用电位差计测热电偶的电动势.ppt

1、用电位差计测热电偶的电动势,大学物理实验 物理实验中心第 8实验室,注意事项,安全 人身安全 电 开水 仪器安全 调节旋钮等用力不能过猛、速度不能太快 特殊仪器应按照使用说明的要求（标准电池，见指导书P47） 纪律 严禁抄袭（实验数据或实验报告），否则本次实验成绩0分,一、实验目的,了解电位差计的工作原理。 掌握用电位差计测量电动势的方法。 【重点】电位差计的使用方法 【难点】工作电流标准化的调节,二、背景介绍,电位差和电动势是电学实验中经常碰到的物理量，对它们的值进行测量时，一般情况下都是使用伏特表，但由于测量支路的分流作用，这样测出的电位差并不是用电元件上电位差的真实值。若能使测量支路上的

2、电流为零，就能得到准确的结果。电位差计就是根据这个原理设计的。 电位差计是采用补偿法测量电位差或电动势的一种仪器。它通过将未知电势与电位差计上的已知电势相比较，此时被测的未知电压回路上没有电流，测量结果仅仅依赖于准确度极高的标准电池、标准电阻以及高灵敏度的检流计。 电位差计的测量准确度可达到99.99%或更高，可以用来精确测量电动势、电位差、电流、电阻、温度、压力、位移和速度等物理量，在生产检测和科学实验中得到了广泛的应用。,三、实验原理,要求从三个方面来掌握 补偿法原理 电位差计的工作原理 热电偶,1、补偿法原理,补偿法原理图,电位补偿法又称比较法，是通过将未知电动势与已知的标准电动势进行比

3、较从而得到未知电动势值的测量方法。 按照图示将2个电动势对接 当2个电动势相等时，无电流 优点 因为没有电路中附加电阻的分压作用，测量较精确,调节EN的值，当检流计指0的时候，电路中没有电流，此时EN=Ex，就知道了未知电动势的值。,2、电位差计的工作原理,通过前面给出的简单例子中的电路实际上无法完成测量工作 如何让EN可变？ 如何解决EN不能通过较大电流的问题？ 为了解决上面的问题，采用下面的电路,通过调节旋钮开关K2可以分别将“标准回路”和“待测回路”与电位差计工作电源E相连，形成2个补偿电路。,2、图中，RN为标准电池的温度补偿电阻，需要根据标准电池的工作温度计算出标准电池的电动势值EN

4、 ，然后相应调节RN的值（使其读数等于EN ）。,1、标准电池EN的输出电压与工作温度有关。,注2：电位差计的工作电流被设计为某个标准值 I，称为标准工作电流，我们必须在这个电流下进行测量。此时有,注1：RN的阻值在仪器制造时由制造商根据不同温度下的EN确定。所以RN的读数被表示成 ，也就是某个温度下EN的值。,3、RP为电位差计工作工作电流的调节电阻，当选定RN之后，再通过调节RP使电路中的实际电流等于标准工作电流 I。,4、通过K2接入待测电动势，可调节Rx的大小使得Ex与Rx两端电压补偿，此时可知Ex的值就是,说明：实际上这里还是用标准电池作为标准来衡量别的电动势，只是并没有让它们直接比

5、较，而是依靠中介 I 的作用进行间接比较：,5、结果：因为工作电流是经过标准化的，Rx两端的电压与其阻值是一一对应的，所以可以将其读数表示为其两端的电压值，如下图,热电偶,热电偶是用来测温的一种仪表。 两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当2个接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为温差电效应。,T1,T2, 为温差系数,四、实验仪器,下图是该实验仪器组合,电位差计,检流计,标准电池,烧杯、温度计、热电偶,1、电位差计 UJ31型,与游标卡尺的读法一样,2、电位差计 UJ34型,3、检流计 AZ19型,交流电源供电，背后有电源开关,电池供电，无电源开关,

6、接线柱,主旋扭,调零旋钮,4、标准电池,用于校准B组，一般不用,一般使用这一组,接到电位差计的“标准”接线柱,5、热电偶,热电偶,冷端，室温,热端，应与温度计水银头高度一致,五、操作步骤,大致分为四步 准备工作； 工作电流的标准化； 测量； 整理仪器、打扫卫生。,因为有2种型号的电位差计，仪器操作旋钮布局、结构和具体操作上有些地方不太一样，请注意区分。,A、准备工作,A.1将电位差计转换开关K2放在“断”档，将控制开关K0放在“断”档（UJ31型则是将3个控制按钮全部松开）。 如果是UJ31型，还应将量程开关K1放在“X1”档，表示R的读数倍率为1倍，如果是“X10”档，最后读数应该乘以10）

7、。UJ34型没有K1开关，不用管。,UJ31型,A.2,A.2接线。按照电位差计面板上的标识分别连接检流计、标准电池和热电偶。,注意： 标准电池上“+”极接电位差计上“标准”接线柱的“+”极； 检流计不分正负极，接到“电计”（UJ34型）或“检流计”（ UJ31型）接线柱上； 热电偶容易断，已经连接好，如非必要，请不要动。,A.3,A.3将桌面上的电源开关打开。并打开检流计电源开关（如果有的话）， 进行调0。 将“主旋扭”由“关机”旋至“调零”档，稍等片刻，等检流计指针基本稳定后，调节“调零”旋钮使指针指0。 然后将主旋钮旋至最大档30mV档位待用。（为什么要用最大档位？ ） 注意：调0之后不

8、要再动“调零”旋钮。,A.4,A.4读出室温（注意精度），根据公式（P47）计算EN，并将RN调好，使RN读数等于EN；例如下图中读数为（注意小白点对应的位置）,1 . 0 1 8 6 7 V,B、工作电流标准化,B.1打开电位差计背面的电源开关（UJ31型只有1个，而UJ34型有2个，必须都打开），将转换开关K2旋至“标准”档； B.2使用K0的“粗”（将UJ31型上的按钮“粗”按下，或UJ34型旋至“粗”），观察检流计指针的偏转。 B.2.1调节RP使检流计指针向0刻度偏转 （此时是粗调，不需要严格指0） ；（此时检流计在30mV档） B.2.2顺次减小检流计档位直至1mV档，观察检流计指

9、针的偏转，重复B.2.1,B.3B.4,B.3将电位差计控制开关K0旋至“细”（如果是UJ31型，则将按钮“粗”弹起，“细”按下），继续调节RP使检流计严格指零；（此时检流计在1mV档） B.4标准化完成，将K2以及K0置于“断”状态。,按照“先粗调后细调（K0）、先大档位后小档位（检流计由30mV到1mV档，最小必须用到1mV档）”的原则调节仪器。这里考察学生“手脑并用”的能力！,做这一部分内容的时候要用到“标准电池”，所以考虑到标准电池的特点，要求操作必须流畅，或者在非操作（思考、犹豫等）情况下应将K2以及K0置于“断”状态！,C、测量,C.1给烧杯里加入适量开水。 注意 大约1/4杯，水

10、太多了冷却慢，太少了温度达不到； 确保温度计测量的温度与热电偶工作端的温度一致； 热电偶另一端置于空气中，温度 t0即为前面测量的室温； C.2将开关K2旋至“未知1”（热电偶都已经连接至“未知1”接线柱），将检流计重新置于30mV档；,C.3,C.3使用K0的“粗”（将UJ31型上的按钮“粗”按下，或UJ34型旋至“粗”），观察检流计指针的偏转。 C.3.1调节R使检流计指针向0刻度偏转 （此时是粗调，不需要严格指0） ；（此时检流计在30mV档） C.3.2顺次减小检流计档位直至1mV档，观察检流计指针的偏转，重复C.3.1,C.47,C.4将电位差计控制开关K0旋至“细”（如果是UJ31

11、型，则将按钮“粗”弹起，“细”按下），继续调节R使检流计严格指零；（此时检流计在1mV档） C.5一次测量完成，先读出温度计示数，再读R读数，记入表中。 C.6待温度下降46 ，重复C.4C.5，一共测量48组数据。 C.7测量完成，将K0、K2断开。然后将数据给老师检查，并在实验记录本的相应位置签字。,D、整理仪器、打扫卫生,D.1将电位差计上K0置于“断”档（UJ31上的按钮全部弹起），K2置于“断”档，R和RP归零，关闭背部的电源； D.2将检流计主旋钮左旋到底，置于关机，并将导线取下； D.3将标准电池的连接导线取下； D.4关闭桌面电源； D.5将烧杯中的剩水倒掉； D.6用拧干的湿

12、抹布将实验台和仪器表面擦一遍； D.7打扫实验室。,六、数据记录与处理,将数据记入下表，回去后按照后面的要求进行处理：,在坐标纸上作出Ex-T曲线； 根据热电偶的电动式近似公式，用逐差法计算出直线斜率，即为温差系数，并进行误差分析。,数据处理方法及作图要求参考指导书第一章相关内容,七、 实验中易出现的问题及解决方法,检流计怎么调节指针都不动，检查背部的电源开关是否打开。 检流计不发生偏转，检查补偿回路是否通路。 检流计不能回零位，这时检查工作回路是否通路，或电源的极性是否正确。校准时总向一边偏，说明标准电池极性接反了。,八、课堂讨论题1,为什么测量前要进行工作电流标准化？ 先将标准电池EN接入，根据EN的大小确定RN的值，然后调节可变电阻RP，使检流计G指零，只是工作电路中已具有工作电流I0=EN/RN，校准工作即完成。工作电流校准后，才可以进行测量。测量时，用待测电池Ex取代EN接入电路，保持RP不变（即保持I0不变），再调节R的大小，使检流计G再次指零，则有： 此时对应的电压值即为待测电动势值。由此可见，只有进行工作电流标准化之后，此计算公式才成立。,八、课堂讨论题2,原理图中，E、EN 、EX的极性是否可以全部反接？为什么？ 电源E、