热电偶特性及其应用研究实验报告.docx
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热电偶特性及其应用研究实验报告
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,这就表示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,如果
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,首先使工作电流标准化,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就是前面经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
对应的电动势(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示成
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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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”按钮开始设置温度。
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,并设置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(℃)
90.0
85.0
80.0
75.0
70.0
65.0
60.0
55.0
温差(t-t0)(℃)
90.0
85.0
80.0
75.0
70.0
65.0
60.0
55.0
温差电动势Ex(mV)
2.9758
2.7749
2.5677
2.3469
2.1864
1.9774
1.7810
1.5817
五、数据处理
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
1
2
3
4
(Ex(i)-Ex(i+4))/(5*4)(单位:
mV/℃)
0.039740
0.039875
0.039335
0.038260
铜—康铜热电偶的温差系数C(mV/℃)=_0.03931_
六、小结
1.结论:
⑴标准电池电动势Es=1.0187V
⑵铜—康铜热电偶的温差系数C=0.040mV/℃
2.误差分析:
⑴控温试验仪温度已达到设定温度,但电偶高温段还未被加热到指定温度,导致误差;
⑵看指针是否指向中线时的视觉误差导致Ex测量不准;
⑶测量仪器(电位差计、检流器)的误差。
3.建议:
⑴加热仪达到设定温度后等待一会再测相应电动势;
⑵多次测量,求平均值,减小偶然读数误差;
⑶定期检查和更换仪器。
七、思考题
1.怎样用电位差计校正毫伏表?
请画出实验线路和拟出实验步骤。
实验线路:
实验步骤:
1设被校电压表示值为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;
2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)。
3利用修正曲线可以对该被校表的测量值进行修正。
如果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对应于Ux的误差△Ux,则经修正而得测量结果为:
U0x=Ux-△Ux。
2.怎样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)
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- 热电偶 特性 及其 应用 研究 实验 报告