3-7测量热电偶的温差电动势
热电偶温差电动势校准
热电偶温差电动势校准
热电偶是一种常用的温度测量仪器，它由两种不同材料制成的导线组成，通常是铜和镍铬合金。
当两种不同材料的导线焊接在一起时，它们之间就会形成一个热电偶，可以测量温度差产生的电动势。
热电偶的校准是确保其测量准确性的重要步骤。
热电偶的校准通常涉及以下步骤：
1. 准备标准温度源：选择一种已知温度的温度源，例如电阻器或恒温水浴，将其设置为校准温度。
2. 连接热电偶：将热电偶的一端连接到标准温度源，另一端连接到数字万用表或热电偶校准仪上。
3. 测量电动势：记录数字万用表或热电偶校准仪上显示的电动势值。
4. 计算校准系数：根据电动势和校准温度，计算热电偶的校准系数。
校准系数是一个标量，表示热电偶在特定温度下的电动势输出值与实际温度之间的关系。
5. 重复校准：如果热电偶在使用过程中受到温度变化的影响，需要重新进行校准。
需要注意的是，热电偶的校准需要在特定的温度范围内进行，并且需要使用标准温度源，以确保校准的准确性。
此外，热电偶在长期使用过程中可能会出现老化或损坏，需要
定期进行校准和维护。
热电偶温差电动势实验报告
热电偶温差电动势实验报告热电偶温差电动势实验报告引言：热电效应是热力学和电磁学的交叉领域，其研究对于能量转换和温度测量具有重要意义。
热电偶作为一种常见的温度传感器，广泛应用于工业生产、科学研究以及家用电器等领域。
本实验旨在通过测量热电偶的温差电动势，探究热电效应的基本原理和应用。
实验原理：热电效应是指在两个不同材料的接触点上，由于温度差异而产生的电势差。
其中最常见的热电效应包括塞贝克效应、珀尔效应和庞加莱效应。
本实验主要关注塞贝克效应。
塞贝克效应是指当两种不同材料的接触点处于不同温度时，由于材料本身的热导率不同，产生的电子迁移导致电势差。
热电偶就是利用这种效应来测量温度的一种装置。
热电偶通常由两种不同金属的导线组成，这两种金属分别称为热电偶的热电极和冷电极。
实验步骤：1. 准备实验所需材料和仪器，包括热电偶、温度计、电压表等。
2. 将热电偶的热电极和冷电极分别连接到电压表的正负极。
3. 将热电偶的热电极和冷电极分别置于不同温度的环境中，待温度稳定后记录电压表的读数。
4. 将热电极和冷电极的位置调换，重复步骤3。
5. 根据实验数据计算热电偶的温差电动势。
实验结果与分析：通过实验记录的数据，我们可以得到不同温度下的电压读数。
根据实验原理，我们知道热电偶的温差电动势与温度差成正比。
因此，我们可以利用实验数据绘制出热电偶温差电动势与温度差的关系曲线。
在实验过程中，我们还发现热电偶的材料选择对实验结果有一定影响。
不同的金属导线具有不同的热电特性，因此在应用中需要根据具体需求选择合适的热电偶材料。
实验应用：热电偶作为一种常见的温度传感器，广泛应用于工业生产和科学研究中。
其应用领域包括但不限于以下几个方面：1. 工业自动化控制：热电偶可以用于测量工业生产过程中的温度变化，以实现自动化控制和保护设备安全。
2. 热工测量：热电偶可以用于测量各种热工设备中的温度，如锅炉、炉窑等，以确保设备正常运行。
3. 科学研究：热电偶广泛应用于科学研究中的温度测量，如物理实验、化学实验等。
热电偶温差电动势的测量 说明书
测量数据可显示，SV 显示器交替显示设定值/提示符（3sec/0.5sec） 设定值 设定值 ALM1 ALM2
四、有关参数的设定及功能的解释： 1．仪表的自整定功能（AT） ： （1）在内部参数层中将自整定功能（AT）设置成 ON 后，按 SET 键即启动自整定功能， （自整定 系统的 P、I、D 参数） ，仪表返回至正常 PV/SV 显示，而面板上 AT 灯开始闪烁、同时（SV）窗口交替 显示设定的温度值和自整定符号“AT ”。 （2）注意：在将自整定功能（AT）设置成 ON 后，在整个自整定过程中，系统不允许修改任何值 （包括加热上限温度的设定） ，若要修改参数先将（AT）设置成 OFF。 （3）低 SV 值的自整定：为防止自整的超调太大，可以在低于设定值 SV 的某一个值处进行自整 定，这个低于的量由仪表量程 P—SH（高满度显示值设定）/P—SL（低满度显示值设定）和 USTP（低 PV 值自整定修正）共同决定；USPT 值是量程的百分比，在 0—400 度量程下，如果 USPT=2.0 那么实 际降低的值为(400-0)×2.0%=8，也就是说在自整定状态下值将降低 8℃。 2．手动/自动无扰动切换：在 PV/SV 显示状态下，按⊳键一下，SV 显示器千位数上出现 H，后三
E x ≈ α (t − t0 )
图（1）
图（2）
式中 α 称为温差电系数，对于不同金属组成的热电偶, α 是不同的，其数值上等于两接点温度差为 10C 时所产生的电动势。 为了测量温差电动势，就需要在图（1）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 E x 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 ，如图（2） ，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（ t0 ）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，如图（3）所示。通 常将冷端置于冰水混合物中，保持 t0 = 0 � C ，将热端置于待测温 图（3） 度处，即可测得相应的温差电动势，再根据事先校正好的曲线或 数据来求出温度 t 。 【实验仪器】 UJ-31 型电位差计,DHBC-1 型标准电势与待测低电势 （或 BC9a 标 准 电 池 ） ， AZ19 型直流检流计， DHT-2 型多档恒流控温实验仪等。 【实验内容】 1．熟悉 UJ-31 型电位差计各旋钮的功能，掌握测量电动势的基本要领。
实验7 导热系数的测定(7680)4480
实验七 导热系数的测定热传导是指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换过程。
其微观机制是，由自由电子或晶格振动波作为载体进行热量交换的过程。
宏观上是由于物体内部存在温度梯度，发生从高温区向低温区域传输能量的过程。
导热系数是表征物质热传导性质的物理量。
材料结构的变化与所含杂质对导热系数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常需要由实验具体测定。
测量导热系数的方法一般分为两类：一类是稳态法，另一类是非稳态法。
由于试样的性质、形状、测试温度范围、加热方式以及测定传递热量的方法各不相同，又有许多不同的具体方法。
在稳态法中，先利用热源在待测样品内部形成一稳定的温度分布，然后进行测量。
非稳态法用的是非稳态导热微分方程，测量的量是温度随时间的变化关系，得到的是热扩散率，利用材料的已知密度和比热容，可以求得热导率。
这里介绍用稳态法和非稳态法测定测量导体导热系数的方法。
【实验目的】1．学习测量良导热系数和不良导体导热系数的方法；2．测量橡胶的导热系数、测量金属铜的导热系数、测量空气的导热系数。
【实验仪器】导热系数测定仪、真空保温杯、硬铝样品（附绝缘固定圆盘二块，供散热时覆盖用）、橡皮样品、绝缘板、热电偶（铜-康铜）二付、多量程数字电压表 、塞尺(测片)、电源线9Q 连接线、支架。
【实验原理】热传导的基本公式是傅里叶导热方程式。
该方程式表明，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此相距为h 、温度分别为1θ、2θ的平行面(设1θ＞2θ)，若平面面积均为S ，在t δ时间内通过面积S （从一个平面传到另一个平面）的热量Q δ满足下述表达式：hS t Q 21θθλδδ-= （3-1） 式中t /Q δδ为热流量，λ即该物质的热导率(又称导热系数：表示物质热传导性能的物理量，λ在数值上等于相距单位长度的两平行平面温度相差1个单位时，在单位时间内垂直通过单位面积的热量)。
导热系数的SI 单位：瓦特每米开尔文，单位符号为()W /m k ⋅。
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？。
2014-2015学年第1学期大学物理实验学生预习补充材料
实验3-1 落球法测量液体的黏滞系数本实验中小钢球的直径不需要测量，给出理论值为d=1×10-3m。
【思考题】1．为什么小球放进液体中时，应尽量靠近蓖麻油表面并使其沿圆筒的轴线下落？2．测量小球下落时间，不应从液面开始计时，而是要从小球下落一段距离开始计时，为什么？实验3-2 扭摆法测定物体转动惯量实验前需预习的其它内容：游标卡尺的用法（资料自查） 注意：1．实验前必须仔细阅读课本P101注意事项。
2．游标卡尺左端标识的数字（如0.02或0.05）即为x δ值，据公式x K L L δ+=0进行测量。
3．表3-2-1中，金属载物盘的质量、几何尺寸以及转动惯量理论值不用测量；木球的直径D＝13.000cm ，金属细杆的长度L ＝61.000cm ，这两项可以不必测量。
4．3-3-2中，注意理论值的计算公式滑块I mx T K I 224'2252++=π中，2m 指两个滑块的质量之和，注意测量并记录滑块质量m 1、m 2。
5．转动惯量测试仪显示的是摆动10个周期的时间，记录数据时需要除以10。
6．游标卡尺使用完毕应及时放回盒中，不要长时间暴露在空气中；天平使用完毕后应将横梁固定，砝码放回砝码盒中。
7．因为本实验所用仪器种类较多，为便于以后的同学实验，做完实验必须清点仪器是否齐全，从其它实验台上借用的仪器需及时归还，摆放好仪器后请老师检查。
8．数据处理时注意：扭摆常数K 值需根据P35公式22112'4T T I K -=π先计算出；转动惯量理论值和实验值根据公式进行计算，填入表格，并计算实验值与理论值的百分比误差。
【思考题】1．在测量形状规则的物体的转动惯量时，若物体在载物盘中放置不平稳，会对计算结果产生什么影响？ 2．扭摆角度的大小对测量会产生什么影响？实验3-3 液体表面张力系数的测量【思考题】1．影响实验准确度的主要原因有哪些？2．如果金属圆环不清洁、水不够纯净，将会给测量带来什么影响？所测 值将偏大还是偏小，为什么？光电门实验3-5 空气比热容比的测定一、实验提示1．向贮气瓶充气时不能充太多，保持压强在130－150mv之间，防止因压强过大而爆掉。
温差电偶的定标和测量
4.8温差电偶的定标和测量热电偶的重要应用是测量温度。
它是把非电学量（温度）转化成电学量（电动势）来测量的一个实际例子。
热电偶在冶金、化工生产中用于高、低温的测量，在科学研究、自动控制过程中作为温度传感器，具有非常广泛的应用。
用热电偶测温度具有许多优点，如测温范围宽、测量灵敏度和准确度较高、结构简单不易损坏度等。
此外由于热电偶的热容量小，受热点也可做得很小，因而对温度变化响应快，对测量对象的状态影响小，可以用于温度场的实时测量和监控。
【实验目的】1.观察并了解温差电现象；2.掌握电位差计的工作原理，学会使用箱式电位差计；3.通过测量热电偶的温差电动势，作出热电偶的温差电动势与温度差之间的关系曲线，能够运用图解法求出热电偶温差系数；4. 掌握标定热电偶的方法；5.了解校准热电偶温度计的基本方法。
【实验仪器】UJ36型箱式电位差计、热电偶、光点式或数字式检流计、标准电池、直流稳压电源、温度计、电热杯、保温杯。
【预习要求】1. 电位差计是利用什么原理进行测量的?2. 使用电位差计测量位置电压前要进行那些操作?【实验仪器介绍】1.标准电池标准电池是一种作电动势标准的原电池，分为饱和式（电解液始终是饱和的）和不饱和式两类。
不饱和式标准电池的电动势E t随温度变化很小，一般不必作温度修正，但在恒温下E t仍有变化，不及饱和式的稳定，而且当电流通过不饱和式标准电池后，电解液增浓，长期使用后会失效。
饱和式标准电池的电动势较稳定，但随温度变化比较显著。
本实验所用的为饱和式标准电池，该电池在20℃时的电动势为E20=1.01860V，在偏离20℃时的电动势可以下式估算：E s（t）=E20-[39.94(t-20)+0.929(t-20) 2×10-5-0.0090(t-20)3]×10-6V电池的温度可由其上所附的温度计读出。
使用标准电池时需注意正负极不能接错，不能短路，不准用万用表测其端电压，不可摇晃、振荡、倒置，不准超过容许电流。
热敏电阻和热电偶的温度特性测量
热敏电阻和热电偶的温度特性研究(FB203型多档恒流智能控温实验仪)热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体电阻，它有负温度系数和正温度系数两种，负温度系数它的电阻率随着温度的升高而急剧下降（一般是按指数规律），而正温度系数电阻率随着温度的升高而急剧升高（一般是按指数规律），金属的电阻率则是随温度的升高而缓慢地上升。
热敏电阻对于温度的反应要比金属电阻灵敏得多，热敏电阻的体积也可以做得很小，用它来制成的半导体温度计，已广泛地使用在自动控制和科学仪器中，并在物理、化学和生物学研究等方面得到了广泛的应用。
【实验目的】1．研究热敏电阻、铜电阻；铂电阻、热电偶的温度特性。
2．掌握利用直流单臂电桥与控温实验仪测量热敏元件在不同温度下电阻值的方法。
【实验原理】温度传感器是利用一些金属、半导体等材料与温度相关的特性制成的。
常用的温度传感器的类型、测温范围和特点各不相同，本实验将通过测量几种常用的温度传感器的特征物理量随温度的变化，来了解这些温度传感器的工作原理。
1．热敏电阻温度特性原理：在一定的温度范围内，半导体的电阻率ρ和温度T 之间有如下关系：/1B TAe ρ= （1） 式中1A 和B 是与材料物理性质有关的常数，T 为绝对温度。
对于截面均匀的热敏电阻，其阻值T R 可用下式表示：T lR Sρ= （2） 式中T R 的单位为Ω，ρ的单位为cm Ω，l 为两电极间的距离，单位为cm ，S 为电阻的横截面积，单位为2cm 。
将（1）式代入（2）式，令1l A A S=，于是可得：/B TT R Ae = （3）对一定的电阻而言，A 和B 均为常数。
对（3）式两边取对数，则有：1l n l n T R B A T=+ （4）T R ln 与T1成线性关系，在实验中测得各个温度T 的T R 值后，即可通过作图求出B 和A 值，代入（3）式，即可得到T R 的表达式。
式中T R 为在温度)K (T 时的电阻值)(Ω，A 为在某温度时的电阻值)(Ω，B 为常数)K (，其值与半导体材料的成分和制造方法有关。
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专业班次姓名日期
一、实验名称
测量热电偶的温差电动势
二、实验目的
1. 了解电位差计的工作原理，学会用箱式电位差计测量热电偶的温差电动势。
2. 学会用数字电压表测量热电偶的温差电动势。
3. 了解热电偶的测温原理和方法。
三、实验器材
UJ31型箱式电位差计、热电偶、光点式或数字式检流计、标准电池、直流稳压电源、温度计、电热杯、保温杯。
四、实验原理
1．热电偶
两种不同金属组成一闭合回路时，若两个接点A、B处于不同温度t0和t，则在两接点A、B间产生电动势，称为温差电动势，这种现象称为温差现象。
这样由两种不同金属构成的组合，称为温差电偶，或热电偶。
热电偶是一种常用的热电传感器，利用它可以测量微小的温度变化。
温差电动势ε的大小除和热电偶材料的性质有关外，另一决定的因素就是两个接触点的温度差(t－t0)。
电动势与温差的关系比较复杂，当温差不大时，取其一级近似可表示为：
ε＝C（t－t0）
式中C为热电偶常数（或称温差系数），等于温差1℃时的电动势，其大小决定于组成热电偶的材料。
例如，常用的铜-康铜电偶的C值为4.26×10-2mV/K，而铂铑-铂电偶的C值为6.43×10-3mV/K。
热电偶可制成温度计。
为此，先将t0固定（例如放在冰水混合物中），用实验方法确定热电偶的ε-t关系，称为定标。
定标后的热电偶与电位差计配合可用于测量温度。
与水银温度计相比，温差电偶温度计具有测量温度范围大（－200℃~2000℃），灵敏度和准确度高，便于实验遥测和A／D变换等一系列优点。
2．数字电压表测量温差电动势
由于数字式电压表的精度和准确度都很好，温差电动势的测量也可以采用数字电压表。
测量前，需要把数字电压表的两个接线端连接起来，对数字电压表进行调零。
把数字电压表的两个接线端接在温差电偶的两个信号输出端，选择合适的电压量程，就可以开始测量。
3．电位差计
电位差计是准确测量电势差的仪器，其精度很高。
用伏特表测量电动势E x时，伏特表读数为U＝E x－IR，其中R为伏特表内阻。
由于U<E x，故用伏特表不能准确测量电动势。
只有当I＝0时，端电压U才等于电动势E x。
如图4-8-1，如果两个电动势相等，则电路中没有电流通过，I＝0，E N＝E X。
如果E N 是标准电池，则利用这种互相抵消的方法（补偿法）就能准确地测量被测的电动势E X，这种方法称为补偿法，电位差计就是基于这种补偿原理而设计的。
图4-8-1 补偿法原理图 图4-8-2 电位差计原理图
在实际的电位差计中，E N 必须大小可调，且电压很稳定。
电位差计的工作原理如图4-8-2所示，其中，外接电源E 、制流电阻R p 和精密电阻R AB 串联成一闭合回路，称为辅助回路。
当有一恒定的标准电流I 0流过电阻R AB 时，改变R AB 上两滑动头C 、D 的位置就能改变C 、D 间的电位差V CD 的大小。
由于测量时应保证I 0恒定不变，所以在实际的电位差计中都根据I 0的大小把电阻的数值转换成电压值，并标在仪器上。
V CD 相当于上面的“E N ”，测量时把滑动头C 、D 两端的电压V CD 引出与未知电动势E x 进行比较。
（1）校准。
为了使R AB 中流过的电流是标准电流I 0，根据标准电池电动势E N 的大小，选定C 、D 间的电阻为R N ，使E N ＝I 0·R N ，调节R P 改变辅助回路中的电流，当检流计指零时，R AB 上的电压恰与补偿回路中标准电池的电动势E N 相等。
由于E N 和R N 都准确地已知，这时辅助回路中的电流就被精确地校准到所需要的I 0值。
（2）测量。
把开关倒向E x 一边，只要E x ≤I 0 R N ，总可以滑动C 、D 到C '、D '使检流计再度指零。
这时，C '、D '间的电压恰和待测的电动势E x 相等。
设C '、D '之间的电阻为R x ，可得E x ＝I 0·R x 。
因I 0已被校准，E x 也就知道了。
由于电位差计的实质是通过电阻的比较把待测电压与标准电池的电动势作比较,此时有
E x ＝N x
R R ·E N
因而只要精密电阻R AB 做得很均匀准确、标准电池的电动势E N 准确稳定、检流计足够灵敏、电源很稳定，其测量准确度就很高，且测量范围可做得很广。
但是，在电位差计的测量过程中，工作条件常易发生变化（如辅助回路电源E 不稳定，制流电阻R P 不稳定等。
），为保证工作电流标准化，每次测量都必须经过校准和测量两个基本步骤，且每次要达到补偿都要进行细致的调节，所以操作较为繁复、费时。
五、实验数据
热端温度
61 63 67 71 75 79 83 87 91
t/℃
升温电动
1.96
2.06 2.23 2.40 2.56 2.72 2.87
3.00 3.15 势 /mV
利用matlab进行数据处理得：
C=0.0395
拟合情况如图：。