用電位差計(jì)對(duì)熱電偶定標(biāo)哈爾濱工程大學(xué)

1、用電位差計(jì)對(duì)熱電偶定標(biāo)圖1熱電偶外觀圖 二、實(shí)驗(yàn)儀器 UE-XDWC-1學(xué)生式電位差計(jì)、電位差計(jì)附件（標(biāo)準(zhǔn)電池、待測(cè)電動(dòng)勢(shì)）、信號(hào)放大器、數(shù)字萬(wàn)用表、檢流計(jì)、熱電偶、熱敏電阻、pt100。 實(shí)驗(yàn)原理1 補(bǔ)償法原理用電壓表測(cè)量直流電路中電源的電動(dòng)勢(shì)時(shí)，總要消耗被測(cè)電動(dòng)勢(shì)的部分能量，測(cè)得的不是電動(dòng)勢(shì)，而是端電壓，它小于電動(dòng)勢(shì)。要想準(zhǔn)確地測(cè)量電動(dòng)勢(shì)，可以用補(bǔ)償?shù)霓k法來(lái)解決。補(bǔ)償法的基本思路是另外產(chǎn)生一個(gè)量，與被測(cè)量相比較，當(dāng)新產(chǎn)生的量與被測(cè)量相同時(shí)，對(duì)新產(chǎn)生的量進(jìn)行測(cè)量，而不影響被測(cè)量原來(lái)的狀態(tài)。補(bǔ)償法原理如圖10所示，是待測(cè)電動(dòng)勢(shì)，是電阻。調(diào)節(jié)、，則改變，當(dāng)檢流計(jì)指示為零（即回路電流為零）時(shí)，則

2、(1)此時(shí)與大小相等，方向相反，稱(chēng)為電路處于補(bǔ)償狀態(tài)。在補(bǔ)償狀態(tài)下，如果測(cè)出的值，就可知道，這種測(cè)量方法就稱(chēng)為補(bǔ)償法，其實(shí)質(zhì)是一種比較測(cè)量的方法。ABExGCDE圖10 補(bǔ)償法原理 IES1RpABRCRNGS212ENEx圖11 電位差計(jì)2箱式電位差計(jì)工作原理 箱式直流電位差計(jì)工作原理如圖11所示，其電路可以分為三個(gè)基本回路：（1）工作電流調(diào)節(jié)回路：由開(kāi)關(guān)S1、工作電源E、補(bǔ)償電阻R、標(biāo)準(zhǔn)電阻RN和可調(diào)電阻Rp構(gòu)成，其作用是提供穩(wěn)定的工作電流。調(diào)節(jié)Rp可以改變工作電流I的大小。（2）標(biāo)準(zhǔn)工作電流回路：由標(biāo)準(zhǔn)電阻RN、標(biāo)準(zhǔn)電池EN、開(kāi)關(guān)S2和檢流計(jì)G構(gòu)成，其作用是使工作電流I工作在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（

3、即對(duì)電位差計(jì)校準(zhǔn)）。合上S1，將S2撥向1端，調(diào)節(jié)Rp,使檢流計(jì)指示為零，此時(shí)RN上的電壓降與EN相等，即有 （2）（3）測(cè)量回路：由待測(cè)電動(dòng)勢(shì)Ex、開(kāi)關(guān)S2、檢流計(jì)G和R的一部分組成。在工作電流標(biāo)準(zhǔn)化之后，將S2撥向2端，調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸頭B的位置，使檢流計(jì)指示為零。此時(shí)，RBC的電壓降與Ex相等，而工作電流I并未改變，故有 （3）將（2）式代入（3）可得 （4）由于EN、RN可視為常量，因此R的分度可以轉(zhuǎn)化為電動(dòng)勢(shì)的值標(biāo)在電阻R的刻度盤(pán)上，直接讀出Ex的數(shù)值。3電位差計(jì)的測(cè)量精度從以上的工作原理分析中，我們可以看出，電位差計(jì)是以比較法為基礎(chǔ)，把待測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，通過(guò)補(bǔ)償?shù)姆绞酵瓿傻臏y(cè)量工作

4、。當(dāng)電路處于補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)（即測(cè)量回路中的電流為零），回路既不向待測(cè)電動(dòng)勢(shì)輸入電流，也不讓待測(cè)電動(dòng)勢(shì)輸出電流，待測(cè)電動(dòng)勢(shì)不因測(cè)量而發(fā)生變化，因而能準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度依賴(lài)于標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)、標(biāo)準(zhǔn)電阻和讀書(shū)盤(pán)的電阻的準(zhǔn)確度，此外，還與工作電源的穩(wěn)定度和檢流計(jì)的靈敏度相關(guān)。由于標(biāo)準(zhǔn)電池和標(biāo)準(zhǔn)電阻都有較高的準(zhǔn)確度，工作電源也可以做到高穩(wěn)定度，配以適當(dāng)靈敏度的檢流計(jì)，可以獲得較高的測(cè)量精度。UE-XDWC-1學(xué)生式電位差計(jì)EN=1.0186V，RN=101.86，讀書(shū)盤(pán)R的的分辨率為0.1，所以該實(shí)驗(yàn)室儀器的電壓分辨率為1mV。4熱電偶熱電偶是用兩種不同金屬（例如銅和康銅）組成的閉合電路，當(dāng)兩

5、個(gè)接觸點(diǎn)的溫度不同時(shí)，回路中就產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)。對(duì)于確定的兩種金屬而言，溫差電動(dòng)勢(shì)跟兩個(gè)接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)。溫差電動(dòng)勢(shì)與冷熱端溫度差的關(guān)系一般可寫(xiě)成 （5）對(duì)于兩種特定金屬，、為常數(shù)，且在大多數(shù)情況下為負(fù)值。如果以作縱軸，作橫軸，公式（5）得到一條拋物線(xiàn)。拋物線(xiàn)的頂點(diǎn)（即溫差電動(dòng)勢(shì)具有極值）對(duì)應(yīng)的溫度，叫該熱電偶的中性溫度。超過(guò)時(shí)，隨著溫差的增加，溫差電動(dòng)勢(shì)反而下降。在溫度變化較小的場(chǎng)合下，由于， 公式（5）可以寫(xiě)成 （6）稱(chēng)為熱電偶常數(shù)或溫差系數(shù)，它只與構(gòu)成回路的材料有關(guān)，反映了熱電偶對(duì)溫度的敏感程度，其物理意義是該熱電偶在溫差為1時(shí)得溫差電動(dòng)勢(shì)。銅-康銅熱電偶mV/。如果保持冷端的溫度不變，熱

6、端與被測(cè)物體接觸，溫度隨被測(cè)物體變化，測(cè)出此時(shí)的溫差電動(dòng)勢(shì)，則可畫(huà)出溫差電動(dòng)勢(shì)與工作溫度的關(guān)系曲線(xiàn)（通常稱(chēng)為校正曲線(xiàn)）。利用此曲線(xiàn)可由溫差電動(dòng)勢(shì)查出對(duì)應(yīng)的熱電偶工作端溫度。5電位差計(jì)測(cè)熱電偶溫度曲線(xiàn) 電位差計(jì)測(cè)熱電偶溫度曲線(xiàn)裝置示見(jiàn)圖12。pt100插入加熱器中心孔，輸出信號(hào)作加熱器溫度反饋。熱電偶熱端插入加熱器側(cè)孔，冷端插入容器中置于常溫。溫差電動(dòng)勢(shì)被放大100倍后，用電位差計(jì)進(jìn)行測(cè)量。智能輻射式加熱器 電位差計(jì)信號(hào)放大熱電偶熱端熱電偶冷端pt100圖12 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)量電位差計(jì)附件中的電動(dòng)勢(shì)Ex，測(cè)6次（記錄表格自擬），計(jì)算平均值。2、測(cè)量熱電偶的溫度-電壓曲線(xiàn)。測(cè)量溫

7、度點(diǎn)分別為40、50、60、70、80、90、100時(shí)熱電偶的電位差（表格自擬），用坐標(biāo)紙或excel畫(huà)出熱電偶的溫度-電壓曲線(xiàn)。3、采用最小二乘法求解。六、分析問(wèn)題1.電位差計(jì)的量程跟哪些參數(shù)有關(guān)？2.如何提高電位差計(jì)的測(cè)量分辨率？3.采用數(shù)字電壓表能否準(zhǔn)確測(cè)量溫差電動(dòng)勢(shì)？4.根據(jù)溫度曲線(xiàn)，如何設(shè)計(jì)溫度計(jì)？七、附錄最小二乘法原理 從實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)求經(jīng)驗(yàn)方程，稱(chēng)為方程回歸問(wèn)題。設(shè)已知函數(shù)形式為 （1）問(wèn)題歸結(jié)為用實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)確定（1）式中的系數(shù)和。它等效于作圖法中的求直線(xiàn)的截距和斜率。由于自變量只有一個(gè)，故稱(chēng)為一元回歸，亦稱(chēng)直線(xiàn)擬合。為了確定和的大小，可以在給定（i=1n）的情況下，用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出對(duì)應(yīng)的（i=1n）。由于在測(cè)量時(shí)不可避免地存在誤差，因此在一般情況下，n組數(shù)據(jù)（，）（i=1n）中的如何一組均不能完全適合方程（1）。故把n組數(shù)據(jù)代入方程（1）后，得到n個(gè)剩余方程 （i=1n） （2） 根據(jù)最小二乘法原理，未知數(shù)和的最可信賴(lài)值，就是那些使各剩余誤差平方和為極小值，即 =極小 使上式為極小的條件是，它對(duì)于和德偏導(dǎo)數(shù)