熱電偶特性及2018

1、熱電偶的特性及其應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介熱電偶有著測(cè)溫范圍寬、靈敏度和準(zhǔn)確度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不易損壞，并且可 以進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量和記錄的許多優(yōu)點(diǎn)，因而被應(yīng)用于溫度的傳感、工業(yè)加熱爐溫的 測(cè)量、金屬熔點(diǎn)的測(cè)量、數(shù)據(jù)采集與溫度控制等諸多方面。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解熱電偶測(cè)溫的基本原理和方法2、了解熱電偶定標(biāo)的基本方法3、掌握熱電偶的基本規(guī)律三、實(shí)驗(yàn)儀器FB203溫度傳感加熱裝置，自組裝熱電偶，萬(wàn)用表。四、實(shí)驗(yàn)原理1821年塞貝克(T. J. Seebeck)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)構(gòu)成回路的兩種不同金屬的兩個(gè)連接點(diǎn)溫度不同時(shí)，回路中會(huì)有恒定電流 產(chǎn)生，如圖1所示，這表示兩種金屬 的接觸處由于溫度差而產(chǎn)生了電動(dòng) 勢(shì)，叫做溫差電動(dòng)勢(shì)

2、，這種電路稱為 熱電偶，該現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)。熱電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)與兩接頭之 間的溫度關(guān)系比較復(fù)雜，可以用下式表示：E；2SB(T)-SA(T)dTT1S(T)表示金屬的塞貝克系數(shù)，T2為熱端的溫度，T1為冷端的溫度。但是在較小溫差范圍內(nèi)可以近似的認(rèn)為溫差電動(dòng)勢(shì) E與溫度差(T2-T1)成正比，即：式中C稱為溫差系數(shù)，單位為 Z C1，它表示兩接點(diǎn)的溫度相差 1C時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，其大小取決于組成溫差電偶材料的性質(zhì)，即：C= k e Ln 山人/ n°B式中k為玻爾茲曼常量，e為電子電量，n°A和n°B為兩種金屬單位體積內(nèi)的自由電 精彩文檔子數(shù)目。對(duì)于熱電偶而言，有

3、如下兩個(gè)常見(jiàn)定律：1中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體（第三導(dǎo)體），只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同， 中間導(dǎo)體的引入對(duì)熱電偶回路總電勢(shì)沒(méi)有影響，這就是中間導(dǎo)體定律。應(yīng)用：依據(jù)中間導(dǎo)體定律，在熱電偶實(shí)際測(cè)溫應(yīng)用中，常采用熱端焊接、冷 端開路的形式，冷端經(jīng)連接導(dǎo)線與顯示儀表連接構(gòu)成測(cè)溫系統(tǒng)。2、中間溫度定律熱電偶回路兩接點(diǎn)（溫度為 T、O7；BzTo）間的熱電勢(shì)，等于熱電偶在溫 度為T、Tn時(shí)的熱電勢(shì)與在溫度為 Tn、T0時(shí)的熱電勢(shì)的代數(shù)和，如圖 2所示。Tn稱中間溫度。應(yīng)用：由于熱電偶E-T之間通常呈非線性關(guān)系，當(dāng)冷端溫度不為0攝氏度時(shí)， 不能利用已知回路實(shí)際熱電勢(shì) E（T,T°）直接查

4、表求取熱端溫度值；也不能利用已知 回路實(shí)際熱電勢(shì)E（T,T o）直接查表求取的溫度值，再加上冷端溫度確定熱端被 測(cè)溫度值，需按中間溫度定律進(jìn)行修正。熱電偶的定標(biāo)利用溫差熱電偶測(cè)量溫度時(shí)必須進(jìn)行定標(biāo)，即用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)量熱電偶溫差電動(dòng)勢(shì)與測(cè)量端溫度之間的關(guān)系曲線，定標(biāo)方法有以下兩種：1、比較法：即用被校準(zhǔn)熱電偶與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶 （或標(biāo)準(zhǔn)熱電阻）去測(cè)同一個(gè)溫度，測(cè)得一組數(shù)據(jù)，其中被校熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)即由標(biāo)準(zhǔn)熱電偶（或標(biāo)準(zhǔn)熱電阻）所測(cè)的熱電勢(shì)所校準(zhǔn)，在被校準(zhǔn)熱電偶的適用范圍內(nèi)改變不同的溫度，進(jìn)行逐 點(diǎn)校準(zhǔn)，就可以得到被校準(zhǔn)熱電偶的一條校準(zhǔn)曲線。這種定標(biāo)方法設(shè)備簡(jiǎn)單，操 作方便，但其準(zhǔn)確程度受到標(biāo)準(zhǔn)熱

5、電偶（或標(biāo)準(zhǔn)熱電阻）準(zhǔn)確度的限制。2、固定點(diǎn)法：純金屬在融化和凝固過(guò)程中，其融化和凝固溫度不隨環(huán)境溫度 改變而改變，從而利用這些純物質(zhì)的融化和凝固溫度作為已知溫度，測(cè)出熱電偶 在這些溫度下對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，利用作圖法或最小二乘法擬合實(shí)驗(yàn)曲線，求出溫差 系數(shù)C,從而得到熱電勢(shì)與溫度關(guān)系曲線。這種定標(biāo)方法準(zhǔn)確度很高，已被定為國(guó) 際溫標(biāo)復(fù)現(xiàn)、校標(biāo)的基準(zhǔn)。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)定標(biāo)時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)熱電阻 PtIOO作為參照物。1、 測(cè)試實(shí)驗(yàn)室提供的熱電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)隨著熱端溫度變化的特性： 測(cè)試時(shí), 保持冷端處于室溫，熱端溫度從 30C到70C之間每變化5C記錄一次溫差電動(dòng)勢(shì) 的值，升溫和降溫過(guò)程各測(cè)一遍。2、驗(yàn)證

6、中間導(dǎo)體定律：將第三種金屬串聯(lián)接入上述熱電偶電路中，并使第三種金屬的兩個(gè)連接端處于相同的溫度（如：同處于室溫），測(cè)試該熱電偶的溫差電 動(dòng)勢(shì)隨著溫度的變化特性（只需測(cè)試升溫過(guò)程即可），并與1中所得數(shù)據(jù)進(jìn)行比較， 驗(yàn)證中間導(dǎo)體定律。3、驗(yàn)證中間溫度定律：分析1中所得數(shù)據(jù)，并與中間溫度定律內(nèi)容相比較， 驗(yàn)證中間溫度定律的正確性選作：在利用熱電偶發(fā)電的技術(shù)中經(jīng)常將熱電偶串聯(lián)使用，本次實(shí)驗(yàn)體會(huì)串聯(lián)使用 的好處。1、將四種不同的金屬按照下圖所示連接，并保持熱端溫度相同，冷端溫度相同，測(cè)試該回路的溫差電動(dòng)勢(shì) E隨著熱端溫度變化的 關(guān)系，并討論這樣做的優(yōu)點(diǎn)是什么，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該注意 哪些事項(xiàng)？2、嘗試用其他材質(zhì)的金屬絲制作熱電偶，測(cè)試其 溫度特性變化曲線，并與純鎳