实验N1__热电偶温差电动势的测量

【实验目的】

1． 了解热电偶的工作原理。

2． 掌握热电偶的标定及测温方法。 【实验仪器】

FB203型多挡恒流智能控温实验仪，深圳MASTECH 公司的MS8050型5-1/2位数字万用表，MS6501型数显温度计等。 【实验原理】

1． 热电偶测温原理

热电偶亦称温差电偶，是由A 、B 两种不同材料的金属丝的端点彼此紧密接触而组成的。当两个接点处于不同温度时（如图1），在回路中就有直流电动势产生，该电动势称温差电动势或热电动势。当组成热电偶的材料一定时，温差电动势E x 仅与两接点处的温度有关，并且两接点的温差在一定的范围内有如下近似关系式

0()X E a t t ≈− （1）

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1 o C 时产生的电动势。

图1 图2

实验室所用铜－康铜热电偶的在100℃时的温差电动势约为4.3mV ，可用5位半的数字万用表测量，精度可达到0.001mV 。由于测量时需保证测量仪器的引入不影响热电偶原来的性质，例如不影响它在一定的温差t －t 0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。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t 0（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 两根不同化学成分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）。铜引线与数字万用表相连，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t 0=0o C ，

将热端置于待测温度处，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 。热电偶温度计的优点是热容量小，灵敏度高，反应迅速，测温范围广，还能直接把非电学量温度转化为电学量。因此，在自动测温、自动控温等系统中得到广泛应用。

图3

1．对热电偶进行定标，并求出热电偶的温差电系数α。

用实验方法测量热电偶的温差电动势与工作端温度之间的关系曲线，称为对热电偶定标。本实验采用常用的比较定标法，即用一标准的测温仪器（如标准水银温度计或已知高一级的标准热电偶）与待测热电偶置于同一能改变温度的调温装置中，测出E x～t定标曲线。具体步骤如下：

⑴ 按图4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，确保t0=0o C（测温端置于加热器内）。

图4 接线图

⑵用数字万用表测量待测热电偶的电动势。先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 o C左右测一组（t，E x），直至100 o C为止。由于升温测量时，温度是动态变化的，故测量时可提前2o C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，再做一次降温测量，即先升温至100 o C，然后每降低10o C测一组（t，E x），再取升温降温测量数据的平均值作为最后测量值。另外一种方法是设定需要测量的温度，等控温仪稳定后再测量该温度下温差电动势。这样可以测得更精确些，但需要花费较长的实验时间。

【数据与结果】

⒈热电偶定标数据记录

室温t=＿＿＿o C E N(t)= ＿＿＿V t0=0o C

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 温度t（o C）

电动势（mV）

序号11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 温度t（o C）

电动势（mV）

⒉作出热电偶的标定曲线

用直角坐标纸作E x~t曲线。定标曲线为不光滑的折线，相邻点应直线相连，这样在两个校正点

之间的变化关系用线性内插法予以近似，从而得到除校正点之外其他点的电动势和温度之间的关系。

所以，作出了标定曲线，热电偶便可以作为温度计使用了。

⒊ 求铜－康铜热电偶的温差电系数α

在本实验温度范围内，E x -t 函数关系近似为线性，即E 2=α× t (t 0=0o C)。所以，在定标曲线上可

给出线性化后的平均直线，从而求得α。在直线上取两点a （Ea ,t a ）,b (E b ,t b )(不要取原来测量的数据点，并且两点间尽可能相距远一些)，求斜率

b a

b a

E E K t t −=

−

即为所求的a 。

⒋ α的理论值为0.0436mV/ o C ，求测量结果的相对误差E 。

【注意事项】

（1）仪器使用后应关闭电源，长期不用请拔出电源线。

（2）在用户正常使用及保管的情况下，仪器的保修期为12个月。

温度

热电势（mV）

（℃）0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -10 -0.383 -0.421 -0.458 -0.496-0.534-0.571-0.608 -0.6 -0.683 -0.720 -0 0.000 -0.039 -0.077 -0.116-0.154-0.193-0.231-0.269 -0.307 -0.345

0 0.000 0.039 0.078 0.1170.156 0.1950.2340.273 0.312 0.351

10 0.391 0.430 0.470 0.5100.5490.50.6290.669 0.709 0.749

20 0.7 0.830 0.870 0.9110.9510.992 1.032 1.073 1.114 1.155

30 1.196 1.237 1.279 1.320 1.361 1.403 1.444 1.486 1.528 1.569

40 1.611 1.653 1.695 1.738 1.780 1.882 1.865 1.907 1.950 1.992

50 2.035 2.078 2.121 2.1 2.207 2.250 2.294 2.337 2.380 2.424

60 2.467 2.511 2.555 2.599 2.3 2.687 2.731 2.775 2.819 2.8

70 2.908 2.953 2.997 3.042 3.087 3.131 3.176 3.221 3.266 3.312

80 3.357 3.402 3.447 3.493 3.538 3.584 3.630 3.676 3.721 3.767

90 3.813 3.859 3.906 3.952 3.998 4.044 4.091 4.137 4.184 4.231

100 4.277 4.324 4.371 4.418 4.465 4.512 4.559 4.607 4.654 4.701 110 4.749 4.796 4.844 4.1 4.939 4.987 5.035 5.083 5.131 5.179 120 5.227 5.275 5.324 5.372 5.420 5.469 5.517 5.566 5.615 5.663 130 5.712 5.761 5.810 5.859 5.908 5.957 6.007 6.056 6.105 6.155 140 6.204 6.254 6.303 6.353 6.403 6.452 6.502 6.552 6.602 6.652 150 6.702 6.753 6.803 6.853 6.903 6.9547.0047.055 7.106 7.156 160 7.207 7.258 7.309 7.3607.4117.4627.5137.5 7.615 7.666 170 7.718 7.769 7.821 7.8727.9247.9758.0278.079 8.131 8.183 180 8.235 8.287 8.339 8.3918.4438.4958.5488.600 8.652 8.705 190 8.757 8.810 8.863 8.9158.96.0249.0749.127 9.180 9.233

9.286

200

注意：1；不同的热电偶的输出会有一定的偏差，所以表格的数据仅供参考。

2；测量负温度系数的热敏电阻时，QJ23电桥的“RX”端二接线柱与温控仪上的“热敏电阻”

二接线柱用导线连接，即可测量。

3；测量正热敏电阻时，应将专用导线一头插入加热装置接线盒上的“热敏电阻（正温度系数）插口”，导线另一头的两接线叉接入QJ23电桥“RX”二接线柱，即可测量。