温度电测法

示范报告 实验名称 温 度 电 测 法 一.目的与要求 1.掌握电阻温度计测量温度的基本原理和方法。 2.学习采用不平衡电桥测非电量的标定方法。 3.了解热电偶测温原理。 4.学习标定热电偶的方法。 5.进一步熟悉电势差计的使用方法。 二.原理 1.电阻温度计与不平衡电桥 在－50～150℃范围内铜电阻的阻值随温度变化的关系为： 2 3 0(1 )tR R At Bt Ct    式中 R0，Rt分别为温度 0 度和温度 t 度时的电阻值，A、B、C 为参数。利用金属的这种性 质来测量介质温度的仪器称为电阻温度计。它一般由铜电阻和不平衡电桥组成。 E K G KG RA RB R 铜 电 阻 Rt 图 1 不平衡电桥 如果 Rt、RA、RB和 R 配合适当，可使电桥平衡，电流计 G 中无电流流过。若温度变化 使 Rt值变化，则电桥处于不平衡状态，G 中有电流流过。一定的温度 t 对应一定的 Rt，而 Rt又对应于一定的 It和 G 的偏转量。所以只要事先对 G 标定，就可以根据 G 的偏振量连续 地测量温度。G 的标定利用教材 p183 页铜电阻 Rt与 t 的关系。在图 1 中取一电阻箱代 替 Rt，使 RA：RB＝1：1。若从－50℃开始标定，则 R 取 41.7；若从 0℃开始标定，则取 R 为 53.0。然后取电阻箱的阻值为 41.7（或 53.0）可使电桥平衡，在 G 指针指零处， 刻上－50℃（或 0℃）。然后依次取电阻箱的阻值为附中所列的数值，并在指针相应偏转 的各个位置刻上相应的温度值。这样，在电阻箱换回 Rt 后，就可以由不平衡电桥中电流计 的偏转量直接读出温度。 2.热电偶测温原理与标定 图 2 热电偶示意图 示范报告 把两种不同的金属两端彼此焊接组成闭合回路，若两接点的温度不同，回路中就产生温 度差电动势。这两种金属的组合叫热电偶。 温差电动势的大小除了和组成的热电偶材料有关外，还决定于两接点的的温度差。将一 端的温度 t0 固定(称为冷端，实验中利用冰水混合物)，另一端的温度 t 改变(称为热端)，温 差电动势亦随之改变。电动势和温差的关系较复杂，其第一级近似式为 0( )E a t t  式中 a 称为热电偶的温差电系数，其大小取决于组成热电偶的材料。 热电偶可以用电测量温度。用一只已知α值的热电偶，一端温度固定不变，另一端与待 测物体接触，再用电位差计测出热电偶回路的电动势，就可以求出待测温度。由于温差电动 势较低，因此在实验中利用电位差计来测量。 用实验测定温差电动势与测温端温度的关系曲线，称为温差电偶的定标。定标方法有两 种：（１）定点法。利用已知的几个固定点温度，例如：水的沸点、水的三相点、氮的三相 点、某些纯金属的凝固点等，作为已知温度，测出温差电偶在这些已知温度下的电动势，用 最小二乘法以多项式拟合实验曲线，求出温差电系数等常数。（２）比较法。用标准测温仪 （水银温度计）与未知温差电偶置于同一恒温加热器中，改变温度进行对比，也可作出Ｅ～ ｔ定标曲线，本实验即采用比较法对铜－康铜温差电偶进行定标。 三.仪器 1.铜电阻、电阻箱、标准电阻、微安表、稳压电源、开关、恒温装置、温度计 2.铜－康铜热电偶、电势差计、保温瓶、控温保温管式电炉、水银温度计 四.实验内容与步骤 （一）电阻温度计的标定与测温 1.按图 1 连接电路，Rt 处接标准电阻箱。 2.标定，在微安表上各偏转量处刻上对应的温度。本实验标定范围为 0～100℃。 3.检验，用标定好的电阻温度计分别测量不同温度的水温，同时与水银温度计测出的结 果进行比较。 （二）热电偶标定 1.连接电路。 将热电偶的电压端接到电位差计上“未知”端。注意极性，对铜-康铜热电偶中康铜断 开，对应冷端为正，相反为负。 电路如图 3 所示。 图 3 示范报告 2.校准工作电流 先将电位差计上功能开关 K 调至“标准”，调节面板右上角的“电流调节”旋钮，使检 流指“0”，此时工作电流即调好了。 3.测出室温下的初始电动势 先将 K 拨至“未知”，然后，调节右下方的读数盘，使检流计指“0”，同时读出温度计 和电位差计上读数盘的数值。要注意的面板上“倍率”开关，根据电势差太小，合理选择倍 率。 4.加热测测量 自 40℃起，每升高 20℃测量一组 t 和 E，测量到 260℃。 五.数据处理与分析 1.电阻温度计的标定与测温 （1）电阻温度计标定表头示意图 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 15 5 25 35 45 55 65 75 85 95 。C 电阻温度计最小刻度 5℃。 （2）水温测定记录 酒精温度计最小分度为 1℃；铜电阻温度计最小分度为 5℃。 酒精温度计 铜电阻温度计 冷水 19.3℃ 18℃ 热水 54.6℃ 53℃ 1、 热电偶标定 次 数 t0（℃）（冷端） t（℃）（热端） δt（℃）（温差） E（mV） 1 40 40 0.210 2 0 60 60 1.125 3 80 80 2.015 4 100 100 3.055 5 120 120 4.194 6 140 140 5.179 7 160 160 6.199 8 180 180 6.998 9 200 200 7.852 10 220 220 8.678 11 240 240 9.480 12 260 260 10.310 示范报告 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 E (1 0 -3 V ) t E = -1.68886*10 -3 + 0.04801*10 -3 * t E-t 图 4 热电偶的 E～δt关系 从图 4 中的拟合结果可以得到，本实验所使用的铜－康铜热电偶的温差电系数 a=0.04810 -3℃-1。