用箱式電勢(shì)計(jì)測(cè)量溫差電動(dòng)勢(shì)

1、用箱式電勢(shì)計(jì)測(cè)量溫差電動(dòng)勢(shì)前言：熱電偶的重要應(yīng)用是測(cè)量溫度。它是把非電學(xué)量（溫度）轉(zhuǎn)化成電學(xué)量（電 動(dòng)勢(shì)）來測(cè)量的一個(gè)實(shí)際例子。熱電偶在冶金、化工生產(chǎn)中用于高、低溫的測(cè)量， 在科學(xué)研究、自動(dòng)控制過程中作為溫度傳感器， 具有非常廣泛的應(yīng)用。用熱電偶測(cè)溫具有許多優(yōu)點(diǎn)，如測(cè)溫范圍寬、測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度較高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不易損壞等。此外由于熱電偶的熱容量小，受熱點(diǎn)也可做得很小，因而對(duì) 溫度變化響應(yīng)快，對(duì)測(cè)量對(duì)象的狀態(tài)影響小，可以用于溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控。教學(xué)目的：1. 觀察并了解溫差電現(xiàn)象。2. 掌握電勢(shì)差計(jì)的工作原理，學(xué)會(huì)運(yùn)用箱式電勢(shì)差計(jì)。3. 通過測(cè)量熱電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)，作出熱電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)與溫度

2、差之間的關(guān)系曲線，能夠運(yùn)用圖解法求出熱電偶溫差系數(shù)并對(duì)熱電偶進(jìn)行定標(biāo)。教學(xué)重難點(diǎn)：1. 熱電偶的定標(biāo) （重點(diǎn) ）2. 箱式電勢(shì)差計(jì)的使用（難點(diǎn)）實(shí)驗(yàn)原理 :兩種不同金屬（如銅和康銅）組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接觸點(diǎn)處于不同溫 度時(shí), 在湯姆孫效應(yīng)和珀耳帖效應(yīng)的共同作用下 , 接觸點(diǎn)間將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，回路中 會(huì)出現(xiàn)電流，此現(xiàn)象稱為溫差電現(xiàn)象，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為塞貝克電動(dòng)勢(shì)，也稱為溫差電動(dòng)勢(shì)。這種由兩種不同金屬焊接并將接觸點(diǎn)放在不同溫度下的回路稱為溫 差電偶。溫差電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)大小由熱端和冷端的溫差決定，其極性熱端為正 極，冷端為負(fù)極，其關(guān)系為：1Et = = ： (X - to )(ti - to

3、)2 上2式中Et為溫差電動(dòng)勢(shì)，ti為熱端溫度，to為冷端溫度，a和B是由構(gòu)成熱電偶的金屬材料決定的常數(shù)。當(dāng)冷熱端溫差不大時(shí)，a B，上式可簡(jiǎn)化為：E t = ： (tito )故溫差電動(dòng)勢(shì)Et與冷熱端溫差h - to成線性關(guān)系.比率系數(shù)a稱為溫差電偶的溫差系數(shù)或稱熱電動(dòng)勢(shì)率本實(shí)驗(yàn)的目的就是通過測(cè)量熱電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)與溫度差 之間的關(guān)系，運(yùn)用圖解法求出熱電偶溫差系數(shù)。將熱電偶，電勢(shì)差計(jì)等其他相關(guān)儀器組合在一起便構(gòu)成了熱電偶溫度計(jì)。當(dāng)已知冷端溫度，并測(cè)出其溫差電動(dòng)勢(shì)后，便可求出熱端溫度：ti二to E t .主要實(shí)驗(yàn)儀器及電路圖(1) UJ31型箱式電勢(shì)差計(jì)箱式電勢(shì)差計(jì)與線式電勢(shì)差計(jì)都是利用 補(bǔ)

4、償法原理，但箱式電勢(shì)差計(jì)不僅測(cè)量方便 而且提高了測(cè)量精度，適用于科研和生產(chǎn)。 U31型箱式電勢(shì)差計(jì)屬于“定流變阻式”電 勢(shì)差計(jì)，其簡(jiǎn)化原理圖如圖。圖中 E為工 作電源；R為工作回路的限流電阻；Es為標(biāo)準(zhǔn)電池；E為待測(cè)電動(dòng)勢(shì)；R稱為工作 電流調(diào)定電阻，提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓與標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)相互補(bǔ)償，以確定工作電流；R稱為測(cè)量電阻，提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓與未知電動(dòng)勢(shì)相互補(bǔ)償，從而測(cè)出待測(cè)電動(dòng)勢(shì)。UJ31型箱式電勢(shì)差計(jì)是一種低電勢(shì)，雙量程的電勢(shì)差計(jì)，當(dāng)量程開關(guān)Ko指向“X10”檔時(shí)最大量程為171mv,當(dāng)量程開關(guān)指向“X 1”檔時(shí)最大量程為17.1mv。（2）直流復(fù)射式檢流計(jì)與指針式檢流計(jì)相比，直流復(fù)射式檢流

5、計(jì)以光路系統(tǒng)代替金屬指針，從而減 少了指針的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，縮短了測(cè)量的反應(yīng)時(shí)間；光點(diǎn)經(jīng)過多次反射又增加了“光 指針”的長(zhǎng)度，提高了測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度。（3）實(shí)驗(yàn)電路圖實(shí)驗(yàn)步驟：本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于電勢(shì)差計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化其實(shí)驗(yàn)步驟主要有以下幾步：1. 按前圖接好測(cè)試電路，檢流計(jì)撥“X 0.1 ”檔，調(diào)光斑“零位”（即機(jī)械調(diào)零）。2. 電勢(shì)差計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化：將 Rs旋扭轉(zhuǎn)至1.0186值。將K0撥至“X 1”檔，K2撥至“標(biāo)準(zhǔn)”，E調(diào)到6伏左右，點(diǎn)按K1的“粗”按紐,調(diào)節(jié)陽（粗）和忠仲），將 檢流計(jì)光斑對(duì)準(zhǔn)零刻度線；按 K1的“細(xì)”按紐，調(diào)節(jié)只3 （細(xì)）再次將檢流計(jì)光 斑對(duì)準(zhǔn)零刻度線。最后將 &撥至“未知1”，開始測(cè)

6、試。3. 測(cè)試熱電偶溫差電動(dòng)勢(shì)。先在杜瓦瓶中放入一定量冷水，并將蓋子蓋好。讀出插入瓶中溫度計(jì)的示值作為冷端溫度 T。將開水倒入電熱杯，蓋好蓋子，插入其中溫度計(jì)的示值作為熱端溫度 按下電勢(shì)差計(jì)上K的“粗”“細(xì)”按紐，調(diào) 節(jié)Ri、忠、R3使檢流計(jì)光斑對(duì)準(zhǔn)零刻度線，此時(shí)立即記下Ti,再記下Ri、忠、 RX3示值之和即為熱電偶在該瞬時(shí)溫差下的溫差電動(dòng)勢(shì) Et.數(shù)據(jù)記錄與處理示例:甘襯*丿卜-4fi12345678熱端溫度Ti(C)70.067.064.060.857.854.050.546.0冷端溫度To(C)14.814.814.814.814.814.814.814.8Ti- T o( C )55

7、.252.249.246.043.039.235.731.2溫差電動(dòng)勢(shì)ET(mv)2.21492.07721.95181.84251.69031.54141.38801.2008熱電偶溫差電動(dòng)勢(shì)的定標(biāo)曲線如圖;熱電偶溫差電動(dòng)勢(shì)的定標(biāo)曲線圖 , (Ti- T 0)如圖 A(58.0, 2.336) , B(34.0 ,1.315)，則熱電偶溫差系數(shù)EaEb2.336 -1.315= 0.0425(mV? C )a =AtA也 tB58.0 34.0溫差電動(dòng)勢(shì)的經(jīng)驗(yàn)方程為：t0)( mV )Et = 0 .0425 （t1 -實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的問題和解決辦法 實(shí)驗(yàn)1 所有的接線必須接好不能出現(xiàn)虛接，標(biāo)準(zhǔn)電池和電勢(shì)差計(jì)的工作電源以及溫差 電動(dòng)勢(shì)的正負(fù)極不能接反。2量程開關(guān)K0在“X T “ X 10”兩檔中間有一空白檔，此時(shí)電勢(shì)差計(jì)處于斷開 狀態(tài)。3箱式電勢(shì)差計(jì)必須先粗校（測(cè)）,再細(xì)校（測(cè)），保護(hù)檢流計(jì)。4電勢(shì)差計(jì)的工作電源電動(dòng)勢(shì)必須在要求范圍內(nèi)，如果電壓表指示不準(zhǔn)可將限流 電阻R調(diào)到中值后調(diào)節(jié)電壓使光斑出現(xiàn)在零刻度線附近。5 電勢(shì)差計(jì)校準(zhǔn)好之后，限流電阻 R不可再調(diào)動(dòng)。6. Rx3在100到0之間有一小段沒有刻度，當(dāng)游標(biāo)的零刻度對(duì)準(zhǔn)此段時(shí)，電勢(shì)差計(jì)斷開檢流計(jì)指零，但并不表示電勢(shì)差計(jì)達(dá)到補(bǔ)償狀態(tài)，這時(shí)不能讀取結(jié)果。7讀數(shù)時(shí)先記熱端溫度 Ti,再記下