温度的电测法-热电偶的定标和测温

苏州大学物理实验教学中心,力热学实验,热电偶定标和测温,实验目的,实验原理,实验内容,注意事项,思考题,1. 了解非电量的电测法原理,2. 学习热电偶定标、测温方法,3. 进一步掌握电位差计的使用,【,实验目的,】,【实验原理】,1热电偶热电现象及测温原理,图,1,t,0,t,A,B,当两种不同金属互相接触时，接触面上产生一个接触电位差：铂尔贴电动势；,同一种金属两端处于不同温度时，金属的两端就产生一个电位差：汤姆逊电动势。,由两种不同的金属或由两种不同成分的合金的两端彼此焊接在一起组成闭合回路时（如图1），若两端点温度分别为,t,和,t,0,，则回路中就有温差电动势，它是铂尔贴电动势和汤姆逊电动势之和,产生温差电动势的装置称为热电偶。,接电势差计,t,0,t,A,B,图2,当组成热电偶的材料一定时，温差电动势,E,x,唯一地决定于两端点的温度差,t,t,0,，其大小近似为：,用热电偶测量温度时，通常把一端置于被测温场中，称为测量端(热端)；另一端恒定于某一温度，称为参考端(冷端)，如图2所示。,当,t,0,恒定时，热电偶所产生的温差电动势仅随测量端温度变化。只要把已测得的温差电动势与测量端温度的对应关系整理成热电偶定标曲线，测量时便可根据测得的温差电动势来求得被测温度。,式中,C,为温度系数，由组成热电偶的材料决定。,热电偶的定标就是用实验方法，找出热电偶两端温度差与温差电动势的对应关系曲线,根据温度给定方法和测定方法不同，热电偶的定标方法分为纯物质定点定标法和比较定标法等,这里仅介绍比较定标法：,将热电偶冷端置于冰水混合物中，热端置于热水中，让其自然冷却，用水银温度计测量其温度，同时用电位差计测出热电偶对应温差时的温差电动势，以一定温度间隔进行多点测量后即可画出,E,x,(t),t,定标曲线。,2热电偶的定标,3电动势的测量原理,图3 补偿法测电动势,(1),补偿法测电动势,如图3所示，当检流计示数为零时，,E,S,的示数即为待测电动势,E,x,的值，此即补偿法。,图4 工作电路,如图4所示，先将双刀开关,S,与,E,S,相接，固定,C,点，调节,R,，使检流计示数为零，此为校准电阻,AB,中的(工作)电流：,(2),实际工作电路,再将,S,与,E,x,相接，固定,R,(,I,AB,不变)，调节,C,点位置，使检流计示数为零，可得,E,x,的值：,电势差计中，,E,S,/,l,AC,是定值，将,l,AC,相对,E,S,/,l,AC,定标的结果直接标在刻度盘上，即可直观读出,E,x,值。,4热电偶的测温,得出热电偶的,E,x,(t) t,定标曲线后，只要测出待测条件下热电偶输出的温差电动势，就可在定标曲线上标定相关条件下热电偶两端的温差，冷端温度已知（固定）时，热端的温度随之被测出。,1、接线,按图5接入标准电池,E,s,、检流计,G,、工作电源,E,(5.76.4V)，热电偶引线接入“未知1”(或“未知2”)。检流计,G,接入前要先进行零点调节。,【实验内容】,图5,2,、校正工作电流,根据实验室提供的标准电池电动势值，置,R,S,于相应位置，旋,K,1,至“,1,”、,K,2,至“标准”，依次调节,R,n,，使检流计指针指“零”，电位差计即达到补偿状态,I,AB,=,E,S,/,l,AC,。,3、测量练习,将冰块放入冷端部分的保温杯(约 杯)中，加少量自来水形成冰水混合物；热端置于空气中，旋,K,2,至热电偶接入端，调节测量转盘I、II、III，使检流计指针指“零”，立刻读出水银温度计的温度及测量转盘读数，即得到热端为室温时的温差电动势。,以温度,t,为横坐标，温差电动势,E,x,为纵坐标，绘出,E,x,t,定标曲线，并用图解法求出,E,x,=C(t,t,0,),中的,C,值,4、测量未知温差电动势,将热水倒入热端部分的电热杯(约 杯)中。不断调节测量转盘I、II、III，使检流计指针随时指“零”，每隔35度左右，读出水银温度计的温度，以及测量转盘读数，即得到热端在该温度时的温差电动势,E,x,，,共测8,10,组数据。,5、,定标,将热电偶热端悬空置于实验室内空气中，测量温差电动势，从热电偶的定标曲线上查出实验室温度，并与水银温度计测得的结果进行比较。,6、测温,1. 电源极性不可接错;,2. 测量时一定要遵循“先粗调，后细调”的原则，确保检流计不因过载而被损坏。,【注意事项】,【思考题】,1若在校准工作电流过程中检流计的指针总是偏向一边，试分析有哪些可能的原因?,2实验中怎样判定热电偶两根引线的正、负极性?,3如果在实验中热电偶“冷端”不放在冰水混合物中，而直接处于室温中，对实验结果会有些什么影响?,