温差电动势的测量实验报告

一、实验名称： 温差电动势的测量

二、实验目的：

测量热电偶的温差电动势。

三、实验器材：

UJ31型箱式电位差计、热电偶、光点式或数字式验流计、标准电池、直流稳压电源、温度计、电热杯、带温度显示的水浴锅、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0t 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。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0()t t -。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 0()C t t ε=-

式中C 为热电偶常数(或称温差系数），等于温差1℃的电动势，其大小决定于组成热电偶的材料。

热电偶可制成温度计。为此，先将0t 固定用实验方法确定热电偶的t ε-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、电位差计

电位差计时准确测量电势差的仪器，其精度很高。用

伏特表测量电动势x E 时，伏特表读数为x U E IR =-，其中

R 为伏特表内阻。由于U

动势。只有当0I =时，端电压U 才等于电动势x E 。

如图，如果两个电动势相等，则电路中没有电流通过，0I =，N x E E =。如果N E 是标准电池，则利用这种互相抵消的方法就能准确地测量被测的电动势x E ，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。

在实际的电位差中，N E 必须大小可调，且电压很稳定。电位差计的工作原理如图所示，其中外接电源E 、制流电阻p R 和

精密电阻AB R 串联成一闭合电路，称为辅助回

路。当有一恒定的标准电流0I 流过电阻AB R 时，

改变AB R 上两滑动头C 、D 的位置就能改变C 、D

间的电位差CD V 的大小。由于测量时应保证0I 恒

定不变，所以在实际的电位差计中都把滑动头

C 、

D 两端的电压CD V 引出与未知电动势x

E 进行

比较。

(1) 校准：

为了使AB R 中流过的电流是标准电流0I ，根据标准电池电动势N E 的大小，选定C 、D 间的电阻为N E ，使0N N E I R =，调节p R 改变辅助回路中的电流，当验流计指零时，AB R 上的电压恰与补偿回路中标准电池的电动势N E 相等。由于N E 和N R 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0I 值。

(2) 测量：

把开关倒向x E 一边，只要0x N E I R ≤,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x E 相等。设'C 、'D 之间的电阻为x R ，可得0x x E I R =。因0I 已被校准，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 x x N N

R E E R = 因而只要精密电阻AB R 做得很均匀准确、标准电池的电动势N E 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，且测量范围可做的很广。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p R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步骤，且每次要达到补偿都要进行细致的调节，所以炒作较为繁琐、费时。

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。

五、实验步骤：

1、将万用表与热电偶上的红黑接线柱相连。

2、万用表测试前不需调零，万用表置于直流电压200mV档。读数时读出单位与此档一致，数值不要乘以200。200mV仅仅表示此档的最大量程。

3、将热电偶一端置于水浴锅中，另一端置于冷水瓶中，开始测量。

注意：热电偶触点必须置于水下，且不能与锅壁与锅底相接触。

4、用温度计测量冷水瓶中水温，即热电偶冷端温度。

5、测量升温过程中不同温度差下的电动势。从67℃开始，每隔4℃测量一次，至95℃为止。将水浴锅掷于“设定”，旋转温度旋钮至所需温度（高于95℃），水浴锅开始加热。然后将水浴锅掷于“测温”，显示温度为当前水温。水温到达设定温度时，水浴锅状态转为“保温”。

六、数据记录：

热电偶冷端温度

022

t C

=。

七、数据处理：

110672245

t t t C

∆=-=-=︒

220712249

t t t C ∆=-=-=︒

330752253

t t t C

∆=-=-=︒

440792257

t t t C ∆=-=-=︒

550832261

t t t C

∆=-=-=︒

660872265

t t t C ∆=-=-=︒

770912269t t t C ∆=-=-=︒ 880952273t t C ∆=-=-=︒

0.0464/C mV C ∴=︒

八、预习思考题：

1、电位差计是利用什么原理进行测量的？

答：电位差计是利用补偿原理进行测量的。

2、为什么当两种金属的两个接触点温度不同时会产生温差电动势？它与哪

些因素有关？

答：因为两个接触点的自由电子密度不同。它与热电偶材料的性质和两个接触点的温度差0()t t -有关。

九、操作后思考题：

1、使用电位差计测量位置电压前要进行哪些操作？

答：检查电位差计量计量检定合格证是否真实有效；大致判断要测量的电压范围，确认是在电位差计的测量范围之内，否则不能进行测量；接线；标准化，使检流计指零；将读数置于先前估计的范围内；测量。

2、如何确定热电偶的正负极性？

答：可在工作端加热，然后用仪表测量热电势，若读数增加，则接仪表正端的即为正极，另一端为负极。

3、为什么电势差计必须经过工作电流标准化后方可进行正确测量？

答：一般便携式电位差计使用电池，电池电压会慢慢降低的，为使测量准确，每次测量前都要用内部标准电池校对。