南昌大学物理实验报告
课程名称： 普通物理实验（2）
实验名称： 热电偶的定标与温度的测量
学院： 理学院 专业班级： 应用物理学152班
学生姓名： 学号：
实验地点： 理生楼B515 座位号：
实验时间： 第九周 星期五 下午 16点开始
一、实验目的： 1. 学习使用电位差计测定温差电动势。 2. 掌握热电偶定标曲线的绘制规则。 3. 学习用直线拟合方法处理实验数据。 二、实验仪器： 温度计，携带式直流电位差计，电饭煲，水杯。 三、实验原理： 温度是表征热力学系统冷热程度的物理量，温度的数值表示法叫温标。常用的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。 温度会使物质的某些物理性质发生改变。一般来讲，任一物质的任一物理性质只要它随温度的改变而发生单调的、显著的变化，都可用它来标志温度，也即制作温度计。常用的温度计有水银温度计、酒精温度计、热电偶温度计等。 将两种不同的金属焊接到一个回路中，如果使它们处于两个不同的温度环境下，则回路中就会出现一个通常不为零的电动势，这个电动势称为温差电动势，产生这个温差电动势的金属回路称为温差电偶或热电偶。 热电偶的温差电动势主要取决于所选用的材料和两个接触点的温度，但材料中所含的杂质和加工工艺过程也会对它产生一定的影响。因而，由同样的两种材料组成的热电偶，它们的温差电动势与温度的关系可能并不完全相同。所以对于每一支焊好的热电偶温度计，都应先进行分度定标，即测定出温差电动势与温度间的确定关系，然后才能用它来测量温度。 两种不同的金属互相接触时，在它们的接触面上产生一个接触电位差（珀耳贴电动势）；同一种金属两端处于不同的温度下也会产生一个电位差（汤姆逊电动势）。热电偶所产生的温差电动势是这两种电动势之和，与温度有关。可以把温差电动势?与温度T的关系写成??f(T?T0)。此式不是严格的线性关系，可将其展开为无穷级数 ??a?b(T?T0)?c(T?T0)2? … (1) 式中Ｔ0是恒温端（亦称冷端）的温度，Ｔ是另一端（即工作端）的温度。若选取Ｔ＝Ｔ0 时，?＝０，可得a＝０。式（1）应写成 ??b(T?T0)?c(T?T0)2? … （2） 式中ｂ、ｃ等是与组成该热电偶的材料等因素有关的系数。对于一支做好的热电偶，当其冷端温度Ｔ0 固定时，温差电动势?仅仅是工作端温度Ｔ的函数，可用实验方法确定出二者的函数关系（或定出ｂ、ｃ等系数）。根据其温差电动势?的值来测定温度Ｔ，热电偶的结构示意图如图18－１所示。
?? C 电位差计 T A 恒 温 T0 装 置 图18-1热电偶的结构示意图 0热电偶的分度一般是这样进行的，将热电偶的冷端放置在冰水混合物中，工作端的温度就是Ｔ0＝０Ｃ（如将冷端置入室温下的某种液体内，则可用水银温度计测出其温度Ｔ0）；将热电偶的工作端置入油中或其它温度较高又可调节的环境中，用温度计测出一系列高低不同的温度点Ti，同时用电位差计分别测出相应的温差电动势?i；绘制出? ～Ｔ曲线，即完成热电偶的分度。如果热电偶的工作端温度需分度到几百度以上，则常将其工作端置入各种正在熔化或正在凝固过程中的某种纯金属液体中，则工作端温度Ｔ就是该金属的熔点或凝固点，可视为已知温度。 四、实验内容和步骤： 1. 打开电位差计电源开关，把倍率开关S1从“断”旋到所需倍率×1，测量-输出 开关S3置于“侧量”位置，调节“调零”旋钮，使检流计指针指零。 2. 扳键开关S2扳向“标准”（注意：扳键要向前推到底不松手），调节工作电流调节旋钮，使检流计指零。 3. 将热电偶按极性接入“未知”端钮（红线接正极，黑线接负极)，扳键开关S2扳向“未知”，调节三个测量盘，使检流计指零，被测电势为测量盘读数与倍率乘积。（使用完毕后，倍率开关S1置于“断”位置，并切断电源) 4. 在电饭煲内胆中装入一定体积的水，通过盖子上的孔，将温度计和热电偶合起来的一端分别插入水中，尽量不要碰到胆壁或是胆底。打开电饭煲加热按钮，在一定温度时调节测量盘（从零开始慢慢调大）使检流计归零，记录此时的温度与温差电动势。多测几组直至最高温度，再降低温度，当达到相同温度时，记录温差电动势。 五、实验数据与处理： t0=16.0℃ t /℃ τ ε↑/mV ε↓/mV ε/mV 20 4 0.150 0.110 0.130 28 12 0.412 0.428 0.420 36 20 0.767 0.757 0.762 44 28 1.026 1.105 1.066 52 36 1.328 1.467 1.398 60 44 1.684 1.827 1.756 68 52 2.027 2.179 2.103 76 60 2.395 2.514 2.455 84 68 2.687 2.813 2.750 92 76 3.030 3.110 3.070
b=0.041， ε= 0.041τ ε=3.373mV时，由图，t=3.373÷0.041+16.0=98.27℃ 测得沸水温度为99℃. 六、误差分析： 1. 由于实验器材不完备，热电偶和温度计可能并不能真实地测到水的温度，温度可能会高一些（靠近电饭煲内胆），并且由于盖子的孔有一定距离，两者的温度可能不一样。尽可能使得热电偶和温度计在水中央且在同一个位置。 2. 在温度升高时，变化较快，读数时温度可能已经升高了。两人合作同时读数可以减小此原因造成的误差。 3. 电位差计使用的电池电阻会因使用时间而变化，造成一定的误差。 七、思考题： 1. 如果实验中热电偶冷端不放在冰水混合物中，而直接处于室温或空气中，对实验结果有什么影响？ 答：置于室温中也可以，但在处理时要将测得的温度减去室温的温度，才是该电势差所对应的温度差。 2. 在实验过中，为了测量准确，应特别注意哪些方面？ 答：不断搅拌水，使得水温均匀；电势差计应勤校准、快侧量；两人合作，在温度变化较快时提早准备好对电势读数；温度计和热电偶不要碰到内胆壁或底，要放置在水中央。 八、附上原始数据：
热电偶的定标与温度的测量 - 图文
