常州工程学院物理实验课件09热电偶定标与测温

实验九热电偶定标与测温现代大规模工业生产和各类工程技术中，几乎全都依靠各类控制仪表或计算机实现自动控制和测量，为保证控制系统的正常运行，必须随时随地将控制过程中的各类变量提供给控制仪表或计算机。由于电信号具有控制方便、灵敏度高、响应速度快，能动态测量和自动记录数据，便于存储和远距离传输等优越性，因此，就经常需要将控制过程中的—些非电学量转化为电学量输入到控制仪表或计算机，以实现自动控制和测量，形成非电学量的电测法。热电偶测温就是将非电学量的测量转化为电学量的测量方法之一，它是利用物理上的热电势效应将温度的测量转化为热电动势的测量。本实验介绍热电偶的测温原理和定标方法。【实验目的】1、理解热电偶的测温原理和定标方法。2、学会使用热电偶测温。【实验原理】1、热电势效应两种不同材料的金属或合金两端彼此焊接或熔接起来，组成一闭合回路，如图1所示，当两接触点温度不同时，则回路中将有电流流过，相应有热电动势产生，这种现象称为热电势效应，或称为温差电效应，图1所示的组合称为热电偶。当组成热电偶的材料一定时，热电动势的大小仅与两接触点的温度差有关。一般来说，热电动势和温度差的关系比较复杂，在温度差较小的情况下，热电动势的大小近似与两接触点的温度差成正比，即：其中t为热端温度，t0为冷端温度，c为热电偶常数，或称温差系数，表示温差为10C时热电动势的大小，与组成热电偶的材料有关。图1【实验原理】2、热电偶测温与定标热电偶测温线路如图2(a)，测温时，热电偶的冷端接头温度保持恒定(通常放在冰水混合物中)，另一端与待测物体接触，当两接触端温度不同时，回路中就有热电动势产生，用显示仪表显示热电动势的大小，只要该热电偶的热电动势与温度的关系事先已知，就可以由热电动势的大小确定待测温度值。当测量精度要求不高时，可以采用图2(b)的线路。上述两种线路，热电偶回路中实际上都接了第三种导体(显示仪表)，可以证明，只要第三种导体两接点的温度相同，便对回路中热电动势的大小无影响。利用热电偶测温需要确定热电偶的热电动势和温度的关系，确定热电动势ε和温度t关系的过程称为热电偶的定标。常用的几种标准组分的热电偶(例如由含铂90％铑10％的铂铑丝和纯铂丝配成的铂铑—铂热电偶；由含镍89％铬9.8％铁1％锰0.2％的镍铬丝和含镍94％铝2％铁0．5％硅1％锰2.5％配成的镍铬—镍铝热电偶)，它们的定标曲线可以从手册中查出，不必进行定标，如果使用的热电偶并非标准组分，测温前就需要用实验的方法进行定标。图2【实验仪器】【实验内容】用比较法校准康铜-铜热电偶比较法，即利用一标准组分的热电偶与待定标热电偶测量同一温度，标准组分热电偶的数据已知，即可确定待定标热电偶在不同温度下对应的热电动势的大小，从而得出ε和温度t关系曲线。附：固定点法校准热电偶另一种是固定点法，即利用适当的纯物质在一定压强下的熔点、沸点或凝固点作为已知温度，用未知热电偶测出在此温度下对应的热电动势的大小，从而得出ε和温度t的关系曲线。固定点法的优点是校准点的温度稳定、准确，但得到合适的纯物质较少，校准点的数目很少。【注意事项】避免热电偶爱玷污，通常把热电偶放在试管内。测量时热电偶要紧贴管底，不能悬空。