热电偶温度计的设计1.doc

热电偶温度计的设计 吉林建筑工程学院城建学院 计算机科学与工程系 10级-1班 101210126 刘晓飞 【内容摘要】本文论述了热电偶测温的原理和方法，对热电偶的测温方法进行了解释，并对其热电偶的特性做了描述。1、 引言 在做大学物理实验中“温差电偶的定标与测温”实验中第一次接触到了热电偶。由于出去个人的兴趣，有了用热电偶设计温度计的构想，经过自己查阅书籍，我成功设计出了热电偶设计温度计的方法。二、实验目的： （1）了解热电偶的测温原理 （2）学会热电偶温度计的设计方法 （3）学会数字电压表（或电位差计）的原理和使用方法三、实验仪器： 铜-康铜温差电偶、数字电压表（或电位差计）、保温杯、水浴锅(含温度显示）等。四、实验原理： 热电偶测量温度的基本原理是热电效应（或温差效应），将两种不同材料的导体首尾相连接成闭合回路，如两接点的温度不等，则在回路中就会产生热电动势，这种现象称之为热电效应（或温差效应）。热电偶就是由两种不同的金属材料焊接而成。使用时通常将一端（参考端）保持在一定的恒定温度(如0或100 )，当对另一端（测量端）加热时，在接点处有热电势产生。如参考端温度恒定，其热电势的大小和方向只与两种金属材料的特性和测量端的温度有关，而与热电偶的粗细和长短无关。当测量端的温度改变后，热电势也随之改变，并且温度和热电势之间有一固定的函数关系，利用这个关系就可以测量温度。理论和实验均表明，接触电势差的大小和相接处的两种金属的性质及接触处的温度有关。理论道出公式如下：当量两种不同的材料的金属想成闭合回路时，按上述接触电势差的性质可以判定，若两接触处的温度分别为和时，闭合回路的电动势为 若，则E不等于0，这种电动势称为温差电动势，这种温差效应称为温差效应这种组合体称为热电偶在实际中，给出来的温差电动势都用下式表示： 式中，a,b.是常数，称为温差系数，表示温差为时的电动势，其大小取决于组成热电偶的材料；是接触处的摄氏温度，为冷端温度，为热端温度在温差不太大的情况下，可近似为： 可见，若常数和冷端温度已知，只要侧得温度电动势，就能得到热端温度（热端也称做测温端）五、实验内容： （1）将数字电压表（电位差计）进行校准。 （2）温差电动势测温端放入盛有病水混合物的保温杯中，测量0时热电动势（应该为0），热端插入水浴锅(含温度显示）中，对水加热，待水沸腾，且水蒸气喷口有足够的水蒸气喷出时，用数字电压表（或电位差计）测出相应的温差电偶电动势E （3）在水温降低的过程中测量电偶电动势和读取温度，要同时完成，并且要求每次温差的测量点宜取在5或10的整数倍位置，间隔测量十组并记录数据。温度/c0102030405060708090电动势电动势 (4)在温差电偶的线性范围内，固定T(一般为0C),测出不同的已知温度T下对应的电动势，则可得到温度-电动势关系曲线，再用线性拟合曲线确定出常数a,则得到电动势与温度（E-T）的关系式。 （5）测量并记录数据。六、注意事项： 在使用水浴锅和保温杯加热时，注意不要被烫伤！ 为减小测量误差，数字电压表应尽可能调到灵敏度最高的档位。 为便于作图，每次温差的测量点宜取在5或10的整数倍位置七、思考题： 当热电偶回路中串联了其它的金属（比如测量仪器等），是否会引入附加的温差电动势从而影响热电偶原来的温差电特性? 热电偶为什么能测温度？它与水银温度计比较有哪些优点？ 升温和降温测量有什么差别？是否需要升温和降温各测一次测量？目的是什么？ 如果热电偶与数字电压表的正负极反接，会出现什么现象？八、数据记录：温度/c0102030405060708090电动势/v九、数据处理及画E-T曲线 ：10、 后记 通过这个实验，在热电偶的测温性质的基础上，对温度计的设计进行了深一步的研究，理解其形成原理，把对热电偶特性的理解应用到对温度计设计的构思上。这个过程不仅让我对热电偶有了进一步的了解，同时也让我提高了研究并设计实验的能力。这个实