热电偶温度计的设计

   吉林建筑大学城建学院 建工13-10班 

[摘要],   利用热电偶来测量温度的温度计，将两种不同的金属两端分别连接起来，构成一个闭合回路，一端加热一端冷却，则两个接触点之间由于温度不同，将产生电动势，导体中会有电流发生。因为这种温差电动势是两个接触点温度差的函数，所以利用这一特性制成温度计

若在温差电偶的回路中再接入一种或几种不同的金属导线，所接入的导线，对原电动势

[关键词]，热电偶，温度计，固定点发，温差，电动势

一，引言

在做热电偶温度计设计这一实验中时，第一次接触到了热电偶，出于个人的兴趣，有了用热电偶设计温度计的构想，经过自己查阅书籍成功设计出该实验的测量方法。

二，实验目的

（1）了解热电偶的测量原理

（2）学会热电偶温度计的设计方法

（3） 学会数字电压表

三，实验仪器介绍

温差电偶装置，恒温水浴锅，数字电压表，电热杯，保温杯。

四，实验原理

（1）温差电现象

如图所示，如果把两种不同材料的导体连成回路，并使两连接点处于不同温度，则回路中就产生电动势。这种现象称为塞贝克效应，这种电动势两连接点的温度及两材料性质有关，所以称为温差电动势，并且依其产生的机理不同，一种称为汤姆孙电动势。金属导线两端如果温度不同，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，从而在导线内部形成电场。由电子热扩散不平衡建立的电场反过来有阻碍不平衡热扩散的进行，最终达到动态平衡，使导线两端形成稳定的电势差。若把同种材料的金属导线两端连接起来，并把接点置于不同的温度中两短道线形成的闭合回路内将建立起相等而相反的两个电动势，互相抵消。若把两种不同材料的金属导线连接形成闭合回路，两个汤姆孙电势不相等，则会形成电动势，温差越大形成的电动势也越大。另一种称为波尔贴电动势，两种不同材料的金属链接起来，由于接触面两侧金属内自由电子浓度不同电子将从浓度大的一侧向浓度小的一侧扩散，在接触面间接形成电场从而在两种金属间形成电势差。显然两种金属连成回路，并把接点置于相同温度中，两接触面间将建立起相等而相反的电动势，合成电动势为零。只有两接点温度不同，才会形成电势，而且温差愈大形成的电动势也越大。

（2）温差电偶

把两种不同的金属或不同成分的合金两端彼此焊接成一闭合回路，如图称为温差电偶。

E=a+bt，式中，a取决于参考点温度，b称为温差系数，其大小决定了组成电偶材料的性质

（3）温差电偶的定标与测温

利用温差电偶测量温度时必须进行定标，所谓定标就是设法确定温差电动势的大小与温差的对应关系。

五，实验内容

（1）将数字电压表进行校准

（2）温差电动势测温端放入盛有冰水混合物的保温杯中，测量0摄氏度时的热电动势，热端插入水浴锅，对水加热，待水沸腾用数字电压表测出相应的温差电偶电动势。

（3）在水温降低的过程中测量电偶电动势读取温度，要同时完成，并且要求每次温差的测量点取在5摄氏度或10摄氏度等整数倍。

（4）在温差电偶线性范围内固定温度t，并测出不同的已知温度t下所对应的电动势，得到

温度电动势曲线，再利用曲线确定常数a。

六，数据记录

七，数据处理及画e-t曲线

十，后记

通过这个实验，在热电偶测温性质基础上，对温度计的设计进行了深一步的研究，理解其形成的原理把对热电偶特性的理解应用到对温度计设计的构思上，这个过程让我们不禁对热电偶有了进一步了解，同时也提高了研究并设计实验的能力。

十一，参考文献

1，张彦纯 《大学物理实验》 机械工业出版社，2011.12,33页

第二篇：热电偶温度计的设计1

  热电偶温度计的设计

              吉林建筑工程学院城建学院

                 计算机科学与工程系

             

【内容摘要】本文论述了热电偶测温的原理和方法，对热电偶的测温方法进行了解释，并对其热电偶的特性做了描述。

一、引言

     在做《大学物理实验》中“温差电偶的定标与测温”实验中第一次接触到了热电偶。由于出去个人的兴趣，有了用热电偶设计温度计的构想，经过自己查阅书籍，我成功设计出了热电偶设计温度计的方法。

二、实验目的：

  （1）了解热电偶的测温原理

   （2）学会热电偶温度计的设计方法

   （3）学会数字电压表（或电位差计）的原理和使用方法

三、实验仪器：

   铜-康铜温差电偶、数字电压表（或电位差计）、保温杯、水浴锅(含温度显示）等。

四、实验原理：

    热电偶测量温度的基本原理是热电效应（或温差效应），将两种不同材料的导体首尾相连接成闭合回路，如两接点的温度不等，则在回路中就会产生热电动势，这种现象称之为热电效应（或温差效应）。热电偶就是由两种不同的金属材料焊接而成。使用时通常将一端（参考端）保持在一定的恒定温度(如0℃或100 ℃)，当对另一端（测量端）加热时，在接点处有热电势产生。如参考端温度恒定，其热电势的大小和方向只与两种金属材料的特性和测量端的温度有关，而与热电偶的粗细和长短无关。当测量端的温度改变后，热电势也随之改变，并且温度和热电势之间有一固定的函数关系，利用这个关系就可以测量温度。

理论和实验均表明，接触电势差的大小和相接处的两种金属的性质及接触处的温度有关。理论道出公式如下：

当量两种不同的材料的金属想成闭合回路时，按上述接触电势差的性质可以判定，，若两接触处的温度分别为和时，闭合回路的电动势为

       

若，则E不等于0，这种电动势称为温差电动势，这种温差效应称为温差效应这种组合体称为热电偶

在实际中，给出来的温差电动势都用下式表示：

             

式中，a,b.....是常数，称为温差系数，表示温差为时的电动势，其大小取决于组成热电偶的材料；是接触处的摄氏温度，为冷端温度，为热端温度

在温差不太大的情况下，可近似为：

                   

可见，若常数和冷端温度已知，只要侧得温度电动势，就能得到热端温度（热端也称做测温端）

五、实验内容：

  （1）将数字电压表（电位差计）进行校准。

  （2）温差电动势测温端放入盛有病水混合物的保温杯中，测量0时热电动势（应该为0），热端插入水浴锅(含温度显示）中，对水加热，待水沸腾，且水蒸气喷口有足够的水蒸气喷出时，用数字电压表（或电位差计）测出相应的温差电偶电动势E

  （3）在水温降低的过程中测量电偶电动势和读取温度，要同时完成，并且要求每次温差的测量点宜取在5℃或10℃的整数倍位置，间隔测量十组并记录数据。

  (4)在温差电偶的线性范围内，固定T(一般为0C),测出不同的已知温度T下对应的电动势，则可得到温度-电动势关系曲线，再用线性拟合曲线确定出常数a,则得到电动势与温度（E-T）的关系式。

  （5）测量并记录数据。

六、注意事项：

  ①在使用水浴锅和保温杯加热时，注意不要被烫伤！！！！！

   ②为减小测量误差，数字电压表应尽可能调到灵敏度最高的档位。

  ③为便于作图，每次温差的测量点宜取在5℃或10℃的整数倍位置

七、思考题：

   ①当热电偶回路中串联了其它的金属（比如测量仪器等），是否会引入附加的温差电动势从而影响热电偶原来的温差电特性?

   ②热电偶为什么能测温度？它与水银温度计比较有哪些优点？

   ③升温和降温测量有什么差别？是否需要升温和降温各测一次测量？目的是什么？

   ④如果热电偶与数字电压表的正负极反接，会出现什么现象？

八、数据记录：

九、数据处理及画E-T曲线：

十、后记

   通过这个实验，在热电偶的测温性质的基础上，对温度计的设计进行了深一步的研究，理解其形成原理，把对热电偶特性的理解应用到对温度计设计的构思上。这个过程不仅让我对热电偶有了进一步的了解，同时也让我提高了研究并设计实验的能力。这个实验虽然做成功了，但是还有一些遗留问题。

十一、参考文献

1、张彦纯  《大学物理实验》机械工业出版社

    2、王小平  《大学物理实验》机械工业出版社

3、张进治  《大学物理实验》电子工业出版社