热电偶仿真 实验报告

热电偶的特性及应用研究一.实验原则：1.电位器的补偿原理为了测量电源的电动势，如果电压表并联在电源的两端，如图2.10.1所示，电流I流过电源。由于电源的内阻r，电源内部存在电压降，因此仪表的指示值仅为电源的端电压。显然，只有这样，电源上的电压才会等于电动势。为了精确测量电动势的大小，可以使用图2.10.2所示的电路。其中电动势可以调节。进行调整，使检流计指针指向零，这意味着回路中两个电源的电动势方向相反，大小相等。因此，存在数值(2.10.1)此时我们称电路为补偿电路。在补偿的条件下，如果已知的值，就可以得到它。根据这一原理测量电动势和电势差的仪器叫做电位计。图2.10.1电源电动势测量示意图图2.10.2电动势测量补偿电路2.实际电位器的工作原理图2.10.3电位计的工作原理实际电位器的工作原理如图2.10.3所示。电源e、开关K0、可变电阻器、标准电阻器R1、r等。形成工作电流调节回路。标准电池Es、检流计G、开关K1和K2(S)形成工作电流校准回路。待测电动势Ex、检流计G0和开关K1、K2(X)形成待测回路。使用时，首先将工作电流标准化，即根据标准电池的电动势调整工作电流I。将开关K2转到S位置，调整可变电阻，使电流计指针指向零。此时，段中的工作电流I的电压降等于标准电池的电动势，即(2.10.2)然后将开关K2闭合到x位置，调整电阻Rx，并使电流计指针再次指向零。这时，有(2.10.3)这里的电流I是归一化的工作电流。换句话说，在电流标准化的基础上，可以在电阻为Rx的位置直接标记相应的电动势(电压)值，从而可以直接执行电动势(电压)的读取测量。3.热电偶测温原理如图2.10.4所示，两种不同金属或不同成分合金的两端相互焊接在一起，形成一个闭环。图2.10.4热电偶如果两个触点保持在不同的温度T和t0，则在回路中产生热电电动势。热电电动势的大小仅由两个触点的温度函数之差决定，除了它与构成热电偶的材料有关。通常，电动势和温差之间的关系可以近似表示为(2.10.4)这里，t是热端温度，t0是冷端温度，c是温差系数，表示温差为1时的热电电动势，其大小取决于构成热电偶的材料。热电偶可以用来测量温度。测量期间，保持热电偶的冷端温度t0恒定(通常保持在冰点)。另一端与待测物体接触，然后用电位计测量热电偶回路中的热电电动势，如图2.10.5所示。只要预先标定好热电偶电动势与温差的关系，就可以找出待测温度，或者根据相关的热电偶分度表找出相应的温度。图2.10.5热电偶温度测量原理(a) (b)图2.10.6用UJ31型电位计测量热电动力的装置图二。实验仪器和使用方法：本实验所用的实验仪器包括：电位器、标准电池、点检流计、稳压电源、热电偶、冰桶、水银温度计、烧杯等。1.UJ31型电位计：UJ31电位计是一种测量低电位的电位计。其测量范围为1VRx分为三个电阻转台I (1)、ii (0.1)和iii (0.001)，电压标在转台上。当电位计处于补偿状态时，可以从三个转盘中读出未知的电动势(或电压);K1是两个按钮，标记为“厚”和“薄”。按下“粗”按钮，保护电阻和检流计串联。按下“薄”按钮，保护电阻短路。K2是标准电池和未知电动势之间转换的开始。标准电池Es、电流计G、工作电源E和未知电动势Ex通过相应的端子外部连接。(1)UJ31电位计的使用如下：1)设置K2为“关”，K0为“1”(或“10”，视测量值而定)，分别连接标准电池、检流计和工作电源。测得的电动势(或电压)连接到“未知1”或“未知2”。2)根据温度校正公式计算标准电池的电动势Es值，并调整Rs的指示值使其相等。将K2转到“标准”位置，按K1(粗)按钮，调整Rn1、Rn2和Rn3使检流计指针指向零，然后按K1(细)按钮，用Rn3精确调零。3)将K2转到“未知1”(或“未知2”)位置，按K1(粗)键，调整读数盘一、二、三，使电流表指针指向零，然后按K1(细)键，微调读数盘三，使电流表指针准确指向零。此时，测得的电动势(或电压)Ex等于读数转盘1、2和3上的指示值之和乘以相应的乘法因子。(2)电位器在实验中运行测量范围为1V至17mV(K0至1档)或10V至170mV(K0至10档)。在实验中，使用外部工作电源，标准电池和检流计都在外部。1)标准电池电动势设置旋钮Rs。鼠标左键点击增加，鼠标右键点击减少。2)“X10，X1”档位开关K0。对于X10档，测得的电动势=刻度盘读数10；在X1档，测得的电动势=刻度盘读数1；点击鼠标，切换X10和X1档位。3) Rn1“粗、中、细”旋钮。校准电位计时，通过调节三个旋钮来控制工作电流，使检流计指针指向零。此时，电位器被校准。鼠标左键点击增加，鼠标右键点击减少。4)标准电池，未知电动势转换开关K2。转动开关，测量分别对应于“未知1”、“未知2”和标准电池端子的电动势。当K2设置为“关”时，电位计断开，无法测量。单击鼠标左键，逆时针转动开关，然后右击顺时针转动。5)粗调、微调和短路按钮。按下“粗调”按钮，保护电阻和检流计串联，电位器进入粗调状态。按下“微调”按钮，保护电阻短路，电位器进入微调状态。当按下短路按钮时，连接到电位计的电流计短路。按钮操作方法如下：点击鼠标按下按钮，再点击释放按钮。6) 1、0.1、0.001电阻转盘。转动转盘，使检流计指针准确指向零。此时，测得的电动势等于三个读数转盘的指示值之和乘以相应的乘数。当旋转0.001转盘时，避免使用转盘的中间位置。按钮操作方法如下：鼠标左键点击增加，鼠标右键点击减少。7)外部/电源开关。当开关置于上方时，使用外部连接。当开关置于下方时，使用实用模式。实验中使用了“商用电源”模式。点击鼠标开关。2.标准电池标准电池是汞镉电池。常用的有H形封闭玻璃管和单管。前者只能直立放置，不能翻转。电池的电解液为硫酸镉溶液，根据电解液浓度分为饱和型和不饱和型。饱和电动势最稳定，但随温度变化很大。如果已知20时的电动势，则t时的电动势可近似为下式(3)标准电池是装有化学溶液的玻璃容器。应防止振动和碰撞，并且不应倒置。3.检流计电流计的一个用途是平衡零点。当电位计校准和测量未知电压时，根据流过检流计的电流是否为零来判断电路是否平衡。当档位旋钮设置为“关闭”时，仪器的电源关闭。当设置到“调零”位置时，仪器可以通过调节调零旋钮调零。当设置为“1A、3A、10A、30A、100A、300A、1mA”时，档位值为满量程读取值。4.温控实验仪调节输出加热电流，接受传感器反馈的实际温度。实验中与样品室加热装置一起使用。温度设定方法如下：点击“设置”按钮开始设置温度。此时，轻轻按下“移动”按钮，改变调整焦点位置；轻按“向下”按钮以减少焦点处的数字；当您点击向上按钮时，增加焦点上的数字。再次点击“设置”按钮，确认温度设置完成。温度设定范围为室温99.9，分辨率为0.1。读数温度是实际测量信号的温度。当实际温度高于设定温度时，系统将会冷却。当实际温度低于设定温度时，系统预热。加热电流调节旋钮的调节范围为0.000安 1.000安，加热电流大时加热速度快。风扇电流开关：当置于左边“开”时，风扇开启，加热装置散热加快，样品室迅速冷却；当置于右侧“关”时，风扇关闭，加热装置的散热速度减慢。(1)温度设置：鼠标点击“设置”按钮来设置温度。这时，鼠标点击“位移”按钮改变调整焦点位置；单击“向下”按钮减少焦点处的数字；当您单击向上按钮时，增加焦点上的数字。再次点击“设置”按钮，确认温度设置完成。温度设定范围为室温99.9，分辨率为0.1。(2)加热电流调节旋钮：鼠标左键点击增加加热电流；右击可减少加热电流。调整范围为0.000埃 1.000埃(3)风扇电流开关：点击鼠标切换开关位置。当置于左侧“开”时，风扇电流开关打开，加热装置的散热加快；当置于右侧“关”时，风扇电流开关关闭，加热装置的散热速度减慢。5.样品室和加热装置放置待测样品，根据加热电流的大小加热样品；同时，风扇安装在底部，当风扇打开时散热。热电偶的热端插入样品室，冷端插入杯中。样品室的加热电源插座与温控器的恒流输出相连，并通过信号输入插座与温控器的信号输入相连，从而将样品室的温度反馈给温控器。6.保温杯冰水混合物内置，热电偶的一端插入冰水混合物中。实验中保温杯的操作热电偶的冷端通过保温杯的插座插入冰水混合物中。四.实验内容：铜-康铜热电偶温差系数的测量(1)如图2.10.6所示连接电路。根据室温计算标准电池电动势的值，并根据电位器的使用方法调整电位器(见仪器简介)。(2)。加热杯中的液体，达到一定温度后停止加热，在读取水银温度计的同时，用电位计测量热电电动势。在液冷过程中，高温端温度每下降5，热电电动势测量一次，测量8组以上数据。(3)。参考数据表并记录测量数据。根据实测数据，绘制出热电电动势Ex和温差的曲线图，热电偶的曲线图应为str75.070.065.060.055.0热电动力Ex(毫伏)3.65933.45593.25273.04902.84572.64242.43912.2358计算温差系数：使用行进法：序列号1234Ex(i)-Ex(i 4)/5*4 (mv/)0.042480.040670.040680.04066铜-康铜导线对的温差系数c (mv/)为0.04067。六.结论、错误分析、建议：结论：铜-康铜导线对的温差系数为0.04067。误差分析：1.热电偶插入待测介质后，由于其热惯性，它不能立即指示待测气流的温度。只有当测量端的吸收和放热达到动态平衡时，才能达到稳定的指示值。导致系统错误。2.温控测试仪的温度已达到设定温度，但热电偶高温段尚未加热到规定温度，导致误差；3.查看