熱電偶的分度

1、實驗十八 熱電偶的標度?實驗內(nèi)容1測定溫差電動勢，繪制定標曲線。2 確定熱電偶的溫差電動勢與溫度的關(guān)系。 教學要求1 學習使用電位差計測定溫差電動勢。2 掌握熱電偶定標曲線的繪制規(guī)那么。3 學習用直線擬合方法處理實驗數(shù)據(jù)。實驗器材熱電偶，杜瓦瓶，溫度計兩支，直流電位差計，EH 物理實驗儀，槽式加熱器。熱電偶的重要應(yīng)用是測量溫度。它是把非電學量溫度轉(zhuǎn)化成電學量電動勢來測量的一個實際例子。熱電偶在冶金、化工生產(chǎn)中用于高、低溫的測量，在科學研究、自動控 制過程中作為溫度傳感器，具有非常廣泛的應(yīng)用。用熱電偶測溫具有許多優(yōu)點，如測溫范圍寬-200-2000 0C、測量靈敏度和準確度較高、結(jié)構(gòu)簡單不易損壞

2、等。此外由于熱電偶的熱容量小，受熱點也可做得很小，因而對溫 度變化響應(yīng)快，對測量對象的狀態(tài)影響小，可以用于溫度場的實時測量和監(jiān)控。實驗原理溫度是表征熱力學系統(tǒng)冷熱程度的物理量，溫度的數(shù)值表示法叫溫標。常用的溫標有 攝氏溫標、華氏溫標、熱力學溫標等。溫度會使物質(zhì)的某些物理性質(zhì)發(fā)生改變。一般來講，任一物質(zhì)的任一物理性質(zhì)只要它 隨溫度的改變而發(fā)生單調(diào)的、顯著的變化，都可用它來標志溫度，也即制作溫度計。常用的 溫度計有水銀溫度計、酒精溫度計、熱電偶溫度計等。將兩種不同的金屬焊接到一個回路中，如果使它們處于兩個不同的溫度環(huán)境下，那么回路 中就會出現(xiàn)一個通常不為零的電動勢，這個電動勢稱為溫差電動勢，產(chǎn)生這

3、個溫差電動勢的 金屬回路稱為溫差電偶或熱電偶。熱電偶的溫差電動勢雖然主要取決于所選用的材料和兩個接頭的溫度，但材料中所含的 雜質(zhì)和加工工藝過程也會對它產(chǎn)生一定的影響。因而，盡管都是由同樣的兩種材料組成的熱 電偶，它們的溫差電動勢與溫度的關(guān)系卻并不完全相同。所以對于每一支焊好的熱電偶，都 應(yīng)先進行分度，即測定出溫差電動勢與溫度間確實定關(guān)系，然后才能用它來測量溫度。兩種不同的金屬互相接觸時， 在它們的接觸面上產(chǎn)生一個接觸電位差珀耳貼電動勢；同一種金屬兩端處于不同的溫度下也會產(chǎn)生一個電位差湯姆遜電動勢。熱電偶所產(chǎn)生的溫差電動勢是這兩種電動勢之和，它與溫度有關(guān)。可以把溫差電動勢；與溫度T的關(guān)系寫成:-

4、f T -T。此式不是嚴格的線性關(guān)系，可將其展開為無窮級數(shù)“a+bT-T+cT-T。2+18-1式中T o是恒溫端亦稱冷端的溫度，T是另一端即工作端的溫度。假設(shè)選取T = T o時,；=0,可得a = 0。這樣上式應(yīng)寫成bT-To+cT-To2+18-2式中b、C等是與組成該熱電偶的材料等因素有關(guān)的系數(shù)。對于一支做好的熱電偶，當其冷 端溫度T0固定時，溫差電動勢 ；僅僅是工作端溫度 T的函數(shù)。只要用實驗方法確定出二者 的函數(shù)關(guān)系或定出b、c等系數(shù)，就能用這支熱電偶， 根據(jù)其溫差電動勢:的值來測定溫 度T,熱電偶的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 18- 1所示。?熱電偶的分度一般是這樣進行的，將熱電偶的冷端放置

5、在冰水混合物中，工作端的溫度就是T0=0 0C如將冷端置入室溫下的某種液體內(nèi)，那么可用水銀溫度計測出其溫度T0;將熱電偶的工作端置入油中或其它溫度較高又可調(diào)節(jié)的環(huán)境中，用溫度計測出一系列上下不同的溫度點Ti，同時用電位差計分別測出相應(yīng)的溫差電動勢；i ;繪制出；T曲線，即完成熱電偶的分度。如果熱電偶的工作端溫度需分度到幾百度以上，那么常將其工作端置入各種 正在熔化或正在凝固過程中的某種純金屬液體中，那么工作端溫度T就是該金屬的熔點或凝固點，可視為溫度。操作步驟1 按圖18 t2所示結(jié)構(gòu)認真接好電路，檢查無誤后通電預(yù)熱。圖18-2熱由偶的標度實驗線路圖2 將電位差計預(yù)熱待用。3 .通過EH-物理

6、實驗儀調(diào)節(jié)好工作端的溫度待其穩(wěn)定后，從電位差計上讀取相應(yīng)的溫差電動勢注意，在測量時先讓工作端按選定溫度點依次升高溫度；然后再依次降低溫度,并在選定溫度點測量其溫差電動勢。4 在坐標紙上作出 .a =t -T0圖線。用最小二乘法直線擬合求出熱電動 勢；與溫差.的關(guān)系；=b .,并以此關(guān)系為依據(jù)，對熱電偶溫度計進行標定。5根據(jù)；=b.算出此熱電偶溫度計所測沸水的溫度值實驗中先測出沸水的溫差電動勢,并與標準值比擬?？记绊氈?為使杜瓦瓶內(nèi)水溫均勻，應(yīng)不斷進行攪拌。2 .電位差計應(yīng)勤校準、快測量。3 操作中應(yīng)小心，防止打翻杜瓦瓶或被高溫裝置局部燒傷。4測量完畢后，應(yīng)該等待工作端根本冷卻前方可取出溫度計。

7、問題討論1 如果實驗中熱電偶“冷端不放在冰水混合物中，而直接處于室溫或空氣中，對實 驗結(jié)果有什么影響？2 在實驗過程中，為了測量準確，應(yīng)特別注意哪些方面？3 .簡述杜瓦瓶內(nèi)水溫為何要保持均勻。附錄一、實驗數(shù)據(jù)記錄表:電動勢,J 7是降溫過程中在ti溫度點的溫差電動勢,to=C?ti (0C)豈 i (mV)2 7 (mV)爲(mV)表中，to是熱電偶恒溫端的溫度，ti是選定溫度點，是升溫過程中對應(yīng)ti溫度點的溫差、附表1國際實用溫標TPTS-68定義的固定點平衡狀態(tài)國際實用溫標指定值T68 (K)0t68 ( C平衡氫二相點13.81-259.34氧三相點54.361-218.789氧冷凝點9

8、0.188-188.962水三相點273.160.01水沸點373.15100錫凝固點505.1181213.9681鋅凝固點692.73419.58銀凝固點1235.08961.93金凝固點1337.581064.432.常用熱電偶的特性熱電偶常用溫度范圍。c溫差電動勢近似值mv/100 UC銅-康銅-200 +3004.3鐵-康銅-200 +8005.3鉻-鋁-200 + 11004.1鉑-10%銠-180 + 16000.95鉑,40%銠-鉑,20%銠+200+18000.43.水的飽和蒸汽壓mmHg與溫度的關(guān)系溫 度(C)0.00.20.40.60.8溫 度(C)0.00.20.40.

9、60.870233.7235.7237.7239.7241.886450.9454.4458.0461.6465.271243.9246.0248.2250.3252.487468.7472.4476.0479.8483.472254.6256.8259.0261.2263.488487.1491.0494.7498.5502.273265.7268.0270.2272.6274.889：506.1 :510.0513.9 :517.8521.874277.2279.4281.8284.2286.690525.76529.77533.80537.86541.9575289.1291.5294.

10、0296.4298.891546.05550.18554.35558.53562.7576301.4303.8306.4308.9311.492566.99571.26575.55579.87584.2277314.1316.6319.2322.0324.693588.60593.00597.43 ：601.89606.3878327.3330.0332.8335.6338.294610.90615.44620.01624.61629.2479341.0343.8346.6349.4352.295：633.90 ：638.59643.30 :648.05652.8280355.1358.0361.0363.8366.896657.62662.45667.31672.20676.1281369.7372.6375.6378.8381.8卩7；682.07 :687.04692.05 :697.10702.1782384.9388.0391.2394.4397.498707.27712.40717.56722.75727.9883400.6403.8407.0410