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

课程名称：大学物理实验实验题目：热电偶的定标与测温

班级：姓

名

：

学号：机台号：同组人：任课教师：

实验目的

1、掌握电位差计的工作原理及使用方法；

2、了解热电偶的原理及制作；

3、用电位差计测热电偶的温差电系数；

实验原理

1、热电偶测温原理，如图1所示：

把两种不同的金属两端彼此焊接组成闭合回路，若两接点的温度不同，回路中就产生温度差电动势，这两种金属的组合叫热电偶。温差电动势的大小除了和组成的热电偶材料有关外，还决定于两接点的的温度差。将一端的温度t0固定(称为冷端，实验中利用冰水混合物)，另一端的温度t改变(称为热端)，温差电动势亦随之改变。电动势和温差的关系较复杂，一般表示为：

2

00

()()......

T T T T

εαβ

=-+-+

其第一级近似式为

()

t t

εα

=-

式中α称为热电偶的温差电系数，其大小取决于组成热电偶的材料。

图1 热电偶示意图

热电偶可以用电测量温度。用一只已知α值的热电偶，一端温度固定不变，另一端与待测物体接触，再测出热电偶回路的电动势，就可以求出待测温度。

由于温差电动势较低，因此在实验中利用电位差计来测量。

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，但测量仪器的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t-t0下应有的电动势ε值。要做到这一点，实验时应保证一定的条件。根据伏打定律，即在A、B 两种金属之间插入第三种金属C时，若它与A、B的两连接点处于同一温度t0(图5)，则该闭合回路的温差电动势与上述只有A、B两种金属组成回路时的数值完全相同。所以，我们把A、B两根不同化学成份的金属丝的一端焊在一起，构成

热电偶的热端(工作端)。将另两端各与铜引线(即第三种金属C)焊接，构成两个同温度(t 0)的冷端(自由端)。铜引线与电位差计相连，这样就组成一个热电偶温度计。

2、电位差计的原理——电压补偿法

电位差计是利用电压补偿原理而设计的电压测量工具。先来谈一下补偿原理，如图3所示，要知道电阻R 两端的电压，一般用一只电压表并到电阻R 两端就可以知道其电压值，但电压表有内阻，电压表显示的电压值小于真实值。

图3 电压表测量电压 图4 补偿法测量电压

关键问题：既要测量出电阻R 两端的电压值，又不影响被测电路的特征。下面借助外部电路来完成，如图4所示。图中E2为可调电动势，E2与电压表构成第二个回路，电压表显示E2的路端电压U CD 。当U CD U AB 时，按下电键T ，电流计中有电流通过，方向A ←D ；当U CD =U AB 时，按下电键T ，电流计中无电流通过，两回路中无能量交换，此状态被称为“补偿态”，回路2中电压表显示的就是回路1中电阻R 两端的电压。

在实际电路中实现可变电压的通常采用滑线变阻器得分压作用，如图5所示。

图5 滑动变阻器的分压 图6 电位差计工作原理

3、电位差计结构及使用

电位差计工作原理图如图6所示，回路1为工作回路，回路2为校准电流回路，回路3为测量回路。

在电位差计设计过程中，为了定标方便，工作回路的电流一般为10n A （如0.01A ，即10-2A ）。但工作电流由校准回路来调节，Es 、Rs 都是定值，调节电流调节器，将K 掷向s ，当工作电流能使工作回路和校准回路达到补偿时，工作电流I 为

s

s R E

I （如I = 10-2A= 10 mA ） 在测量时，将K 掷向x ，调节R 的滑动片的位置，若在某一位置，其分得电压U （=I ×Rx ）和被测回路达到补偿，即Vx=U=I ×Rx 。

对于测量仪器，读出的数据不应是电阻(Rx)值，而是通过简单计算得到被测量的电压值Vx （= I ×Rx ）。

实验器材

DHBC-3标准电势与待测低电势；AZ19型直流检流计；U31型直流低电势电位差计；DHT-2热学试验仪；保温杯；热电偶；导线等； 实验步骤

1、按图所示连接线路，注意热电偶及各电源的正、负极的正确连接。将热电偶的冷端置于冰水混合物中之中，确保t0=0℃测温端置于加热器内)。

2、测量待测热电偶的电动势。按UJ31电位差计的使用步骤，先接通检流计，并调好工作电流，即可进行电动势的测量。先将电位差计倍率开关K1置×1档,测出室温时热电偶的电动势，然后开启温控仪电源，给热端加温。每隔10℃左右测一组(t ，Ex)，直至100℃为止。由于升温测量时，温度是动态变化的，故测量时可提前2℃进行跟踪，以保证测量速度与测量精度。测量时，一旦达到补偿状态应立即读取温度值和电动势值，即：测量6-10组。

4、当完成实验后，打开仪器进风口和风扇，使温度降到室温。 3、整理试验台。 数据记录（表格）

表1 数据记录表

n 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

t/℃ ε/mV

数据处理

用作图法处理数据：以温差电动势（ε）为纵坐标，温度（t ）为横坐标，绘出ε－t 图线，并由该曲线求出直线斜率（即温差电系数α）及冷端温度t 0。 作图法：

（1）中值点：P （ ， ） （2）选取点：M 1（ ， ）、M 2（ ， ） （3）计算：21

21

......(/mV t t εεα-=

==-℃)

0......t t ε

α

=-

==℃ （4）结果表达：0()...(...)t t t εα=-=⨯- （V ）

误差分析

思考题

1、误差分析；

2、查阅资料，说明关于热点现象的有哪些应用？下面介绍一个典型的单片机控制的测温系统，它由三大部分组成：（1）测量放大电路；（2）A/D 转换电路；（3）显示电路。