热电堆的标定.doc

热电偶的制作与温度标定摘要:本文基于对热电偶原理的充分认识的基础上,制作了热电偶试件,并用这些热电偶进行实验,根据实验的数据,得出热电偶的温度特性。分析实验结果，并分析实验误差以及实验的仪表的不确定度。关键词：热电偶、数据处理、不确定度1 热电偶的工作原理及温度计1.1 热电偶的工作原理 两种不同金属导线连接成的回路成为热电偶。当两端的温度不同时，在回路内就会产生热电势，此热电势的大小与材料及温差有关。两根导线称为热电极，高温端称热接点，低温端称冷接点。若冷接点的温度维持在某一恒定值，则热电偶的电势只和热接点的温度有关。当两个导线相互接触，由于其内部电子的密度不同，会产生电子的扩散，形成了所谓的扩散电流，从而在接触的表面上形成电位差，其大小取决于不同的导体的性质和接触点的温度。1.2 温度计 本实验将温度计放置于恒温器中的试管内，由于试管内的油阻和试管壁的热阻存在，其温度与恒温器的设定温度是不同的，取可容许的误差范围进行读数。2 实验系统本实验的系统主要包括：热电偶5组，零度槽，恒温器（油槽），温度计和数字电压表。实验由制做好的热电偶组成5个试件，其示单个回路意图如下： 零度槽 图1 实验系统示意图根据热电偶的温度特性，实验将热电偶的一端放入零度槽，另一端放入恒温油槽中的试管内，恒温器的温度由我们自己设置，同时用导线连接至测压仪表，当不同温度时，热电偶的温度特性在数字电压表上反映的是对应的伏特值。3 数据记录表1 实验数据温度计温度K恒温器温度K热电偶1(mv)热电偶2(mv)热电偶3(mv)热电偶4(mv)热电偶5(mv)297.2297.330.9630.9640.9650.9630.96301.9302.071.1541.1581.1571.1551.143306.9307.11.3631.3651.3661.3641.338311.9312.041.5691.5711.5721.571.532317.83181.8191.8221.8231.8221.768322.83232.032.0362.0342.0321.969327.83282.2462.2512.2492.2472.136337.73382.6822.6862.6852.6832.548347.63483.1253.1293.1283.1262.548362.43633.0863.8083.8093.8063.6154 实验数据处理分析表1分析：实验通过保持低温端零度槽的温度不变，调节高温端的恒温器的温度，在温差的变化下，测得热电偶所对应的伏特值。从表1可以看出随着温度的增加，热电偶所对应的伏特值增加。由于热电偶2，3，4，其得出的伏特值近似相同，而热电偶5与热电偶1差异较大，从表1可以看出，热电偶1的温度特性表现更加明显。下图为实验数据处理图：图2 热电偶1的温度特性图 3 热电偶2的温度特性 图4 热电偶3的温度特性 图5 热电偶4的温度热性图6 热电偶5的温度特性 图7 热电偶整体比较从上图，可以看出随着温度的增大，热电偶的伏特值总体趋势为增大。其中热电偶2，3，4三个热电偶温变特性特别相似，几乎重合。热电偶1的变化趋势是，先增大后减小，而热电偶的变化趋势则是先缓慢增大，后剧烈变大，此两种变化趋势属于变化非正常趋势，因而应该是实验误差。5 实验结果分析5.1误差及分析根据实验数据,可以得到各温度下的热电偶的实验误差,现列于下表2，3。下表2中，从整体可以看出,随着温度的增加,实验的误差有增大的趋势。在表3中，由于求的是各热电偶的测量平均误差，因而，整体而言，由于误差在误差要求的范围内，因而本实验的数据具有真实性和可用性。表2 热电偶各温度下的误差温度计温度K热电偶1误差%热电偶2误差%热电偶3误差%热电偶4误差%热电偶5误差%297.20.04205-0.0336474-0.0252355-0.0420592-0.0672948301.90.016560.016561780.00828089-0.0082809-0.1076515306.90.057020.073313780.081459760.06516781-0.1466276311.90.104200060.120230840.128246230.11221545-0.1923693317.80.212397730.235997480.243864070.23599748-0.188798322.80.294299880.340768280.325278810.30978934-0.1781289327.80.411836490.449969490.434716290.41946309-0.4270897337.70.695883920.7254960.718092980.70328694-0.2961208347.61.014096661.042865361.035673191.02128884-3.1357883362.4-3.38024281.60044151.607339961.586644590.26903974表3 热电偶各温度下的平均误差热电偶1误差%热电偶2误差%热电偶3误差%热电偶4误差%热电偶5误差%平均误差-0.05318980.457199710.455771660.44035134-0.44708295.2 不确定度分析5.2.1 温度的不确定度原因在于温度计与油槽内换热有之间热阻的存在,因而温度计的读数T1总是与油槽实际温度T2的不确定度相同,温差的不确定度为T,现将列成下表4。T1=0.01T2=0.01T=|T1-T2|表4 温度计与油槽的不确定度温度计温度T1K297.2301.9306.9311.9317.8322.8327.8338347.6362.4恒温器温度T2K297.33302.07307.1312318323328338348363温差T0.130.170.20.140.20.20.20.30.40.65.2.2 实验仪表仪器的不确定度导致的原因：1）热电偶的制作焊接工序不是很严谨。2）实验仪器仪表本身存在误差，因而读数时的误差是不可避免的,温度计和数字电压表的不确定度分别为:T1=0.01E=0.0001mv3）恒温槽的稳定时间较长，因而读取数据时可能有波动，造成数据失真。5.2.3实验操作人员的不确定因素导致原因:由于温度计的数据都是由实验人员读出来的，因而存在读数误差。6 结论：在本实验中，保证了不同的热电偶不接触，保证了一定的实验精度，记录了数据。由于误差在误差要求的范围内，因而本实验的数据具有真实性和可用性。根据