温度的电测法热电偶的定标和测温课件.ppt

1、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苏州大学物理实验教学中心力热学实验 1.了解非电量的电测法原理了解非电量的电测法原理 2.学习热电偶定标、测温方法学习热电偶定标、测温方法 3.进一步掌握电位差计的使用进一步掌握电位差计的使用【实验目的】苏州大学物理实验教学中心力热学实验【实验原理】1热电偶热电现象及测温原理热电偶热电现象及测温原理图图 1t0tAB 当两种不同金属互相接触时，接触面上产生一个接触电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：位差：铂尔贴电动势铂尔贴电动势；同一种金属两端处于不同温度时，金属的两端就产生一同一种金属

2、两端处于不同温度时，金属的两端就产生一个电位差：个电位差：汤姆逊电动势汤姆逊电动势。由两种不同的金属或由两种不同成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分的合金的两端彼此焊接在一起组成闭合回路时（如图合回路时（如图1），若两端点温度分别），若两端点温度分别为为t 和和 t0，则回路中就有温差电动势，它，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。产生温差电动势的装置称为热电偶。苏州大学物理实验教学中心力热学实验)tt(CE0 x 接电势差计接电势差计t0tAB图图2 当当组成热电偶的组成热电

3、偶的材料一定时，温差电动势材料一定时，温差电动势Ex 唯一地决定唯一地决定于两端点的温度差于两端点的温度差 t t0，其大小近似为：，其大小近似为：用热电偶测量温度时，通常把一端置于被用热电偶测量温度时，通常把一端置于被测温场中，称为测量端测温场中，称为测量端(热端热端)；另一端恒定于；另一端恒定于某一温度，称为参考端某一温度，称为参考端(冷端冷端)，如图，如图2所示。所示。当当t0 恒定时，热电偶所产生的温差电动势恒定时，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电动势与测量端温度的对应关系整理成

4、热电偶定标曲线，测量时便可根据测得的温差电偶定标曲线，测量时便可根据测得的温差电动势来求得被测温度。动势来求得被测温度。式中式中C为温度系数，由组成热电偶的材料决定。为温度系数，由组成热电偶的材料决定。苏州大学物理实验教学中心力热学实验 热电偶的定标就是用实验方法，找出热电偶两端温度差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：这里仅介绍比较定标法：将

5、热电偶冷端置于冰水混合物中，热端置于热水中，让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点测量后即可画出Ex(t)t 定标曲线。定标曲线。2热电偶的定标热电偶的定标苏州大学物理实验教学中心力热学实验3电动势的测量原理电动势的测量原理图图3 补偿法测电动势补偿法测电动势(1)补偿法测电动势补偿法测电动势 如图如图3所示，当检流计所示，当检流计示数为零时，示数为零时，ES

6、的示数即的示数即为待为待测电动势测电动势Ex的值，此的值，此即即补偿法。补偿法。苏州大学物理实验教学中心力热学实验图图4 工作电路工作电路 如图如图4所示，先将双刀开关所示，先将双刀开关S与与ES相接，固定相接，固定C点，调节点，调节R，使检，使检流计示数为零，此为校准电阻流计示数为零，此为校准电阻AB中的中的(工作工作)电流：电流：(2)实际工作电路实际工作电路 再将再将S与与Ex相接，固定相接，固定R(IAB不不变变)，调节，调节C点位置，使检流计示点位置，使检流计示数为零，可得数为零，可得Ex的值：的值：ACABSlIE SACACACABxElllIE 电势差计中，电势差计中，ES/l

7、AC是定值，将是定值，将lAC 相对相对ES/lAC定标的结定标的结果直接标在刻度盘上，即可直观读出果直接标在刻度盘上，即可直观读出Ex值。值。苏州大学物理实验教学中心力热学实验4热电偶的测温热电偶的测温 得出热电偶的得出热电偶的Ex(t)t 定标曲线后，只要测出待测条定标曲线后，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）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。时，热端的温度随之被测出。苏州大学物理实验教学中心力热学实验1、接线、接线 按图按图5

8、接入标准电池接入标准电池Es、检流计、检流计G、工作电源、工作电源E(5.76.4V)，热电偶引线接入，热电偶引线接入“未知未知1”(或或“未知未知2”)。检检流计流计G接入前要先进行零点调节。接入前要先进行零点调节。【实验内容】图图5苏州大学物理实验教学中心力热学实验2、校正工作电流、校正工作电流 根据实验室提供的标准电池电动势值，置根据实验室提供的标准电池电动势值，置RS于于相应位置，旋相应位置，旋K1至至“1”、K2至至“标准标准”，依次调，依次调节节Rn，使检流计指针指，使检流计指针指“零零”，电位差计即达到补，电位差计即达到补偿状态偿状态IAB=ES/lAC。3、测量练习、测量练习

9、将冰块放入冷端部分的保温杯将冰块放入冷端部分的保温杯(约约 杯杯)中，加少量中，加少量自来水形成冰水混合物；热端置于空气中，旋自来水形成冰水混合物；热端置于空气中，旋K2至热至热电偶接入端，调节测量转盘电偶接入端，调节测量转盘I、II、III，使检流计指，使检流计指针指针指“零零”，立刻读出水银温度计的温度及测量转盘，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。读数，即得到热端为室温时的温差电动势。21苏州大学物理实验教学中心力热学实验 以温度以温度 t 为横坐标，温差电动势为横坐标，温差电动势 Ex 为纵坐标，绘为纵坐标，绘出出Ext 定标曲线定标曲线，并用图解法

10、求出，并用图解法求出 Ex=C(tt0)中的中的C值值4、测量未知温差电动势、测量未知温差电动势 将热水倒入热端部分的电热杯将热水倒入热端部分的电热杯(约约 杯杯)中。中。不断调不断调节测量转盘节测量转盘I、II、III，使检流计指针随时指使检流计指针随时指“零零”，每隔每隔35度左右，读出水银温度计的温度，以及测量度左右，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转盘读数，即得到热端在该温度时的温差电动势Ex，共测共测8 810组数据。组数据。215、定标定标苏州大学物理实验教学中心力热学实验 将热电偶热端悬空置于实验室内空气将热电偶热端悬空置于实验室内空气中，

11、测量温差电动势，从热电偶的定标曲中，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。得的结果进行比较。6、测温、测温苏州大学物理实验教学中心力热学实验1.电源极性不可接错电源极性不可接错;2.测量时一定要遵循测量时一定要遵循“先粗调，后先粗调，后细调细调”的原则，确保检流计不因过的原则，确保检流计不因过载而被损坏。载而被损坏。【注意事项】苏州大学物理实验教学中心力热学实验【思考题】1若在校准工作电流过程中检流计的指针总是偏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如果在实验中热电偶“冷端冷端”不放在冰水混合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物中，而直接处于室温中，对实验结果会有些什么影响影响?