温度的电测法-热电偶的定标和测温.

实验4—8 热电偶定标实验在现代工业自动控制系统中，温度控制是经常遇到的工作，对温度的自动控制有许多种方法。

在实际应用中，热电偶的重要应用是测量温度，它是把非电学量（温度）转化成电学量（电动势）来测量的一个实际例子。

用热电偶测温具有许多优点，如测温范围宽（-200～2000℃）、测量灵敏度和准确度较高、结构简单不易损坏等。

此外由于热电偶的热容量小，受热点也可做得很小，因而对温度变化响应快，对测量对象的状态影响小，可以用于温度场的实时测量和监控。

热电偶在冶金、化工生产中用于高、低温的测量；在科学研究、自动控制过程中作为温度传感器，具有非常广泛的应用。

在大学物理实验中，热电偶温度计的定标是一个传统实验，该实验要求学生找出热电偶的温差电动势与冷热端温差之间的关系，并给出温差电动势与冷热端温差之间的关系曲线，求出经验方程，从而完成其定标工作，使同学们了解热电偶测温度的基本原理。

【实验目的】1. 加深对温差电现象的理解。

2. 了解热电偶测温的基本原理和方法。

3. 了解热电偶定标基本方法。

【实验原理】1. 温差电效应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、华氏温标和热力学温标等。

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、酒精温度计和热电偶温度计等。

在物理测量中，经常将非电学量如温度、时间、长度等转换为电学量进行测量，这种方法叫做非电量的电测法。

其优点是不仅使测量方便、迅速，而且可提高测量精密度。

温差电偶是利用温差电效应制作的测温元件，在温度测量与控制中有广泛的应用。

本实验是研究一给定温差电偶得温差电动势与温度的关系。

图4-8-1 闭合电路大学物理实验如果用A 、B 两种不同的金属构成一闭合电路，并使两接点处于不同温度，如图4-8-1所示，则电路中将产生温差电动势，并且有温差电流流过，这种现象称为温差电效应。

热电偶温度测量方法1、补偿导线在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的导线称为补偿导线。

若与所配用的热电偶正确连接，其作用是将热电偶的参比端延伸到远离热源或环境温度较恒定的地方。

使用补偿导线的优点：①改善热电偶测温线路的机械与物理性能，采用多股或小直径补偿导线可提高线路的挠性，接线方便，也可以调节线路的电阻或屏蔽外界干扰；②降低测量线路的成本。

当热电偶与仪表的距离很远时，可用贱金属补偿型补偿导线代替贵金属热电偶。

在现场测温中，补偿导线除了可以延长热电偶参比端，节省贵金属材料外，若采用多股补偿导线，还便于安装与铺设；用直径粗、电导系数大的补偿导线，还可减少测量回路电阻。

采用补偿导线虽有许多优点，但必须掌握它的特点，否则，不仅不能补偿参比端温度的影响，反而会增加测温误差。

补偿导线的特点是：在一定温度范围内，其热电性能与热电偶基本一致。

它的作用只是把热电偶的参比端移至离热源较远或环境温度恒定的地方，但不能消除参比端不为0℃的影响，所以，仍须将参比端的温度修正到0℃。

补偿导线使用时的注意事项如下：①各种补偿导线只能与相应型号的热电偶匹配使用；连接时，切勿将补偿导线极性接反；②补偿导线与热电偶连接点的温度，不得超过规定的使用温度范围，通常接点温度在100 ℃以下，耐热用补偿导线可达200℃；③由于补偿导线与电极材料通常并不完全相同，因此两连接点温度必须相同，否则会产生附加电势、引入误差；④在需高精度测温场合，处理测量结果时应加上补偿导线的修正值，以保证测量精度。

2、参比端处理我们经常使用的热电偶分度表，都是以热电偶参比端为0℃条件下制作的。

在实验室条件下可采取诸如在保温瓶内盛满冰水混合物（最好用蒸馏水及用蒸馏水制成的冰），并且，保温瓶内要有足够数量的冰块，保证参比端为0℃（值得注意的是，冰水混合物并不一定就是0℃，只有在冰水两相界面处才是0℃）。

或利用半导体制冷的原理制成的电子式恒温槽使参比端温度保持在0℃。

热电偶的使用方法及校准步骤热电偶作为一种常用的温度测量仪器，广泛应用于工业生产、科研实验、医疗设备等领域。

它通过测量两个不同金属导线的温差来确定温度，具有测量范围广、响应速度快、稳定性高等优点。

下面将介绍热电偶的使用方法及校准步骤。

首先，我们需要了解热电偶的构成和工作原理。

热电偶由两个不同金属导线（通常为铂-铑导线）组成，两个导线的接点形成了一个测量点，该测量点可以暴露在需要测温的环境中。

当温度发生变化时，两个导线之间产生的温差会引起热电势的变化，根据热电势的变化可以确定温度值。

在使用热电偶之前，我们需要将其连接到测温设备上。

连接时要确保导线接触紧密，并避免出现接触不良或短路等情况，这样可以保证温度测量的准确性。

同时，要将热电偶的冷端（即导线的另一端）与冷源连接，以确保冷端温度的稳定。

在实际应用中，我们需要注意保护热电偶的接触点，以免受到撞击或腐蚀等影响。

此外，应尽量避免在高温或强电磁场等环境中使用热电偶，以免损坏或影响测温的准确性。

热电偶的校准是保证测温准确性的重要步骤。

校准过程中，我们通常需要使用标准温度源，通过比较热电偶测得的温度值和标准温度源给出的温度值，确定热电偶的测量误差。

校准步骤如下：1. 准备标准温度源和测温设备。

标准温度源可以是精确的温度计或已知温度的环境，测温设备可以是多功能温度计或专用仪表。

2. 将热电偶和温度计连接在一起，保证连接牢固，并确认设备处于正常工作状态。

3. 将标准温度源的温度值设置为目标校准温度。

待温度稳定后，记录标准温度源给出的温度值。

4. 同时记录热电偶给出的温度值，注意确保测量过程中的稳定性。

可以多次测量并取平均值，以提高准确性。

5. 比较热电偶测量值和标准温度源的给出值，计算出测量误差。

6. 如果测量误差较大，可以进行校准调整。

校准调整的方法有两种：一种是调整温度计的零点偏差，即将测得的温度值与标准温度源的值进行对比，修正零点误差；另一种是调整温度计的灵敏度，即通过控制热电偶输入电压或电流大小来修正温度计的灵敏度。

实验四 热电偶数字温度计的设计与定标
【实验目的】
1、了解热电偶测温的基本原理和方法。

2、掌握数字温度计的设计和调试技巧。

【实验仪器】
热学综合实验平台、加热井、单端热电偶传感器、热电偶数字温度计设计实验模板。

【实验原理】
1、温差电效应
在物理测量中，经常将非电学量如温度、时间、长度等转换为电学量进行测量，这种方法叫做非电量的电测法。

其优点是不仅使测量方便、迅速，而且可提高测量精密度。

温差电偶是利用温差电效应制作的测温元件，在温度测量与控制中有广泛的应用。

如果用A 、B 两种不同的金属构成一闭合电路，并使两接点处于不同温度，如图4-1所示，则电路中将产生温差电动势，并且有温差电流流过，这种现象称为温差电效应。

图4-1
2、热电偶
两种不同金属串接在一起，其两端可以和仪器相连进行测温（图4-2）的元件称为温差电偶，也叫热电偶。

图
4-2 A 金属：铜 B 金属：康铜
t 0 0t t。

实验N1 热电偶温差电动势的测量及标定【实验目的】1． 了解热电偶的工作原理。

2． 掌握热电偶的标定及测温方法。

【实验仪器】FB203型多挡恒流智能控温实验仪，深圳MASTECH 公司的MS8050型5-1/2位数字万用表，MS6501型数显温度计等。

【实验原理】1． 热电偶测温原理热电偶亦称温差电偶，是由A 、B 两种不同材料的金属丝的端点彼此紧密接触而组成的。

当两个接点处于不同温度时（如图1），在回路中就有直流电动势产生，该电动势称温差电动势或热电动势。

当组成热电偶的材料一定时，温差电动势E x 仅与两接点处的温度有关，并且两接点的温差在一定的范围内有如下近似关系式0()X E a t t ≈− （1）式中α称为温差电系数，对于不同金属组成的热电偶，α是不同的，其数值上等于两接点温度差为1 o C 时产生的电动势。

图1 图2实验室所用铜－康铜热电偶的在100℃时的温差电动势约为4.3mV ，可用5位半的数字万用表测量，精度可达到0.001mV 。

由于测量时需保证测量仪器的引入不影响热电偶原来的性质，例如不影响它在一定的温差t －t 0下应有的电动势E x 值。

要做到这一点，实验时应保证一定的条件。

在A 、B 两种金属之间插入第三种金属C 时，若它与A 、B 的两连接点处于同一温度t 0（图2），则该闭合回路的温差电动势与上述只有A 、B 两种金属组成回路时的数值完全相同。

所以，我们把A 、B 两根不同化学成分的金属丝的一端焊在一起，构成热电偶的热端（工作端）。

将另两端各与铜引线（即第三种金属C ）焊接，构成两个同温度（t 0）的冷端（自由端）。

铜引线与数字万用表相连，这样就组成一个热电偶温度计。

如图3所示。

通常将冷端置于冰水混合物中，保持t 0=0o C ，将热端置于待测温度处，即可测得相应的温差电动势，再根据事先校正好的曲线或数据来求出温度t 。

热电偶温度计的优点是热容量小，灵敏度高，反应迅速，测温范围广，还能直接把非电学量温度转化为电学量。

实验一热电偶和测温系统的标定一、实验目的1、学习热电偶的焊接方法；2、了解热电偶冷端补偿的重要性；3、熟悉热电偶的特性和标定方法；4、了解测温系统的组成和温度校准过程。

二、基本原理图1－1为温度测试的实验装置，各部分的作用为：图1-1 测温系统方框图热源功率为300w，能产生高达500℃的温度；热电偶：FU－2作标准热电偶；EA－2作被校准电偶；冰点槽：用作热电偶的冷端处理；数字电压仪：为热电势标准测量仪；动圈式仪表：指示热源的温度；定温调节定温调节过程：图1－2为动圈仪表的面板。

当旋动“定温控制”旋钮时，红色定温指针将指示预定的温度，黑色指示指针随热源温度的上升向右移动，逐渐靠近红色指针，此时绿灯亮，表明加热电源接通。

当红色指示灯亮时，表明电源切断。

由于热惯性，黑色指示将继续上升，并超过红色指针指示的温度，以后温度慢慢下降，至红色指针附近，继而绿灯又亮，电源接通，……如此反复多次，当红灯和绿灯的指示时间相等且两灯指示之间和为（40±10）秒时，黑色指针基本对准红色指针，可认为热源温度已基本控制在定温点。

图1-2 动圈仪表面板利用上述装置，可对热电偶和测温系统进行标定。

1、热电偶的标定热电偶使用时，是按照电偶标准分度值来确定温度的，“标定”就是对所使用的热电偶进行校验，确定误差大小。

本实验用EU－2作为标准热电偶，EA-2作为被校热电偶，数字电压表作电势的标准测量仪器，动圈式仪表作定温控制作用，使两支热电偶在相同温度时，由数字电压表分别读出相应的电势值，并由分度表查得相应的温度值，然后以EU-2热电偶的温度标准，来判断热电偶EA-2的误差。

2、以热源、热电偶EU-2和数字电压表组成标准测温系统，用以测定热源的温度.热电偶EA-2与热电偶EU-2处于同一热点，它与动圈式仪表组成被校测温系统，以EU-2输出的数字电压表读数为基准，分析被校测温系统的误差。

三、实验设备1、位数字电压表 一个2、XCT-131动圈式温度指示调节仪 一个3、热源300w 一台4、热电偶EA-2 镍铬－铐铜 一支EU-2 镍铬－镍铝 一支5、冰点槽 一个6、接线板 一个7、自耦变压器 一台214四、测量线路和实验步骤（一）热电偶的焊接将一段镍铬－铐铜热电偶的线端用砂纸砂净，拧成螺状1-2圈，按图1-3连线，用碳棒尖去接触热电偶端点产生电弧，使二导体焊在一起，焊后应检查结点是否符合球状，光洁对称，否则应重焊。

热电偶的定标
热电偶是一种量测温度的传感器，广泛应用于工业界，它能够高效准确地量测温度。

热电偶在实际应用过程中，必须通过定标来确保其准确性。

那么，热电偶定标是如何进行的呢？
首先，在进行热电偶定标前，必须检查热电偶的性能，以确保其良好的工作状态。

通常情况下，热电偶的检测过程包括电气参数检查、温度测量范围检查、噪声测试、温度灵敏度检查、热漂移测试等，以确保热电偶具有良好的工作性能。

其次，在开始进行热电偶定标之前，必须准备使用定标仪进行定标的标准温度器，比如有色金属温度器、恒温比调温器、浸温比调温器等。

将热电偶和这些准备的标准温度器分别连接到定标仪，将热电偶的温度信号输入到定标仪中。

接下来，将标准温度器恒温温度调节到某一特定的温度，然后观察定标仪显示的温度值，如果热电偶的温度值与标准温度器的温度值相差不大，则表明热电偶已被准确定标，定标工作即可停止；如果热电偶与标准温度器的温度值相差较大，则表明热电偶尚未被准确定标，需要通过定标软件对热电偶进行调整，直到两者的温度值相差较小为止，此时定标工作即完成。

最后，在定标完成后，需要对热电偶进行检测，确认其定标是否正确，以及热电偶的性能是否正常。

常见的检测内容包括温度检查、噪声检查、灵敏度检查等等，以保证热电偶的准确性和可靠性。

总之，热电偶定标是一个复杂而繁琐的工作，定标前必须先进行
热电偶性能的检查，然后根据标准温度器的信号进行调整，最后进行检测以确保热电偶的准确性。

从而保证热电偶的高性能工作状态。