实验六 热电偶的制作与标定
热电偶标定实验
热电偶标定实验一、概述：温差热电偶(简称热电偶)是目前温度测量中应用最广泛的温度传感元件之一，是以热电效应为基础的测温仪表。
它用热电偶作为传感器，把被测的温度信号转换成电势信号，经连接导线再配以测量毫伏级电压信号的显示仪表来实现温度的测量。
热电偶测温的优点是结构简单、制作方便、价格低廉、测温范围宽、热惯性小、准确度较高、输出的温差电信号便于远距离传送、实现集中控制和自动测试。
流体、固体及其表面温度均可用它来测量，所以在工业生产和科学研究、空调与燃气工程中应用广泛。
二、实验目的１．学习使用毫伏表测定温差电动势及热电偶工作原理。
２．掌握热电偶定标曲线的绘制规则。
３．学习用热电偶设计温度计4.学习用直线拟合方法处理实验数据。
三、实验原理1、温差电现象。
导体中存在着与热现象有关的非静电力和电动势，称为温差电动势，依其产生的机理不同而有两种具体形式。
一种称为汤姆孙电动势。
金属导线两端如果温度不同，高温端的自由电子好像气体分子一样向低温端扩散，并在低温端堆积起来，从而在导线内形成电场。
由电子热扩散不平衡建立的电场反过来又阻碍不平衡热扩散的进行，最终达到动态平衡，使导线两端形成一稳定的电势差。
若把两种金属导线两端连接起来，并把接点置于不同温度中，使两种不同材料的金属连接成闭合回路，因两个汤姆孙电势不相等，两段导线中即形成恒定电流。
回路中相应的电动势称为汤姆孙电动势。
温差越大，汤姆孙电动势也越大。
另一种称为珀耳帖（J.C.A.Peltier，1785——1845）电动势。
两种不同金属连接起来，由于接触面两侧金属内自由电子浓度不同，电子将从浓度大的一侧向浓度小的一侧扩散，在接触面间形成电场，从而在两种金属间形成电位差。
显然，两种金属连成回路，并把接点置于相同温度中，两接触面间将建立相等而相反的电动势，因而也形不成恒定电流。
只有两接点温度不同，两个珀耳帖电动势不等，才会形成电动势。
而且温差越大，形成的电动势也越大。
热电偶温度计的制作与标定
实验 热电偶温度计的制作与标定一． 实验目的1． 了解热电偶温度计的测温原理 2． 学会热电偶温度计的制作与校正方法 3． 掌握电位差计的原理和使用方法 二． 实验原理 1. 热电偶原理将两种不同材质的金属导线连接成闭合回路，如果两接点的温度不同，由于金属的热电效应，在回路中就会产生一个与温差有关的电动势，称为温差电势。
在回路中串接一毫伏表，就能粗略地测出温差电势值。
如下图：温差电势的大小只与两个接点的温差有关，与导线的长短粗细和导线本身的温度分布无关。
这样一对导线的组合就称热电偶温度计。
简称热电偶。
实验表明，在一定温度范围，温差电势E 与两接点的温度T 0, T 存在着函数关系E=F(T 0 , T), 如果一个接点T 0（通常指冷端）的温度保持不变，则温差电势就只与另一个接点T （通常指热端）的温度有关，即E=F(T) ，当测得温差电势后，即可求出另一个接点（热端）的温度。
为了增加温差电势，提高测量精度，可将几个热电偶串联成热电堆，如下图：热端（测量点） 冷端（参考点） 热端（测量点） 冷端（参考点）热电偶示意图热电堆示意图2、热电偶的标定将热电偶作为温度计，必须先将热电偶的温差电势与温度值T之间的关系进行标定。
一般不用内插式计算，而是用实验方法，用表格或T-E（或E-T）特性曲线形式表示。
标定方法，一般采用：○1固定点法，即测量已知沸点或熔点温度的标准物质在沸点或熔点时的温差电势值。
○2标准热电偶法，将待标热电偶与标准热电偶一起置于恒温介质中，逐点改变恒温介质的温度，待热电偶处于热平衡状态下测出每一点的温差电势。
热电偶的T-E特性曲线如下图：3、热电偶的分类热电偶的种类繁多，各有其优缺点。
可根据不同的用途选择不同型号的热电偶。
目前我国已经标准化的常用商品热电偶，有以下几种直流电位差计1台恒温水浴1套隔离变压器（1KV A 30V公用）2台钢丝钳 1 把绝缘套管2根电偶丝公用硼砂公用硅油公用四．实验步骤1．热电偶的制作按实验要求，截取两根适当长度的电偶丝，消除两端的氧化膜，套上绝缘套管，用钢丝钳将两根偶丝的端部胶合在一起。
[知识]实验六温差电偶的定标和测量
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实验六 温差电偶的定标和测量实验目的1．加深对温差电现象的理解。
2．了解校准热电偶温度计的基本方法。
实验仪器铜－康铜热电偶，校准用的纯金属（铅、锌、锡）或标准热电偶，待测熔点的金属，杜瓦瓶，电位差计或数字电压表，电炉等。
实验原理1．热电偶的测温原理把两种不同的导体或半导体连接成一闭合回路，如图6－1所示。
如两接点分别处于不同的温度T 和T 0，则回路中就会产生热电动势，这种现象称作热电效应。
同时把这个电路叫做A 、B 组成的热电偶，如铂－铂铑热电偶、铜－铁热电偶等。
在图6－1所示的热电偶回路中，产生的热电势由接触电势和温差电势两部分组成。
温差电势是在同一导体的两端因温度的不同而产生的一种热电势，由于材料中高温端的电子能量比低温端的电子能量大，因而从高温端扩散到低温端的电子数比从低温端扩散到高温端的电子数多，结果使高温端失去电子而带正电荷，低温端得到电子而带负电荷，产生一附加的静电场。
此静电场阻碍电子从高温端向低温端的扩散，在达到动态平衡时，导体的高温和低温端间有一个电位差V T －V T 0，此即温差电势。
在热电偶回路中，导体A 和B 分别有自己的温差电势e A （T ，T 0）和e B （T ，T 0）。
接触电势的产生原因是两种导体材料的电子密度和逸出功不同。
这样，当两种导体接触时，电子在其间扩散的速率就不同，使一种导体因失去电子而带正电荷，另一种导体因得到电子而带负电荷，在其接触面上形成一个静电场，即产生了电位差，这就是接触电势，其数值取决于两种不同导体材料的性质和接点的温度。
在热电偶回路中两个接点分别有不同的接触电势e AB （T ）,e AB （T 0）。
由于温差电势和接触电势的影响，在热电偶回路中产生的总热电势可表达为 ),()(),()(),(0000T T e T e T T e T e T T E A AB B AB AB --+= （6－1）它是材料和温度的函数，对确定的热电偶材料，热电势E AB (T ,T 0)是温度T 和T 0的函数差)()(),(00T f T f T T E AB -=（6－2）如果使某接点温度固定（常取水的三相点温度作为T 0），则总电势成为温度T 的单值函数)(),(0T T T E AB ϕ= （4－10－3）这一关系式可通过实验获得。
实验报告样板《热电偶的定标与测温》
实验（实训）报告
辽宁科技大学学院（系）年月日
3、用电位差计测热电偶的温差电系数；
图2 热电偶测量示意图
为了测量温差电动势，就需要在图2的回路中接入电位差计，
引入不能影响热电偶原来的性质，例如不影响它在一定的温差
值。
要做到这一点，实验时应保证一定的条件。
两种金属之间插入第三种金属C时，若它与A
，则该闭合回路的温差电动势与上述只有A
B两根不同化学成份的金属丝的一端焊在一起，构成
图6 电位差计工作原理
为工作回路，回路2为校准电流回路，回路
、误差分析；
、查阅资料，说明关于热点现象的有哪些应用？。
热电偶的制作与校验
热电偶的制作与校验一、实验目的1、通过实验掌握铜—康铜热电偶、镍铬—康铜热电偶制作方法。
2、学习校验热电偶的方法。
3、学会常用热电偶分度表的使用。
二、实验设备1、热电偶制作仪器焊接设备：热电偶点焊机；热电偶丝：φ0.2、φ0.5热电偶用铜线、康铜线、镍铬丝线。
其他设备：墨镜、钳子、剪刀、细砂纸、米尺等。
2、热电偶校验装置图1 热电偶校验装置三、实验原理1、电热偶的构成及制作电热偶是工业上最常用的一种测温元件，它是由两种不同的导体丝A和B，焊接组成一个闭合回路而构成的。
如图2所示。
图2电热偶原理图A、B称为热偶丝，也称热电极。
当两接点处于不同温度时回路中就会产生热电势，放置在被测温度为T的介质中的接头，称为测量端（工作端）；另一接头T0成为参考端（或自由端）。
常用的贱金属热电偶材料有：铜-康铜（T型）（常用于-200℃到+200℃测温）镍铬-康铜（E型）（常用于-200℃到+600℃测温）镍铬-镍硅或镍铝（K型）（常用于0℃到+1100℃测温）2、热电偶的校验原理用被校热电偶和标准热电偶同时测量同一个对象的温度，然后比较两者示值，以确定被检热电偶的基本误差等质量指标，这种方法称为比较法。
用比较法校验热电偶的基本要求，是要造成一个均匀的温度场，使标准热电偶和被检热电偶的测量端感受到相同的温度。
均匀的温度场沿热电极必须有足够的长度，以使沿热电极的导热误差可以忽略。
工业和实验室用热电偶都把管状炉作为校验的基本装置。
为了保证管状炉内有足够长的等温区域，要求管状炉内腔长度与直径之比至少为20：1。
为使被检热电偶和标准电热偶的热端处于同一温度环境中，可在管状炉的恒温区放置一个镍块，在镍块上钻有孔，以便把各支热电偶的热端插入其中，进行比较测量。
校验时取等时间间隔，按照标准→被检1→被检2→···被检n，被检n→被检2→ 被检1→标准的循环顺序读数，一个循环后标准与被检各有两个读数，一般进行两个循环的测量，得到四次读教。
热电偶的标定
热电偶的标定
热电偶是利用热电效应测量温度的一种传感器，它多用于测量热电器、过热器、焊接
设备和热力等中温度。
由于它有极低的热电阻、数毫秒的响应时间、恒定的温度范围，热
电偶比其他温度测量传感器更为通用和可靠。
每个热电偶都具有不同的特性，它们应该得到正确的标定才能提供准确的测量结果。
热电偶标定既包括使用模拟技术的标定，也包括使用数字器件的标定。
一般来说，对热电
偶的标定主要包括校准和测粗度。
校准是一种使用来自几个标准温度源的参考温度把热电偶精确地校准到测量值与参考
值一致的过程，当温度变化时，热电偶测量值也会随之变化，这种变化称为精度变化，校
准的目的是将其精度提高。
测粗度是确定热电偶的热电粗度的过程，热电粗度可以理解为两个相邻测量点之间的
温度差，它用来衡量测量的精确性。
热电偶测量的精度值要求在一定的温度范围内，测粗
度能够反映出不同温度下热电偶的测量精度，以确定热电偶的测量准确性。
根据热电偶安装类型，可以采用固定式或可移式安装方式，对于固定式热电偶，一般
使用直接安装在探头上，首先在未安装热电偶前确定目标温度，然后根据特定测量点温度
值检查热电偶，并将热电偶安装到探头上，完成校准和测粗度过程，最后将安装完成的热
电偶验证无误并录入校准报告。
对于可移式安装的热电偶，首先确定温度值，然后将热电
偶放置到探头上完成校准和测粗度，最后将测量值写入校准报告中，校准完成。
热电偶标定是要求热电偶各个温度测量点准确无误的校准过程，只有在此过程中，热
电偶才能提供准确可靠的温度测量数据。
因此，在应用热电偶之前，必须完成热电偶标定，以确保热电偶的温度测量准确度。
热电偶的定标
热电偶的标定一、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。
二、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、数字万用表等。
三、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的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12、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 t 与温度差)(0t t -成正比，即)(0t t c E t -= (1)图2 A 金属：铜 B 金属：康铜t 0 0t t >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⋅Vμ℃1-，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（nA0/nB） (2)式中k为玻耳兹曼常量，e为电子电量，nA0和nB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（或者插入B线之间）；（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。
实验报告-热电偶的制作及标定
实验一热电偶的制作及标定一、实验目的1、了解热电偶的结构，学习制作热电偶，掌握冰点法确定热电偶参比端的方法；2、掌握恒温水槽的使用方法；3、掌握使用高精度61/2位数字万用表测量热电偶的热电势和热电阻阻值的方法；4、了解热电偶的测量数据处理的方法。
二、实验原理热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势与冷端热电势之差，是两个结点的温差Δt的函数：E AB（T，T0）=e AB（T）-e AB（T0）图1热电偶热电势产生原理图三、实验步骤（一）热电偶制作由两根不同质的导体熔接而成的闭合回路叫做热电回路，当其两端处于不同温度时则回路中产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。
热电偶在生产和使用过程中，新制热电偶或焊点处断裂都需要将测量端焊接起来，而焊接质量的好坏直接影响热电偶测温的可靠性。
对直径为0.5mm以下热电偶的焊接方法主要有直流电弧焊、交流电弧焊、对焊、盐水焊等。
本实验采用盐水焊和直流电弧焊。
1、盐水焊是目前贵金属热电偶测量端焊接较好的一种方法。
它的优点是设备简单、操作简便、盐水对测量端腐蚀轻，焊点光亮圆滑，能够满足对热电偶焊接质量的要求。
焊接装置由调压器(3—5kW)，烧杯(500ml)和热电偶夹具等组成。
如图1所示。
图2盐水法热电偶焊接具体焊接方法如下：1）盐水配制：用氯化钠（或食用盐）与蒸馏水配制成饱和盐水，并置于烧杯中，液面离杯口不大于5mm，以便于观察插入深度和焊点大小。
2）焊接：一个鳄鱼夹夹住一根长100mm、直径为3mm的金属棒（或碳棒），放入饱和盐水中，接上调压器的输出端。
用竹镊夹住经整理齐直的热电偶丝，并与调压器的另一输出端接通。
根据热电偶丝的直径与材料调节调压器输出电压，约为110～160V，将热电偶垂直插入液面，其深度约为1mm。
插入液面的时间不宜过长，以焊点直径不超过 1.2mm为宜。
观察焊点是否圆滑光亮，如果不圆须再次插入液面并控制插入深度（应浅一些）和插入时间（应短一些）使焊点圆滑。
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实验六热电偶的制作与标定
一. 目的
了解热电偶温度计的工作原理，学会焊接铜—康铜热电偶的方法，并学会热电偶的标定。
二. 热电偶温度计原理、焊接及标定
1. 热电偶温度计工作原理
测温用的温度计大致可以分为下列五类：膨胀式温度计（如水银温度计）、压力表式温度计（如充氮气温度计）、电阻温度计（如铂电阻温度计），热电偶温度计（如铂铑 10 —铂热电偶、镍铬—镍硅热电偶）、辐射式温度计（如光学高温计）。
其中热电偶温度计由于在测温中有较高的准确度，所以在工农业生产和科研工作中都广泛地使用。
由两种不同性质金属线或合金丝 A 与 B ，连接组成一个闭合回路称之为热电偶，如图 1 所示。
A 、 B 叫做热电极。
如果使两个接点 1 、 2 处于不同的温度，回路中就会产生热电势 E ，这一现象称为热电效应，热电偶就是基于这一效应来测量温度的。
在图 1 所示的热电偶的闭合回路中所产生的热电势 E AB只与热电偶的两种材料的性质和两端的温度有关，与金属丝的长度、截面大小无关。
当热电偶材料一定时，则热电势 E AB就只与热电偶两端温度 t 和 t0有关，即 E AB＝（ t，t0）。
如果参考端（又称冷端）的温度 t0保持不变，则两端之间热电势 E 12 的大小就可以用来表示测量端（又称热端）1的温度高低。
通常将热电偶的冷端放在装有冰水共存的保温瓶中，使其t0恒温于0℃ 。
2. 热电偶的焊接
热电偶的测量端与参考端都是由两种金属焊接制成的。
为减小传热误差和滞后，焊接点宜小，其直径应不超过两倍金属丝的直径。
焊接的方法可以采用点焊、对焊，如图 2a和b所示。
也可以把两个热电偶绞缠在一起再焊，称为绞状点焊，如图 2c 所示，但绞缠圈数不宜超过 2-3 圈。
a b c
图 2 热电偶的热接点
热电偶的两热电极要很好地绝缘，以防短路。
如果热电偶地金属是裸线，通常都要用绝缘管套在导线上进行绝缘，聚乙烯或聚四氟乙烯都是在常温范围内采用绝缘管材料。
热电极的极性是这样确定的，测量端失去电子的热电极为正极，得到电子的热电极为负极。
在热电势符号E AB(t，t0) 中规定列在首位的是正极，列在第二位的是负极。
如铜—康铜热电偶，正极是铜，负极是康铜；又始铂铑 10 —铂热电偶，正极是铂铑合金，负极是纯铂。
3.热电偶温度计的标定
由于实验室使用的热电偶材料不一定完全符合标准化文件所规定的材料及其化学成分，因此它的热电性质和允许偏差就不能与统一的热电偶分度表相一致。
为此一般实验室所使用的热电偶是属于非标准化热电偶，它的分度必须由测温工作者自己标定。
标定热电偶就是把放置在同一热源处的标准温度计与热电偶反映出来的热电势一一对应起来，绘制称 mv－t 曲线并写成mv-t对照表格。
热电偶温度计是以热电势的大小来测量某一物体的温度的，因此热电偶温度计总是由热电偶、电测仪表和连接导线三个部分所组成。
其中电测仪表可以采用毫伏计和电位差计，用毫伏计测量热电势虽然很方便，但是它的读数受环境温度和线路的影响较大，测量准确度不高，不宜用于精密测量中。
而用电位差计可避免上述原因而产生的误差，因此用电位差计测量热电势的方法在实验室和工业生产中得到广泛的应用。
三. 标定热电偶温度计的线路图
图 3 示出热电偶和连接导线之间与正负极之间线路的连接。
图 3 热电偶的测温线路
四. 实验步骤 、
1.先将热电偶材料上的绝缘漆用零号纱纸擦去，然后将端部扭成铰链状，浸入氯化钠溶液杯中通电焊接，电压一般不宜过高，大致在 100 伏左右。
焊接电压的大小可用调压变压器来调节，直至出电火花，使两种金属材料的端部焊牢并形成一个小圆球。
2.将焊接完善的热电偶接入标定装置中去（参考图 3）。
然后将测量端置于恒温热源处，此时恒热源中应插一支标准水银温度计，以便读取恒温热源的确切温度，与此同时读取热电势的 mv 数值。
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A t
+
3.改变恒温热源的温度，并重复实验步骤 2 的工作，使测量端的温度从室温起每隔一定温度改变一次。
总的点数最好不少于 5 ，将每一次的热源温度数值和毫伏数值记录下来。
4.通过热电偶的分度表计算相应的温度并计算测量误差。
五. 实验记录
1．使用仪器的型号及量程
2.热电偶采用的金属材料的名称及线径 d ：
3.实验数据记录及数据处理表表 1
4.实验数据处理
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