热电偶的制作和标定

热电偶的制作和标定
一、实验目的：
1、熟悉热电偶测温原理。

2、了解自制专用热电偶的制作方法。

3、了解热电偶的标定方法。

二、实验原理：
温差热电偶（简称热电偶）是目前接触式测温中应用最为广泛的温度传感器。

它具有结构简单、制造方便、测量范围宽、精确度高、热惯性小、输出为电信号便于远传或信号转换等优点。

此外，它不仅可用于测量各种流体的温度而且还可用于快速及动态温度的测量。

热电偶工作原理如下：
1、温差电势：温差电势是由于导体或半导体两端温度不同而产生的一种电动势。

由于导体两端温度不同，则两端电子的能量也不同。

温度越高电子能量越大，能量较大的电子会向能量较小的电子处跑，这就会形成一个由高温端向低温端的静电场。

静电场又阻止电子继续向低温端迁移，最后达到一动平衡状态。

温差电势的方向是由低温端向高温端，数值与两端温差大小有关。

2、接触电势：当两种不同的金属导体或半导体A 和B 相互接触时，由于其内部电子密度不同，因此从导体A 向导体B 扩散的电子数，要比从导体B 向导体A 扩散的电子数多，结果导体A 失去电子而带正电，导体B 因得到电子而带负电。

这样，在导体A 、B 的接触面上形成一电位差。

这一电位差一旦形成就对扩散起阻止作用，最后达到某种动平衡状态。

平衡后的这一电位差即称为接触电势，其数值取决于两种不同导体的性质和接触点的温度。

由上可知，热电偶具有下述特点：
（1）热电偶回路热电势的大小，只与组成电偶的导体材料及两端温度有关，而与热电偶的长度、粗细无关。

（2）只有用不同性质的导体或半导体才能组成热电偶，相同材料不会产生热电势。

（3）只有当热电偶两端正温度不同，热电偶的两根材料不同时才能有热电势产生。

（4）材料确定后，热电势的大小只与热电偶的温度有关。

为简化热电偶测量系统，热电偶冷端不采用冰瓶，而将其置于室温中，室温t f 用水银温度计较准确地测得。

热电偶热端则设置在管式电炉中。

这时测得的热电势不能直接从分度表查取热端炉内的温度，而应该根据下式，先计算出热端温度相对于冷端温度为0℃时的热电势值E(t,0)。

)0,(),()0,(f f t E t t E t E +=
式中，),(f t t E ——表示热端为t ℃，冷端为t f ℃时的热电势，即实测值；)0,(f t E 表示热端为t f ℃，冷端为0℃时该对热电偶的热电势。

该值可
根据t f 从指导书附表中查得。

然后用)0,(t E 从分度表中查得热端温度t 。

如图表示出上述确
定热端温度的步骤。

本实验根据热电效应，要求选择两种不同材料的导线（铜－康铜或镍铬－镍硅），制作热电偶，并进行标定，以满足特殊测温需要。

三、实验设备：
1、管式电炉；
2、标定用温度计（或标准热电偶及显示仪表）；
3、电容焊机（或自耦变压器）；
4、镍铬----镍铝（或铜－康铜）专用热电偶丝；
5、毫伏计或高精度万用表；
6、手钳，砂纸；
7、护目有色眼镜和保护手套。

四、实验内容及步骤：
1、选取等长热电偶用丝，一端绞结在一起。

2、连接电容焊机，使其两输出端，一端接碳棒，另一端接热电偶未绞结部分。

3、接通电源，对电容焊机充电，然后让碳棒接触热电偶丝绞结端，进行放电，使其烧熔。

4、若采用自耦变压器焊接，变压器功率大于2KW,电压调至50(90)伏以下。

方法同上，进行放电焊接。

5、关闭电源，检查绞结端焊接情况。

6、把制作好热电偶按要求接上毫伏计与标准温度计（或标定热电偶等）一同插入管式电炉，且处于同一测量位置。

7、把管式电炉温度依次控制在不同温度，分别记录标准温度计温度、热电偶热电势。

五、注意事项：
1、注意安全，尤其在使用自耦变压器时，电压一定要调在50伏以下（镍铬－镍硅要求90伏以下）。

焊接时，不要直视电火花。

2、焊接后，要仔细观察焊点情况，以免虚焊。

六、思考题：
1、热电偶为什么要选用不同材质的导体或半导体，同种材料是否可以？
2、热电偶为什么要标定？
七、实验报告：
1、回答上面思考题，写出制作热电偶注意事项及心得。

2、作出在标定中测算到的热电势相对于炉内标准温度的变化曲线（E－t），并在同一坐标系中作出查表得到的热电势曲线（E’－t）,分析两曲线的吻合程度，判断测量误差。

3、分析你所制作的热电偶测量结果在所标定的温度范围内是否与温度接近于成线性变化。

附表：
附表1 铜—康热电偶分度表
分度号CK （冷端温度为0℃）
附表2 镍铬—镍硅（镍铝）热电偶分度表。