T定标曲线。 3.利用热电偶测温 仍将冷端置于保温杯中，将热端插入待测物中，测出此时的温差电动势，再由 -T定标曲线，查出戴测温度。 【数据记录及处理】 T 50℃ 60℃ 70℃ 80℃ 90℃ 100℃ ε 【思考题】 1. 温差电动势产生的原理？ 2. 对该实验提出改进意见，或设计一套新的实验
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