熱電偶的定標(biāo)

1、熱電偶的標(biāo)定、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深對(duì)溫差電現(xiàn)象的理解；2、了解熱電偶測(cè)溫的根本原理和方法;3、了解熱電偶定標(biāo)根本方法。、實(shí)驗(yàn)儀器銅一一康銅熱電偶、YJ-RZ-4A數(shù)字智能化熱學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)儀、保溫杯、數(shù)字萬(wàn)用表等。三、實(shí)驗(yàn)原理1、溫差電效應(yīng)在物理測(cè)量中，經(jīng)常將非電學(xué)量如溫度、時(shí)間、長(zhǎng)度等轉(zhuǎn)換為電學(xué)量進(jìn)行測(cè)量，這種方法叫做非電量的電測(cè)法。 其優(yōu)點(diǎn)是不僅使測(cè)量方便、迅速，而且可提高測(cè)量精密度。溫差電 偶是利用溫差電效應(yīng)制作的測(cè)溫元件，在溫度測(cè)量與控制中有廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)是研究一給定溫差電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系。如果用A、B兩種不同的金屬構(gòu)成一閉合電路，并使兩接點(diǎn)處于不同溫度， 如圖1所示,那么電路中

2、將產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)，并且有溫差電流流過(guò)，這種現(xiàn)象稱為溫差電效應(yīng)。2、熱電偶兩種不同金屬串接在一起，其兩端可以和儀器相連進(jìn)行測(cè)溫(圖2)的元件稱為溫差電圖2偶，也叫熱電偶。溫差電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)與二接頭溫度之間的關(guān)系比擬復(fù)雜，但是在較小溫差范圍內(nèi)可以近似認(rèn)為溫差電動(dòng)勢(shì)Et與溫度差(t t0)成正比，即(1)Et c(t to)式中t為熱端的溫度，t0為冷端的溫度，c稱為溫差系數(shù)(或稱溫差電偶常量)單位為V C 1，它表示二接點(diǎn)的溫度相差1C時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，其大小取決于組成溫差電偶材料的性質(zhì)，即c =( k/e)In ( n 0A/n 0B)(2)式中k為玻耳茲曼常量，e為電子電量，n0A和n0B為

3、兩種金屬單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)目。如圖3所示，溫差電偶與測(cè)量?jī)x器有兩種連接方式：(a) 金屬B的兩端分別和金屬 A焊接，測(cè)量?jī)x器M插入A線中間(或者插入B線之間)；(b) A B的一端焊接，另一端和測(cè)量?jī)x器連接。(b)圖3在使用溫差電偶時(shí)，總要將溫差電偶接入電勢(shì)差計(jì)或數(shù)字電壓表，這樣除了構(gòu)成溫差電偶的兩種金屬外，必將有第三種金屬接入溫差電偶電路中，理論上可以證明，在A、B兩種金屬之間插入任何一種金屬C,只要維持它和 A、B的聯(lián)接點(diǎn)在同一個(gè)溫度，這個(gè)閉合電路中的溫差電動(dòng)勢(shì)總是和只由A、B兩種金屬組成的溫差電偶中的溫差電動(dòng)勢(shì)一樣。溫差電偶的測(cè)溫范圍可以從4.2K (-268.95 C)的深低溫直至

4、2800C的高溫。必須注意，不同的溫差電偶所能測(cè)量的溫度范圍各不相同。3、熱電偶的定標(biāo)熱電偶定標(biāo)的方法有兩種。(1) 比擬法：即用被校熱電偶與一標(biāo)準(zhǔn)組分的熱電偶去測(cè)同一溫度，測(cè)得一組數(shù)據(jù)，其中被校熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)即由標(biāo)準(zhǔn)熱電偶所測(cè)的熱電勢(shì)所校準(zhǔn)，在被校熱電偶的使用范圍內(nèi)改變不同的溫度，進(jìn)行逐點(diǎn)校準(zhǔn)，就可得到被校熱電偶的一條校準(zhǔn)曲線。(2) 固定點(diǎn)法：這是利用幾種適宜的純物質(zhì)在一定氣壓下(一般是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)，將這 些純物質(zhì)的沸點(diǎn)或熔點(diǎn)溫度作為溫度， 測(cè)出熱電偶在這些溫度下對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)， 從而得 到電動(dòng)勢(shì)一一溫度關(guān)系曲線，這就是所求的校準(zhǔn)曲線。本實(shí)驗(yàn)采用固定點(diǎn)法、且連接方法參照?qǐng)D3中的(a)對(duì)熱

5、電偶進(jìn)行定標(biāo)。實(shí)驗(yàn)中的銅一一康銅熱電偶分為了 “熱電偶熱端和“熱點(diǎn)偶冷端兩局部，它們都是 由受熱管和兩股材料分別為銅和康銅的導(dǎo)線組成， 如圖4所示，其中，銅導(dǎo)線外部是紅色絕 緣層，康銅導(dǎo)線外部是黑色絕緣層，且兩股導(dǎo)線在受熱管中焊接在一起，但和外部的受熱管絕緣，受熱管的作用只是讓其內(nèi)部的兩導(dǎo)線焊接端良好受熱。受熱管八、連接熱電偶時(shí)，將“熱電偶熱端和“熱電偶冷端的“紅接“紅，“黑接“黑，以保證形成熱電偶，為了測(cè)出電壓，可將數(shù)字萬(wàn)用表接在它們的 “紅與“紅之間，或“黑 與“黑之間，把冷端浸入冰水共存的保溫杯中，熱端插入加熱盤的恒溫腔中，如下列圖5，是其中一種連接方法。內(nèi)有加熱引線和溫度傳感器引線浸入

6、冰水共存的保溫杯中紅冷端黑八、數(shù)字萬(wàn)用表熱端插入加熱盤 的恒溫腔中定標(biāo)時(shí)，加熱盤可恒溫在50120C之間。用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)定出對(duì)應(yīng)點(diǎn)的溫差電動(dòng)勢(shì)。 以電動(dòng)勢(shì) 為縱軸，以熱端溫度t為橫軸，標(biāo)出以上各點(diǎn)，連成直線。如圖6所示，即為熱電偶的定標(biāo)曲線。有了定標(biāo)曲線，就可以利用該熱電偶測(cè)溫度了。這時(shí)，仍將冷端保持在原來(lái)的溫度to=0C,將熱端插入待測(cè)物中，測(cè)出此時(shí)的溫差電動(dòng)勢(shì)，再由-T圖線，查出待測(cè)溫度。£t/ C四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、測(cè)溫差電動(dòng)勢(shì)連接好實(shí)驗(yàn)裝置，將“熱電偶熱端置于恒溫腔中，將“熱電偶冷端置于保溫杯的冰 水混合物中，將“溫度選擇開(kāi)關(guān)置于“設(shè)定溫度，調(diào)節(jié)“設(shè)定溫度初選和“設(shè)定溫度細(xì)

7、選，選擇加熱盤所需的溫度如50C,按下“加熱開(kāi)關(guān)開(kāi)始加熱，待加熱盤溫度穩(wěn)定時(shí)，溫度可能達(dá)不到設(shè)定值，可適當(dāng)調(diào)節(jié)“設(shè)定溫度細(xì)選使其溫度到達(dá)所需的溫度如 50.0 C,這時(shí)給其設(shè)定的溫度要高于所需的溫度，讀出數(shù)字萬(wàn)用表中此時(shí)的溫差電動(dòng)勢(shì)。2、熱電偶定標(biāo)如步驟1，調(diào)節(jié)加熱盤的溫度，使其每次遞增10C如依次到達(dá) 60C、70C、80C、90C、100C,熱電偶冷端不變，測(cè)量不同溫度下的溫差電動(dòng)勢(shì)，作出熱電偶的-T定標(biāo)曲線。3、 利用熱電偶測(cè)溫驗(yàn)證-T定標(biāo)曲線使恒溫腔的溫度到達(dá)某一值如 75 C ,將冷端置于保溫杯中，熱端插入恒溫腔中， 測(cè)出此時(shí)的溫差電動(dòng)勢(shì)，由 -T定標(biāo)曲線查出對(duì)應(yīng)的溫度值，與恒溫腔的實(shí)際溫度值進(jìn)行 比擬，分析誤差。五、數(shù)據(jù)記錄及處理1、測(cè)量出對(duì)應(yīng)溫度的溫差電動(dòng)勢(shì)。T/ C/mvT。0T, T010 C1T2 To 20 C2T3 T030 C3T4 T040 C4T5 T050 C52、作出熱電偶的-T定標(biāo)曲線*£ /mVt/c3、驗(yàn)證-T定標(biāo)曲線恒溫腔的實(shí)