文档介绍：温差电偶实验报告例温差电偶的定标和测温(讲义) 由两种不同金属所组成的闭合回路中,当两接触处的温度不同时,回路中会产生一个电动势,这就是热电效应。这一效应于1821年被德国物理学家塞贝克ThomasJohannSeebeck发现,因此又称“塞贝克效应”。1830年,人们就为它找到了应用场所。利用热电效应,可制成温差电偶来测量温度。只要选用适当的金属作热电偶材料,它就可轻易测量到从-180℃到+XX℃的温度,如此宽泛的测量范围,令酒精或水银温度计望尘莫及。现在,通过采用铂和铂合金制作的热电偶温度计,甚至可以测量高达+2800℃的温度。此外,利用这一效应制作的温差电偶温度计还有很多优点,结构简单、制作方便,灵敏度准确度高,热容量小,响应快,可用于微区测温,广泛用于实时测温和监控系统。本实验的热电偶由铜和康铜构成。【实验目的】理解温差电偶测温原理和定标方法。学会用温差电偶测量未知温度。【实验仪器】数字电压表、保温瓶和铜—康铜温差电偶、HW-1恒温控制加热仪。【实验原理】温差电偶概念若将A、B两根不同的金属或合金丝的端点互相连接(接点焊接或熔接)成为一闭合回路,并使两接点处于不同温度,如图1所示,则由于温差电效应,回路中将产生电动势,称为温差电动势。这种闭合回路称为温差电偶或热电偶。使用温差电偶测温时,常把一个接点置于某一恒定温度,称为参考点;另一接点作为测温点。图1温差电偶对于温差电动势,其产生的机理有两种,一种称为帕尔贴电动势,另一种称为汤姆逊(WilliamThomson,1stBaronKelvin,1824-1907)电动势。前者是由于不同金属(与塞贝克效应不同,帕尔贴效应不仅可以产生在两种不同金属的交界面,或者一种多相材料的不同相界间,也可以产生在非匀质导体的不同浓度梯度范围内)接触引起,由接触面两侧金属内不同浓度自由电子的扩散形成,当扩散平衡时,在两种金属间形成稳定电位差;后者是由于同一种金属两端所处温度不同导致,高温端的自由电子好像气体一样向低温端扩散,并在低温端堆积起来,从而在导线内形成电场,由电子热扩散不平衡建立的电场反过来又阻碍不平衡热扩散的进行,最终达到动态平衡,使金属两端形成一稳定的电势差。如果要在金属构成的闭合回路中形成电动势,必须满足两个条件:一是回路由两种金属构成,二是两个接点处温度不同。讨论如下: 当闭合回路由两种金属构成,但接点处温度相同,即满足第一个条件而不满足第二个条件时,两接触面间将建立相等而相反的电动势,因而形不成恒定电流。只有两接点温度不同,两个珀耳帖电动势不等,回路中才会形成电动势。温差越大,形成的电动势也越大。当闭合回路的两个接点处温度不同,而由一种金属构成,即满足第二个条件而不满足第一个条件时,两段导线形成的闭合回路内将建立起相等而相反的两个电势,互相抵消,因而不能形成电动势,这就要求把两种不同材料的金属连接成闭合回路,两个汤姆逊电势不相等,才不会抵消,回路中就会有电动势存在。温差越大,形成的电动势也越大。总之,热电偶回路中产生的温差电动势是由帕尔贴电动势和汤姆逊电动势联合组成的,统称为温差电动势。对于帕尔贴电动势,其热端和冷端的总接触电势差为: ?EAB?k?(t2?t1)lnA e?B 式中k为波尔兹曼常数,e为单位电荷电量,?A和?B分别为金属A、B的电子密度,t为温度。对于汤姆逊电动势,两种金属总的汤姆逊电动势电势为: ?E?AB????A??B??dtt1t2 热电偶产生的热电势是由两种导体的总接触电势和总汤姆逊电势所组成,为: EAB?t2,t1???EAB??E?AB?tk?t2?t1?lnnA??t2??A??B?dt?f?t2??f?t1?1enB 当制作电偶的材料确定后,温差电动势的大小就只决定于两个接触点的温度差,一般说,电动势和温差的关系非常复杂,若取二级近似,可表为如下形式 EAB?C?t2?t1??d?t2?t1?2 式中,t2为热端温度;t1是冷端温度;而C、d是电偶常数,它们的大小仅决定于组成电偶的材料。粗略测量时,可取一级近似 EAB?C?t2?t1? 由式可知,只要确定电偶常数C和参考温度t1,就可以根据电动势EAB求得待测温度t2。测温仪器的设计根据以上讨论,可以设计测温仪器。待测温度的数值是通过热电偶在回路中产生的温差电动势计算所得,为了测定这温差电动势,需在闭合回路中接入测量仪表,如图2所示。图2测量仪表接入温差电偶这就相当于把第三种金属串入回路。理论上可以证明,在A、B两种金属之间插入任何一种金属C,只要维持它和A、B的联接点在同一个温度,这个闭合电路中的温差电动势总是和由A、B两种金属组成的温差热电偶中的温差电动势一样,与第三种导体的接入位置和接入长度无关,如图3所示。这叫中间导体定律。图3接入温差电偶的导线这一定律对于降低成本和便利测量