热电偶特性及其应用研究实验报告.docx

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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

姓名：

学号：

班级:

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

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_

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

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

2

3

4

（Ex（i）-Ex（i+4））/（5*4）（单位：

mV/℃）

0.039740

0.039875

0.039335

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=1.0187V

⑵铜—康铜热电偶的温差系数C=0.040mV/℃

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△Ux，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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