热电偶特性及其应用研究实验报告.doc

实验报告热电偶特性及其应用研究姓名： 学号： 班级: 热电偶特性及其应用研究一、实验目的1.了解电位差计的构造、工作原理及使用方法；2.了解温差电偶的测温原理和基本参数；3.测量铜康铜热电偶的温差系数。二、 实验原理1.电位差计的补偿原理为了能精确测得电动势的大小，可采用图2.10.2所示的线路。其中是电动势可调节的电源。调节，使检流计指针指零，这就表达回路中两电源的电动势、方向相反，大小相等。故数值上有(2.10.1)这时我们称电路得到补偿。在补偿条件下，假如的数值已知，则即可求出。据此原理构成的测量电动势和电位差的仪器称为电位差计。2.实际电位差计的工作原理使用时，一方面使工作电流标准化，即根据标准电池的电动势调节工作电流I。将开关K2合在S位置，调节可变电阻，使得检流计指针指零。这时工作电流I在段的电压降等于标准电池的电动势，即(2.10.2)再将开关K2合向X位置，调节电阻Rx，再次使检流计指针指零，此时有这里的电流I就是前面通过标准化的工作电流。也就是说，在电流标准化的基础上，在电阻为Rx的位置上可以直接标出与相应的电动势(电压)值，这样就可以直接进行电动势(电压)的读数测量。3. 温差电偶的测温原理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，如图所示。若两接点保持在不同的温度t和t0，则回路中产生温差电动势。温差电动势的大小除了和组成热电偶的材料有关外，唯一决定于两接点的温度函数的差。一般地讲，电动势和温差的关系可以近似地表达成这里t是热端温度，t0是冷端温度，c称为温差系数，其大小决定于组成电偶的材料。三、实验所用仪器及使用方法1.仪器：UJ31型电位差计、标准电池、光点检流计、稳压电源、温差电偶、冰筒、水银温度计、烧杯、控温实验仪等。2.使用方法UJ31型电位差计：(1)将K2置于“断”，K0置于“1”档(或“10”档，视被测量值而定)，分别接上标准电池、检流计、工作电源。被测电动势(或电压)接于“未知1”或“未知2”。(2)根据温度修正公式计算出标准电池的电动势Es的值，调节Rs的示值与其相等。将K2旋至“标准”档，按下K1(粗)按钮，调节Rn1、Rn2、Rn3，使检流计指针指零，再按下K1(细)按钮，用Rn3精确调节至检流计指针指零。(3)将K2旋至“未知1”(或“未知2”)位置，按下K1(粗)按钮，调节读数转盘、，使检流计指针指零，再按K1(细)按钮，细调读数转盘III使检流计指针精确指零。此时被测电动势(或电压)Ex等于读数转盘、上的示值乘以相应的倍率之和。标准电池：实验中使用饱和标准电池的20时的电动势E20=1.0186V。则温度为t时的电动势可由下式近似得到控温实验仪：轻按“SET”按钮开始设立温度。此时轻按“位移”按钮，改变调节焦点位置；轻按“下调”按钮，减小焦点处数字；轻按上调按钮时，增大焦点处数字。再次轻按“SET”按钮，并设立加热电流后开始加热。四、原始数据记录1.标准电池的电动势标准电池温度Tb()=_18.6_标准电池电动势：Es(V)= _1.0187_2.测量热电偶温差电动势热电偶低端温度t0()=_0_高温t()90.085.080.075.070.065.060.055.0温差(t-t0)()90.085.080.075.070.065.060.055.0温差电动势Ex(mV)2.97582.77492.56772.34692.18641.97741.78101.5817五、数据解决1.方法一：图解法用Matlab对数据点进行拟合，得直线斜率，即铜康铜热电偶的温差系数C=0.03967mV/2.方法二：逐差法序号1234(Ex(i)-Ex(i+4)/(5*4) (单位：mV/)0.0397400.0398750.0393350.038260铜康铜热电偶的温差系数C(mV/) =_0.03931_六、 小结1.结论： 标准电池电动势Es=1.0187 V 铜康铜热电偶的温差系数C=0.040 mV/2.误差分析： 控温实验仪温度已达成设定温度，但电偶高温段尚未被加热到指定温度，导致误差； 看指针是否指向中线时的视觉误差导致Ex测量不准； 测量仪器(电位差计、检流器)的误差。3.建议： 加热仪达成设定温度后等待一会再测相应电动势； 多次测量，求平均值，减小偶尔读数误差； 定期检查和更换仪器。七、思考题1. 如何用电位差计校正毫伏表? 请画出实验线路和拟出实验环节。 实验线路：实验环节： 设被校电压表达值为U，实际电压降为U0，电势差计读数为US，则U0 = US。电压表的指示值U与实际值U0之间的绝对误差为 U = U - U0 ； 用电势差计对被校电压表在不同示值下进行校准，得一组U ；作图线U-U（用折线联结相邻两点）即校准曲线(修正曲线)。 运用修正曲线可以对该被校表的测量值进行修正。假如用被校表测量某一电压所得示值为Ux，可在修正曲线上找出相应于 Ux的误差U x，则经修正而得测量结果为：U0x = Ux - Ux 。 2.如何用电位差计测量电阻? 请画出实验线路。将a、b与c、d分别接入电位差计的未知1和未知2则待测电阻阻值Rx=R0(U1/U2)(其中，R0为已知电阻，U1、U2为电位差计未知1、未知2的示数)