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实验内容及步骤 - 兰州交通大学 自己收集整理的 错误在所难免 仅供参考交流 如有错误 请指正！谢谢 物 理 实 验 中 心 实验指导书 热电偶传感器测温 热电偶传感器测温 　　 　　将两种不同金属丝的末端彼此分别焊接在一起(称为结)组成一个回路 并使该结点处于不同的温度下 则回路中就有电动势存在 这种现象称为温差电效应 这个电动势称为温差电动势 该回路则称为温差电偶或热电偶 温差电偶的主要用途是测量温度 这是把非电学量(温度)转化为电学量(电动势)进行测量的一个实例 　　用温差电偶测量温度具有许多优点 第一是测温范围广 选用不同的热电偶可以从-200℃测到2000℃；第二是它的测量准确度和灵敏度都比较高 可以检测出10-3℃的微小温度；第三是温差电偶测温端的受热面积和热容量都可做得很小 因而对测温对象的热状态影响很小 可用来测量很小空间范围内的温度或微小的热量；第四 它的滞后效应很小(即响应快) 可以测量变化中的温度 总之它的这些优点是液体(如水银、酒精)和气体温度计无法比拟的 温差电偶的温差电动势虽主要取决于选用的材料和两个接点的温度 但材料中所含的杂质以及加工工艺也有一定的影响 因而尽管都是由同样两种材料组成的温差电偶 但它们的温差电动势与温度的关系并不完全相同 所以对每一支焊好的温差电偶 都应先进行分度 即定出温差电动势和温度的确定关系 然后才能用它去测量温度 一、实验目的 1．掌握热电偶温度计原理及工作特性 2．学会查阅热电偶分度表 　　3．观察温差电效应 了解热电偶的结构 　　4．熟悉CSY仪器的主要结构与工作流程 二、实验原理 　　1．热电偶的测温原理 　　把两种不同的导体或半导体A、B连接成一闭合回路（接点焊接或熔接） 如图1所示 如两接点分别处于不同的温度T和T0 则回路中就会产生热电动势 这种现象称作热电效应 同时把这个电路叫做A、B组成的热电偶 每根单独导体或半导体称为热电极 两个接点 一个称工作端或热端 另一个叫自由端或冷端 常用热电偶有铂－铂铑热电偶、铜－铁热电偶、铜－康铜热电偶等 　　 　　 　　在图1所示的热电偶回路中 产生的热电势由接触电势和温差电势两部分组成 温差电势是在同一导体的两端因温度的不同而产生的一种热电势 由于材料中高温端的电子能量比低温端的电子能量大 因而从高温端扩散到低温端的电子数比从低温端扩散到高温端的电子数多 结果使高温端失去电子而带正电荷 低温端得到电子而带负电荷 产生一附加的静电场 此静电场阻碍电子从高温端向低温端的扩散 在达到动态平衡时 导体的高温和低温端间有一个电位差VT－VT0 此即温差电势 在热电偶回路中 导体A和B分别有自己的温差电势eA（T T0）和eB（T T0） 　　接触电势的产生原因是两种导体材料的电子密度和逸出功不同 这样 当两种导体接触时 电子在其间扩散的速率就不同 使一种导体因失去电子而带正电荷 另一种导体因得到电子而带负电荷 在其接触面上形成一个静电场 即产生了电位差 这就是接触电势 其数值取决于两种不同导体材料的性质和接点的温度 在热电偶回路中两个接点分别有不同的接触电势eAB（T）,eAB（T0） 由于温差电势和接触电势的影响 在热电偶回路中产生的总热电势可表达为 　　 （1） 它是材料和温度的函数 对确定的热电偶材料 热电势EAB(T,T0)是温度T和T0的函数差 　　 　　　　 　　（2） 　　如果使某接点温度固定（常取水的三相点温度作为T0） 则总电势成为温度T的单值函数 　　 （3） 这一关系式可通过实验获得 得到后 我们测出热电偶接点处于某未知温度时的EAB值（另一接点温度T0） 就可得到此温度值 　　2．有关热电偶回路的基本定律 　　（1）均质导体定律 　　如果只用一种均质导体组成闭合回路 则不论其导体是否存在温差 回路中均不会产生电流（即不产生电动势）；反之 如果回路中出现电流 则恰好证明此导体是非均质的 本定律是校验热电偶的材料是否均匀一致的重要依据 　　如果热电偶两接点温度相同 则无论导体由何种材料制成 热电偶回路内的总热电势亦为零 　　（2）中间导体定律 　　在热电偶测温回路内 接入第三种导体时 只要第三种导体的两端温度相同 则对回路的总热电动势没有影响 如图2所示 　　这条基本定律十分重要 有了这条基本定律 我们就可以在热电偶回路中引入各种显示仪表和连接导线等 而且也可以采用各种焊接方法来焊制热电偶 只要保证引入的中间导体两端的温度相同 就不致影响热电偶回路的热电