温差电动势的测量实验

1.了解电位差计的工作原理，学会用箱式电位差计测量热电偶的温差电动势。UJ31型箱式电位差计、热电偶、光点式或数字式检流计、标准电池、直流稳压电源、温度计、电热杯、保温杯。两种不同金属组成一闭合回路时，若两个接点A、B处于不同温度t0和t，则在两接点A、B间产生电动势，称为温差电动势，这种现象称为温差现象。这样由两种不同金属构成的组合，称为温差电偶，或热电偶。热电偶是一种常用的热电传感器，利用它可以测量微小的温度变化。的大小除和热电偶材料的性质有关外，另一决定的因素就是两个接触点的温度差(t－t0)。电动势与温差的关系比较复杂，当温差不大时，取其一级近似可表示为：＝C（t－t0）C为热电偶常数（或称温差系数），等于温差1℃时的电动势，其大小决定于组成热电偶的材料。例如，常用的铜-康铜电偶的C值为而铂铑-铂电偶的C值为4.26×10-2mV/K，6.43×10-3mV/K。热电偶可制成温度计。为此，先将t0固定（例如放在冰水混合物中），用实-t关系，称为定标。定标后的热电偶与电位差计配合可用于测量温度。与水银温度计相比，温差电偶温度计具有测量温度范围大（－200℃~2000℃），灵敏度和准确度高，便于实验遥测和A／D变换等一系列优点。2．数字电压表测量温差电动势由于数字式电压表的精度和准确度都很好，温差电动势的测量也可以采用数字电压表。测量前，需要把数字电压表的两个接线端连接起来，对数字电压表进行调零。把数字电压表的两个接线端接在温差电偶的两个信号输出端，选择合适的电压量程，就可以开始测量。3．电位差计电位差伏特表读数为U＝Ex－IR，其中R为伏特表内阻。由于U<Ex，故用伏特表不能准确测量电动势。只有当I＝0时，端电压U才等于电动势Ex。计是准确测量电势差的仪器，其精度很高。用伏特表测量电动势Ex时，如图4-8-1，如果两个电动势相等，则电路中没有电流通过，I＝0，EN＝就能准确地测量EX。如果EN是标准电池，则利用这种互相抵消的方法（补偿法）被测的电动势EX，这种方法称为补偿法，电位差计就是基于这种补偿原理而设计的在实际的电位差计中，EN必须大小可调，且电压很稳定。电位差计的工作原理如图4-8-2所示，其中，外接电源E、制流电阻Rp和精密电阻RAB串联成一闭合回路，称为辅助回路。当有一恒定的标准电流I0流过电阻RAB时，改变RAB上两滑动头C、D的位置就能改变C、D间的电位差VCD的大小。由于测量时应保证I0恒定不变，所以在实际的电位差计中都根据I0的大小把电阻的数值转换成电压值，并标在仪器上。VCD相当于上面的“EN”，测量时把滑动头C、D两端的电压VCD引出与未知电动势Ex进行比较。（1）校准。为了使RAB中流过的电流是标准电流I0，根据标准电池电动势EN的大小，选定C、D间的电阻为RN，使EN＝I0·RN，调节RP改变辅助回路中的电流，当检流计指零时，RAB上的电压恰与补偿回路中标准电池的电动势EN相等。由于EN和RN都准确地已知，这时辅助回路中的电流就被精确地校准到所需要的I0值。（2）测量。把开关倒向Ex一边，只要Ex≤I0RN，总可以滑动C、D到之间的电阻为Rx，可得Ex＝I0·Rx。因I0已被校准，Ex也就知道了。由于电位差计的实质是通过电阻的比较把待测电压与标准电池的电动势作比较,此时有·EN4．测量降温过程不同温度点的温差电动势。接通电源，将热端的水加热到100℃，当温度下降到95℃时，开始测量热电偶的温差电动势，每隔4℃测量一个电动势，测出8个数据，重复测量两次。5．使热端处于任意一个温度，测出当前的温度tx真及此温度下相应的电动x。五、数据记录及处理1.实验数据记录热电偶冷端温度t0＝19.5（℃）表3-7-1测量数据表热端温度t/℃6367717579838791升温电动势ε1/mV1.982.162.332.492.662.822.983.13电动势1.982.162.332.492.662.822.983.13平均值εm/V温差216.65220.65224.65228.65232.65236.65240.65244.65/k2.用两种方法求出温差系数C（1）以热电偶两端点的温差△t为横坐标，热电动势为纵坐标，在直角坐标纸上作-△t曲线，并用作图法定出温差系数C。其方法是在直线上两端的数据区取二点（△t1，1）、(△t2，2)（此二点一般不是数据点），代入下式求出CC＝（2－