热电偶特性及其应用研究实验报告

实验报告

热电偶特性及其应用研究

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热电偶特性及其应用研究

一、实验目的

1.了解电位差计的构造、工作原理及使用方法； 2.了解温差电偶的测温原理和基本参数； 3.测量铜—康铜热电偶的温差系数。

二、 实验原理

1.电位差计的补偿原理

为了能精确测得电动势的大小，可采用图2.10.2所示的线路。其中是电动势可调节的电源。调节，使检流计指针指零，这就表示回路中两电源的电动势、方向相反，大小相等。故数值上有(2.10.1)

这时我们称电路得到补偿。在补偿条件下，如果的数值已知，则即可求出。据此原理构成的测量电动势和电位差的仪器称为电位差计。

2.实际电位差计的工作原理

使用时，首先使工作电流标准化，即根据标准电池的电动势调节工作电流I。将开关K2合在S位置，调节可变电阻，使得检流计指针指零。这时工作电流I在段的电压降等于标准电池的电动势，即(2.10.2)

再将开关K2合向X位置，调节电阻Rx，再次使检流计指针指零，此时有

这里的电流I就是前面经过标准化的工作电流。也就是说，在电流标准化的基础上，在电阻为Rx的位置上可以直接标出与对应的电动势(电压)值，这样就可以直接进行电动势(电压)的读数测量。 3. 温差电偶的测温原理

把两种不同的金属或不同成分的合金两端彼此焊接成一闭合回路，如图所示。

若两接点保持在不同的温度t和t0，则回路中产生温差电动势。温差电动势的大小除了和组成热电偶的材料有关外，唯一决定于两接点的温度函数的差。一般地讲，电动势和温差的关系可以近似地表示成

这里t是热端温度，t0是冷端温度，c称为温差系数，其大小决定于组成电偶的材料。

三、实验所用仪器及使用方法

1.仪器：UJ31型电位差计、标准电池、光点检流计、稳压电源、温差电偶、冰筒、水银温度计、烧杯、控温实验仪等。

2.使用方法

UJ31型电位差计：

(1)将K2置于“断”，K0置于“×1”档(或“×10”档，视被测量值而定)，分别接上标准电池、检流计、工作电源。被测电动势(或电压)接于“未知1”或“未知2”。

(2)根据温度修正公式计算出标准电池的电动势Es的值，调节Rs的示值与其相等。将K2旋至“标准”档，按下K1(粗)按钮，调节Rn1、Rn2、Rn3，使检流计指针指零，再按下K1(细)按钮，用Rn3精确调节至检流计指针指零。

(3)将K2旋至“未知1”(或“未知2”)位置，按下K1(粗)按钮，调节读数转盘Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，使检流计指针指零，再按K1(细)按钮，细调读数转盘III使检流计指针精确指零。此时被测电动势(或电压)Ex等于读数转盘Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上的示值乘以相应的倍率之和。 标准电池：

实验中使用饱和标准电池的20℃时的电动势E20=1.0186V。则温度为t℃时的电动势可由下式近似得到

控温实验仪：

轻按“SET”按钮开始设置温度。此时轻按“位移”按钮，改变调节焦点位置；轻按“下调”按钮，减小焦点处数字；轻按上调按钮时，增大焦点处数字。再次轻按“SET”按钮，并设置加热电流后开始加热。

四、原始数据记录

1.标准电池的电动势

高温t(℃) 90.0 85.0 80.0 75.0 70.0 65.0 60.0 55.0 温差(t-t0)(℃) 90.0 85.0 80.0 75.0 70.0 65.0 60.0 55.0 温差电动势Ex(mV) 2.9758 2.7749 2.5677 2.3469 2.1864 1.9774 1.7810 1.5817 标准电池温度Tb(℃)=_18.6_ 标准电池电动势：Es(V)= _1.0187_

2.测量热电偶温差电动势

热电偶低端温度t0(℃)=_0_

五、数据处理

1.方法一：图解法

用Matlab对数据点进行拟合，得直线斜率，即铜—康铜热电偶的温差系数C=0.03967mV/℃ 2.方法二：逐差法

序号 1 (Ex(i)-Ex(i+4))/(5*4) (单位：mV/℃) 0.039740 2 0.039875 3 0.039335 4 0.038260

铜—康铜热电偶的温差系数C(mV/℃) =_0.03931_

六、 小结

1.结论：

⑴ 标准电池电动势Es=1.0187 V

⑵ 铜—康铜热电偶的温差系数C=0.040 mV/℃

2.误差分析：

⑴ 控温试验仪温度已达到设定温度，但电偶高温段还未被加热到指定温度，导致误差；

⑵ 看指针是否指向中线时的视觉误差导致Ex测量不准； ⑶ 测量仪器(电位差计、检流器)的误差。 3.建议：

⑴ 加热仪达到设定温度后等待一会再测相应电动势； ⑵ 多次测量，求平均值，减小偶然读数误差； ⑶ 定期检查和更换仪器。

七、思考题

1. 怎样用电位差计校正毫伏表? 请画出实验线路和拟出实验步骤。

实验线路：

实验步骤：

① 设被校电压表示值为U，实际电压降为U0，电势差计读数为US，则U0 = US。

电压表的指示值U与实际值U0之间的绝对误差为 △U = U - U0 ； ② 用电势差计对被校电压表在不同示值下进行校准，得一组△U ； 作图线△U-U（用折线联结相邻两点）即校准曲线(修正曲线)。

③ 利用修正曲线可以对该被校表的测量值进行修正。如果用被校表测量某一电压所得示值为Ux，可在修正曲线上找出对应于 Ux的误差△U x，则经修正而得测量结果为：U0x = Ux - △Ux 。

2.怎样用电位差计测量电阻? 请画出实验线路。

将a、b与c、d分别接入电位差计的未知1和未知2 则待测电阻阻值Rx=R0×(U1/U2)

(其中，R0为已知电阻，U1、U2为电位差计未知1、未知2的示数)

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