熱電偶的標(biāo)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、加深對(duì)溫差電現(xiàn)象的理解； 2、了解熱電偶測(cè)溫的基本原理和方法； 3、了解熱電偶定標(biāo)基本方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器 銅康銅熱電偶、YJ-RZ-4A數(shù)字智能化熱學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)儀、保溫杯、數(shù)字萬用表等。三、實(shí)驗(yàn)原理 1、溫差電效應(yīng) 在物理測(cè)量中，經(jīng)常將非電學(xué)量如溫度、時(shí)間、長(zhǎng)度等轉(zhuǎn)換為電學(xué)量進(jìn)行測(cè)量，這種方法叫做非電量的電測(cè)法。其優(yōu)點(diǎn)是不僅使測(cè)量方便、迅速，而且可提高測(cè)量精密度。溫差電偶是利用溫差電效應(yīng)制作的測(cè)溫元件，在溫度測(cè)量與控制中有廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)是研究一給定溫差電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系。 如果用A、B兩種不同的金屬構(gòu)成一閉合電路，并使兩接點(diǎn)處于不同溫度，如圖1所示，則電路中將產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)，并且有溫差電流流過，這種現(xiàn)象稱為溫差電效應(yīng)。A金屬：銅B金屬：康銅圖1 2、熱電偶兩種不同金屬串接在一起，其兩端可以和儀器相連進(jìn)行測(cè)溫（圖2）的元件稱為溫差電圖2偶，也叫熱電偶。溫差電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)與二接頭溫度之間的關(guān)系比較復(fù)雜，但是在較小溫差范圍內(nèi)可以近似認(rèn)為溫差電動(dòng)勢(shì)E與溫度差成正比，即 (1)式中t為熱端的溫度，t為冷端的溫度，c稱為溫差系數(shù)（或稱溫差電偶常量）單位為 ，它表示二接點(diǎn)的溫度相差1時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，其大小取決于組成溫差電偶材料的性質(zhì)，即 c =（k/e）ln（n/n） (2)式中k為玻耳茲曼常量，e為電子電量，n和n為兩種金屬單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)目。如圖3所示，溫差電偶與測(cè)量?jī)x器有兩種連接方式：（a）金屬B的兩端分別和金屬A焊接，測(cè)量?jī)x器M插入A線中間（或者插入B線之間）； （b）A、B的一端焊接，另一端和測(cè)量?jī)x器連接。 圖3在使用溫差電偶時(shí)，總要將溫差電偶接入電勢(shì)差計(jì)或數(shù)字電壓表，這樣除了構(gòu)成溫差電偶的兩種金屬外，必將有第三種金屬接入溫差電偶電路中，理論上可以證明，在A、B兩種金屬之間插入任何一種金屬C，只要維持它和A、B的聯(lián)接點(diǎn)在同一個(gè)溫度，這個(gè)閉合電路中的溫差電動(dòng)勢(shì)總是和只由A、B兩種金屬組成的溫差電偶中的溫差電動(dòng)勢(shì)一樣。溫差電偶的測(cè)溫范圍可以從4.2K（-268.95）的深低溫直至2800的高溫。必須注意，不同的溫差電偶所能測(cè)量的溫度范圍各不相同。3、熱電偶的定標(biāo) 熱電偶定標(biāo)的方法有兩種。（1）比較法：即用被校熱電偶與一標(biāo)準(zhǔn)組分的熱電偶去測(cè)同一溫度，測(cè)得一組數(shù)據(jù)，其中被校熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)即由標(biāo)準(zhǔn)熱電偶所測(cè)的熱電勢(shì)所校準(zhǔn)，在被校熱電偶的使用范圍內(nèi)改變不同的溫度，進(jìn)行逐點(diǎn)校準(zhǔn)，就可得到被校熱電偶的一條校準(zhǔn)曲線。（2）固定點(diǎn)法：這是利用幾種合適的純物質(zhì)在一定氣壓下（一般是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），將這些純物質(zhì)的沸點(diǎn)或熔點(diǎn)溫度作為已知溫度，測(cè)出熱電偶在這些溫度下對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，從而得到電動(dòng)勢(shì)溫度關(guān)系曲線，這就是所求的校準(zhǔn)曲線。本實(shí)驗(yàn)采用固定點(diǎn)法、且連接方法參照?qǐng)D3中的（a）對(duì)熱電偶進(jìn)行定標(biāo)。實(shí)驗(yàn)中的銅康銅熱電偶分為了“熱電偶熱端”和“熱點(diǎn)偶冷端”兩部分，它們都是由受熱管和兩股材料分別為銅和康銅的導(dǎo)線組成，如圖4所示，其中，銅導(dǎo)線外部是紅色絕緣層，康銅導(dǎo)線外部是黑色絕緣層，且兩股導(dǎo)線在受熱管中焊接在一起，但和外部的受熱管絕緣，受熱管的作用只是讓其內(nèi)部的兩導(dǎo)線焊接端良好受熱。紅黑受熱管圖4內(nèi)有加熱引線和溫度傳感器引線接“上盤”隔熱板恒溫腔連接熱電偶時(shí)，將“熱電偶熱端”和“熱電偶冷端”的“紅”接“紅”，“黑”接“黑”，以保證形成熱電偶，為了測(cè)出電壓，可將數(shù)字萬用表接在它們的“紅”與“紅”之間，或“黑”與“黑”之間，把冷端浸入冰水共存的保溫杯中，熱端插入加熱盤的恒溫腔中，如下圖5，是其中一種連接方法。紅黑冷端紅黑熱端數(shù)字萬用表插入加熱盤的恒溫腔中浸入冰水共存的保溫杯中圖5定標(biāo)時(shí)，加熱盤可恒溫在50120之間。用數(shù)字萬用表測(cè)定出對(duì)應(yīng)點(diǎn)的溫差電動(dòng)勢(shì)。以電動(dòng)勢(shì)為縱軸，以熱端溫度t為橫軸，標(biāo)出以上各點(diǎn)，連成直線。如圖6所示，即為熱電偶的定標(biāo)曲線。有了定標(biāo)曲線，就可以利用該熱電偶測(cè)溫度了。這時(shí)，仍將冷端保持在原來的溫度（t=0），將熱端插入待測(cè)物中，測(cè)出此時(shí)的溫差電動(dòng)勢(shì)，再由-T圖線，查出待測(cè)溫度。0510t/mV圖6四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、測(cè)溫差電動(dòng)勢(shì) 連接好實(shí)驗(yàn)裝置，將“熱電偶熱端”置于恒溫腔中，將“熱電偶冷端”置于保溫杯的冰水混合物中，將“溫度選擇”開關(guān)置于“設(shè)定溫度”，調(diào)節(jié)“設(shè)定溫度初選”和“設(shè)定溫度細(xì)選”，選擇加熱盤所需的溫度（如50），按下“加熱開關(guān)”開始加熱，待加熱盤溫度穩(wěn)定時(shí)，溫度可能達(dá)不到設(shè)定值，可適當(dāng)調(diào)節(jié)“設(shè)定溫度細(xì)選”使其溫度達(dá)到所需的溫度（如50.0），這時(shí)給其設(shè)定的溫度要高于所需的溫度，讀出數(shù)字萬用表中此時(shí)的溫差電動(dòng)勢(shì)。 2、熱電偶定標(biāo) 如步驟1，調(diào)節(jié)加熱盤的溫度，使其每次遞增10（如依次達(dá)到60、70、80、90、100），熱電偶冷端不變，測(cè)量不同溫度下的溫差電動(dòng)勢(shì)，作出熱電偶的-T定標(biāo)曲線。 3、利用熱電偶測(cè)溫驗(yàn)證-T定標(biāo)曲線使恒溫腔的溫度達(dá)到某一值（如75），將冷端置于保溫杯中，熱端插入恒溫腔中，測(cè)出此時(shí)的溫差電動(dòng)勢(shì)，由-T定標(biāo)曲線查出對(duì)應(yīng)的溫度值，與恒溫腔的實(shí)際溫度值進(jìn)行比較，分析誤差。 五、數(shù)據(jù)記錄及處理1、測(cè)量出對(duì)應(yīng)溫度的溫差電動(dòng)勢(shì)。2、 作出熱電偶的-T定標(biāo)曲線0t/mV3、 驗(yàn)證-T定標(biāo)曲線恒溫腔的實(shí)際溫度/