课件下载-热电偶温度计定标
热电偶的定标与测量
热电偶的定标与测量
1 热电偶
热电偶又称温度电阻，它是一种检测温度变化的重要仪器。
它是一种由两种金属，互相连接的双线圈组成的装置，当某一温度发生变化时，就可以通过测量双线圈之间的电阻变化来检测温度变化。
2 热电偶的定标
热电偶的定标主要是将温度量程上的温度点转换为电流或电压的量程，从而使得热电偶在一定的温度下，产生的电压或电流对应一定的温度值。
定标过程首先要采用精密控温装置，将热电偶投放到比较溶液（比较液温度可以精确高低可控）中，测量出热电偶产生的电压值，然后通过电子器件来变换，定标出热电偶在这个温度下产生电压值。
3 热电偶的测量
热电偶的测量也就是通过对温度变化而变化的热电阻电压采样，根据温度的变化得出温度的数值，从而得出温度情况。
热电偶测量根据测量装置类型的不同，分为常温测量和高温测量，常温测量中采用的是标准的电桥，高温测量则采用高精度高灵敏度的温度变送器。
4 热电偶的安装
热电偶的安装在不同的测量环境中有不同的要求，但其基本都遵循以下几点基本原则：
（1）尽可能避免热电偶在同一位置测量多个不同温度区域；
（2）避免热电偶与变温的金属接触；
（3）尽量控制热电偶与变温物体的接触热负荷。
以上就是热电偶的定标与测量的相关内容，由于不同的应用环境，需要针对不同的热电偶安装环境做适当的安装措施，以保证温度测量
的准确性和稳定性。
另外，需要注意的是，在冷热电偶测量处理上，
需要注意设备的控制精度和使用正确的使用方法，以确保测量准确，
提高测量精度。
PPT化工设备与程序控制热电偶式温度计
熱電偶式溫度計構造
補償導線：由於熱電偶的工作端（測量端）與冷端（參比 端）離得很近，而且冷端又暴露在工作環境之 中，因而容易受到周圍工作環境溫度波動的影 響，所以冷端溫度難以保持恒定，造成測量不 準。實際應用是用專用補償導線，將熱電偶的 冷端延伸至溫度較低和比較穩定的地方。在使 用補償導線時，要注意兩個問題。其一，補償 導線的型號要與熱電偶的型號相配。其二，熱 電偶與補償導線連接端所處的溫度不超過100 ℃，否則補償導線所產生的金屬導體的溫差電 勢不能忽略。
熱電偶式溫度計原理
中間溫度定律(Law of intermediate temperature)：
如右圖所示，A 與B 所形成之熱電偶， 兩接合點之溫度為t1與t2時之E 為E12 ，t2與t3 時之E為E23 的話， E12 + E23 = E13。 此時，稱t2 為中間溫度。以中間溫度 t2 選擇如0℃這樣的標準溫度，求得 相對0℃任意的溫度t1、t2、t3‧‧‧tn 之熱電動勢，任意兩點間之熱電動勢 便可以計算求得。
熱電偶式溫度計原理
湯木生效應（Thomson effect）： ☆在均勻質之金屬線上，若二端之溫度不同，即發生電 動勢（emf），此電動勢與金屬線兩端之溫度差成正比 。 ☆所得之結論為：電流通過一個有溫度梯度的導線時， 電流有增加或減少溫度差之現象，稱之為湯木生效應 。 ☆若電流方向相反，產生相反的反應，故亦稱為可逆性 效應。
熱電偶式溫度計材料
熱電偶材料須具備的條件 ☆ 熱電效率須較高，亦即能發出較大之emf。
☆ 熱電動勢較穩定，且長期使用亦不發生變化。
☆ 具有抗蝕，抗氧化及抗濕等性質。 ☆ 具有較高之熔點。 ☆ 易製造，有互換性及價格較廉。
温差电偶的定标与测温
3、指导学生完成实验报告，在坐标纸上作E～t曲线，用两点法求斜率的公式由图中求出 ，写出E=f(t)表达式。（共40分钟左右）
4、解答书后思考题。指导并检查测量和计算结果的准确性。（共30分钟左右）
吉林建筑工程学院教师备课教案
专业：基础科学部
课程名称：大学物理实验
周学时：—2008.6.25
授课班级：07级：安全、计算机等
任课教师：艾淑平
实验题目
温差电偶的定标与测温
实验类型
验证
实验目的
了解热电偶测温原理
学习标定热电偶的方法
进一步熟悉电位差计的使用方法
实验仪器
（1）连接仪器。将T型铝支架固定在底座上；将热电偶的冷端 慢慢置于约保温装置三分之二深的铜管中，热端 慢慢放入到有三分之二自来水的加热器装置中，盖好胶木圆盖，插入温度计；再将热电偶底座上的红黑接线柱分别与其红黑接线叉引线相连，把电压表或者电位差计接在热电偶的红黑接线柱上，热电偶装置即安装好。
玻璃温度计上显示的为室温，测出室温与0℃温差的电位差值。
二、温差电偶的定标
用实验测定温差电动势与测温端温度的关系曲线，称为温差电偶的定标。
利用已知的几个固定点温度作为已知温度，测出温差电偶在这些已知温度下的电动势，用这些数据，求出ａ、ｂ……等常数。
三、连接仪器
将T型铝支架固定在底座上；将热电偶的冷端 慢慢置于约保温装置三分之二深的铜管中，热端t慢慢放入到有三分之二自来水的加热器装置中，盖好胶木圆盖，插入温度计；再将热电偶底座上的红黑接线柱分别与其红黑接线叉引线相连，把电压表或者电位差计接在热电偶的红黑接线柱上，热电偶装置即安装好。
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】在物理测量中，常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，而且可提升测量精密度。
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Et 与温度差〔t-t〕成正比，即Et =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μV⨯℃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；〔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，理论上可以证实，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9热电偶标定与测温
［实验目的］1. 掌握对热电偶温度计定标的方法。
［实验仪器］DHT-2型热学实验仪，直流数字电压表，热电偶，保温杯。
［实验原理］热电偶示意图两种不同材料的金属A，金属B相互接触时会发生电子扩散。
当电子扩散达到动态平衡时，形成稳定的电势差。
理论和实验表明接触电动势的大小与相接触的两种金属的性质及接触的温度有关。
则有：Uab=(kT/e)InNa/Nb 1当上述形成闭合回路时由上式接触电势差的性质可以判定若接触处的温度分别为T和To是，则闭合电路的电动势为E=(kT/e)InNa/Nb-=(kTo/e)InNa/Nb==(kT-To/e)InNa/Nb 2 而在实际中上式中给出的温差电动势用下式表示:E=a(t-t0)+b(t-t0)^2+^ 3在温差不太大时上式可近似为E=a(t-t0) 4由上式34可知若常数和冷端温度已知，只要测得温差电动势就能得到热端温度。
［实验内容］1.连接线路（1）将热电偶的冷端置于冰水混合物之中，确保t0=0度（测温度安置于加热器内）2.测量待测热电偶的电动势（1）用直线连接相邻点。
（2）在两个校正点之间的变化关系用线性内插法予以近似，从而得到出校正点外其他点的电动势和温度关系。
注意：（1）在使用电风扇时，需将支持干向上抬起，使空气形成对流。
［数据处理］1. 求铜—康铜热电偶的温差电系数（1）根据Ex=at,（t0=0），在定标曲线中可给出线性化后的平均直线，从而求得a.。
（2）在直线取两点a(Ea，ta)，b(Eb,tb)求斜率K=（Eb-Ea）/(tb-ta)（求温差系数时，不要取原来测量的数据点，并且两点间尽可能相距远一点。
）［结果分析］无。
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实验：测冰水温度、测沸水温度（观察准确度和响应时间）
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一、 热电偶的工作原理
热电极A
测量端
（热端、 工作端）
nA>nB
A
热电势
热电极B
自由端
（冷端、 参考端）
结点1
B
结点2
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
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结论：
热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势与
两个结点处分别有两个接触电势，且方向相反。
整个回路中总的接触电动势为：
A
EAB(T0)
EAB(T) EAB(T0)
T
EAB(T)
T0 k Tln NAT k T0 ln NAT0
B
e NBT e NBT0
以顺时针为正
如果两个结点的温度相同，T=T0，则总接触电动势为0 图中：NA>NB，T>T0
温差电势
同一金属，若两端的温度不同则产生温差电势， 其大小其密度相关。
方向：从低温指向高温
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接触电势的大小与密度有关
EA(T,T0)
T0
K T 1 d(NATt) dt
e N T0 AT
dt
式中: K——波尔兹曼常数; e——单位电荷电量; NAT——温度为T导体A的电子密度。 13
整个回路中总的温差电动势为：
以顺时针为正
A EA(T,T0)
成电流，此现象称为热电效应。
A
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T
T9
B0
2、热电势的组成：
接触电势
当相互接触的两金属密度不同时产生接触电势。
热电偶的定标与测
热电偶的定标与测
一般这样做：2种金属熔体快速热电偶的检定方法及装置。
该装置主要由一能容纳两只被测偶端部石英管的扁加热线圈、两只与被测偶形状相同的校准热电偶及相应的控温显示输出装置构成。
检定方法是首先利用两只校准热电偶找出扁加热线圈中使这两只校准偶热电势相同的点,用被检偶取代其中的一只校准偶，在其它条件不变的情况下,待被检偶的读数稳定后与校准偶的读数相比较即可知被检偶的量值是否准确。
此方法提供了快速测温热电偶的实验室检定手段，可对快速测温热电偶在多个温度点上进行测试并作出全面的评价。
【主权项】
一种快速测温热电偶的检定方法和装置。
其特征在于：
a、该装置是由一扁加热线圈、一对校准热电偶及控温显示输出装置构成。
b、检定方法是先将两只校准热电偶从加热线圈两端相对插入, 使热电偶热端接触，通过改变校准热电偶在加热线圈中的位置使两只校准热电偶的热电势相同，用被测快速热电偶取代其中一只校准热电偶，读取其稳定状态下的热电势值与校准热电偶热电势进行比对即可知被测快速热电偶的准确度。
热电偶温度计的制作与标定
热电偶温度计的制作与标定实验学时：4实验类型：设计实验要求：选修一、实验目的：（1）了解热电偶的测温原理；（2）掌握设计制作热电偶的温度计一般技能；（3）掌握热电偶温度计的标定方法；（4）学会使用热电偶温度计进行实际测量温度及数据处理。
二、实验内容制作一根热电偶温度计再给以标定，并用该热电偶温度计进行实际测量温度。
三、热电偶温度计工作原理热电偶温度计具有结构简单、测量范围宽，准确度高，热惯性小、输出的电信号便于远传或信号转换等优点，所以目前应用十分广泛．图1—1图1-1热电偶测量温度的基本原理是热电效应（或温差效应），将两种不同材料的导体首尾相连接成闭合回路，如图1-1所以。
如两接点的温度不等，则在回路中就会产生热电动势，这种现象称之为热电效应（这一热电现象早在1821年就由塞贝克发现的，所以这一现象也称塞贝克效应）。
热电偶就是由两种不同的金属材料焊接而成。
使用时通常将一端（参考端）保持在一定的恒定温度(如0℃或100 ℃)，当对另一端（测量端）加热时，在接点处有热电势产生。
如参考端温度恒定，其热电势的大小和方向只与两种金属材料的特性和测量端的温度有关，而与热电偶的粗细和长短无关。
当测量端的温度改变后，热电势也随之改变，并且温度和热电势之间有一固定的函数关系，利用这个关系就可以测量温度。
接触电势差的大小和相接处的两种金属的性质及接触处的温度有关，当量两种不同的材料的金属想成闭合回路时，按上述接触电势差的性质可以判定，，若两接触处的温度分别为T 和0T 时，闭合回路的电动势为)/()(/0b a n n Ln T T e k E -= 若0T T 不等于，则E 不等于0，这种电动势称为温差电动势。
在实际中，给出来的温差电动势都用下式表示：.........)()(200+-+-=t t b t t a E 式中，a,b.....是常数，称为温差系数，表示温差为C 01时的电动势，其大小取决于组成热电偶的材料；0t t 和是接触处的摄氏温度，0T 为冷端温度，T 为热端温度在温差不太大的情况下，可近似为：)(0t t a E -=可见，若常数和冷端温度已知，只要侧得温度电动势，就能得到热端温度（热端也称做测温端）三、热电偶温度计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。
实验九热电偶定标与测温
实验九热电偶定标与测温实验背景：热电偶是一种常用的温度测量装置，其原理是利用两种不同金属的热电势差随温度变化的特性来测量温度。
在实际应用中，需要对热电偶进行定标，即确定热电偶的温度-电压关系，从而准确测量温度。
实验目的：1.了解热电偶的原理及测温原理；2.学习使用标准温度源对热电偶进行定标；3.掌握测量温度的方法及技巧。
实验器材：1.热电偶（可通过实验室购买）；2.热电偶计；3.标准温度源（如恒温水浴、恒温器等）；4.温度计；5.锡膏或热导胶（用于固定热电偶）；6.保护罩。
实验步骤：1.准备工作：(1)将热电偶的两个金属接头清洁干净，并用锡膏或热导胶固定在需要测温的物体上；(2)将热电偶的引线插入热电偶计中；(3)将标准温度源设置到所需温度，并使用温度计进行验证。
2.定标热电偶：(1)将热电偶的两个金属接头分别接触到标准温度源和热电偶计；(2)记录热电偶计上显示的温度值和对应的热电偶电势差；(3)逐渐改变标准温度源的温度，重复(1)(2)的步骤，获得相应的温度-电势差数据。
3.绘制温度-电势差曲线：(1)将获得的温度-电势差数据绘制得到温度-电势差曲线；(2)根据测量精度的要求，可以使用线性拟合或多项式拟合方法确定该曲线的函数关系。
4.测量温度：(1)将热电偶的两个金属接头分别接触到待测物体和热电偶计；(2)根据温度-电势差曲线，读取热电偶计上的电势差值，并得到相应的温度值。
实验注意事项：1.在进行实验前，保证热电偶的两个接头清洁，避免接触不良影响测量精度；2.使用锡膏或热导胶固定热电偶时，注意不要使热电偶与待测物体直接接触，避免影响测量结果；3.在定标过程中，最好选用多个不同温度的标准温度源，以获得更准确的温度-电势差数据；4.在测量温度时，注意将热电偶的金属接头完全插入待测物体，确保接触良好；5.避免热电偶受到外界热源的影响，使用保护罩等措施保护热电偶。
实验结果分析：1.根据获得的温度-电势差曲线，可以准确地将热电偶测得的电势差值转换为温度值；2.在测量温度时，要注意不同材质、长度、直径的热电偶的精度可能存在差异，需要进行个体和环境的校准；3.测量温度一般存在一定的误差，可以通过与其他测温装置测量结果的比对来评估精度。
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实验二 热电偶温度计定标
【实验目的】
1．掌握对热电偶温度计定标的方法；
2．掌握非电量电测方法的基本原理。
【实验仪器】
保温杯，烧杯，电热杯，温度计，镍-铜镍热电偶，PZ114A型直流数字电压表，79HW-1
恒温磁力搅拌器（半导体温度计），见图1。
【实验原理】
非电量电测方法是利用传感器把温度、压力、光强等非电信号转换成电信号，通过测
量电压、电流等电信号来获得这些非电学量的方法。本实验中的热电偶温度计就是把温度
转换成电压来测量。
当一个金属棒的两端分别为不同的温度t
1和t2
时，由于金属中电子的热运动，在棒的
两端有一电动势存在，称为汤姆逊电动势。
∫
=2121ttdtttt)(),(
σε
（1）
图1
图2
4
图3 图4
)(t
σ
将称为金属的汤姆逊系数，和金属材料的温度有关，所以汤姆逊电动势的大小只与
金属材料和两端的温度有关。显然只用一种金属、只依靠汤姆逊电动势，不能在闭合回路
中建立电流。
将两种不同的金属A和B焊接成闭合电路，如图2所示。且当A和B两接点处在不
同温度状态时，电路中将产生电流，相应地有电动势存在。这种电流称为温差电流，电动
势包含了两种金属的汤姆逊电动势和两个两种金属接触点的接触电动势，其作用的总体效
果称为温差电动势。产生温差电动势的装置称为热电偶。电动势和电流的方向由组成的热
电偶的导体材料和冷热端温度决定，与热电偶的长度和直径无关。
如果在金属A和B之间插入任何一种金属C，只要维持它和A、B连接点在同一温度t
1
或
t
2
，这个回路中的温差电动势就和只有A、B两种金属组成的回路中的温差电动势一样，不
会发生变化。这种性质给我们测量温差电动势提供了条件。如图3所示，用金属C做为导
线连接到电位差计上，就可以测得A、B两种金属组成的热电偶的温差电动势。
温差电动势的大小将随两端温度而变。若用测量仪表测得温差电动势的数值，便可测
得相应的温度，所以热电偶可以做温度计使用，叫做热电偶温度计。表1列出几种标准化
热电偶材料的部分特性。
本实验中的热电偶一端以t
0 = 0 ℃为参考点，当另一端的温度t与t0
相差不大时，温差电
动势与热电偶两端的温度差近似成线性关系，为
)(),(00tttt−=αε
（2）
其中比例常数α称为温差电动势率。通过实验定出α值，即可知道温度和温差电动势的对应
关系。
表1 热电偶材料的特性
材料 铂铑10-铂 镍铬-镍硅 铜-铜镍 铁-铜镍 镍铬-铜镍
型号
WRP WRN WRC WRF WRK
分度号
S K T J E
正较硬 不亲磁 红色 亲磁 暗绿
极性识别
负柔软 稍亲磁 银白色 不亲瓷 亮黄
测温范围（℃）
0~1600 0~1300 -200~+400-40~750 -200~900
100℃时温差
电势值（mV)
0.645 4.095 4.277 5.268 6.317
a（×10-6 V/K）
64.5 40.95 42.77 52.68 63.17
在理论上，温差电动势等于两个端点温度函数的差，而温度函数的形式比较复杂，
和两种金属的汤姆逊系数
)(t
σ
、
两种金属的接触电动势有关。一般情况下，在使用前，需
要对热电偶温度计进行实验定标，即确定两个端点温度和温差电动势之间一一对应关系。
如图4所示，本实验对镍鉻和铜镍组成的热电偶进行定标，作为热电偶温度计应用，用定
标后的温度计测量液体的温度，室温等。
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