1、精選優質文檔-傾情為你奉上 大學物理實驗 課程教案課次授課方式（請打）理論課 討論課 實驗課習題課 其他課時安排3授課題目（教學章、節或主題）： 熱電偶的定標教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：1. 加深對溫差電現象的理解；2. 了解熱電偶測溫的基本原理和方法；3. 掌握熱電偶定標基本方法。教學重點及難點：重點：用固定點法對熱電偶進行定標難點：用逐差法求出定標曲線的溫差系數教 學 基 本 內 容方法及手段1溫差電效應如果用A、B兩種不同的金屬構成一閉合電路，并使兩接點處于不同溫度，如圖1所示，則電路中將產生溫差電動勢，并且有溫差電流流過，這種現象稱為溫差電效應。2熱電偶測量溫度的原理

2、和方法兩種不同金屬串接在一起，其兩端可以和儀器相連進行測溫的元件稱為溫差電偶，也叫熱電偶。溫差電偶的溫差電動勢與二接頭溫度之間的關系比較復雜，但是在較小溫差范圍內可以近似認為溫差電動勢E與溫度差（T-T）成正比，即 3. 利用固定點法對熱電偶進行定標這是利用幾種合適的純物質在一定氣壓下（一般是標準大氣壓），將這些純物質的沸點和熔點溫度作為已知溫度，測出熱電偶在這些溫度下的對應的電動勢，從而得到熱電勢，從而得到熱電勢-溫度關系曲線，這就是所求的校準曲線。1.提問抽查學生預習情況2.講解實驗主要內容及注意事項3.實物講解介紹儀器設備及注意事項4.通過輔導或提示幫助學生解決實驗中遇到的困難和障礙作業

3、、討論題、思考題： 1. 保溫杯內的冰水混合物的溫度是否處處為0？2. 熱電偶溫度計有什么特點？3用逐差法就出定標曲線的溫差系數。課后小結：大學物理實驗要求培養同學們的動手能力、主動思考問題、解決問題等方面的各種能力，為了充分發揮他們的能力，在預習實驗的基礎上，講解基本基礎，讓學生自主的進行實驗，老師適當的指導。學生的動手能力個有不同，應該因材施教，針對不同的學生，適當加深實驗的難度。輔導學生實驗過程中，應最大限度地發揮學生自己解決問題的能力，根據不同的情況，可以選擇“指出錯誤”、“提示”、“親手輔導”三種形式。熱電偶定標實驗熱電偶在現實生活中的應用及其優勢：在現代工業自動控制系統中，溫度控制

4、是經常遇到的工作，對溫度的自動控制有許多種方法。在實際應用中，熱電偶的重要應用是測量溫度，它是把非電學量（溫度）轉化成電學量（電動勢）來測量的一個實際例子。用熱電偶測溫具有許多優點，如測溫范圍寬（-2002000）、測量靈敏度和準確度較高、結構簡單不易損壞等。此外由于熱電偶的熱容量小，受熱點也可做得很小，因而對溫度變化響應快，對測量對象的狀態影響小，可以用于溫度場的實時測量和監控。熱電偶在冶金、化工生產中用于高、低溫的測量；在科學研究、自動控制過程中作為溫度傳感器，具有非常廣泛的應用。在大學物理實驗中，熱電偶溫度計的定標是一個傳統實驗，該實驗要求學生找出熱電偶的溫差電動勢與冷熱端溫差之間的關系

5、，并給出溫差電動勢與冷熱端溫差之間的關系曲線，求出經驗方程，從而完成其定標工作，使同學們了解熱電偶測溫度的基本原理。實驗原理1. 溫差電效應溫度是表征熱力學系統冷熱程度的物理量，溫度的數值表示法叫溫標。常用的溫標有攝氏溫標、華氏溫標和熱力學溫標等。溫度會使物質的某些物理性質發生改變。一般來講，任一物質的任一物理性質只要它隨溫度的改變而發生單調的、顯著的變化，都可用它來標志溫度，也即制作溫度計。常用的溫度計有水銀溫度計、酒精溫度計和熱電偶溫度計等。在物理測量中，經常將非電學量如溫度、時間、長度等轉換為電學量進行測量，這種方法叫做非電量的電測法。其優點是不僅使測量方便、迅速，而且可提高測量精密度。

6、溫差電偶是利用溫差電效應制作的測溫元件，在溫度測量與控制中有廣泛的應用。本實驗是研究一給定溫差電偶的溫差電動勢與溫度的關系。 如果用A、B兩種不同的金屬構成一閉合電路，并使兩接點處于不同溫度，如圖1所示，則電路中將產生溫差電動勢，并且有溫差電流流過，這種現象稱為溫差電效應。ABT0T1閉合電路2. 熱電偶兩種不同金屬串接在一起，其兩端可以和儀器相連進行測溫（2）的元件稱為溫差電偶，也叫熱電偶。溫差電偶的溫差電動勢與二接頭溫度之間的關系比較復雜， 2熱電偶測溫但是在較小溫差范圍內可以近似認為溫差電動勢與溫度差成正比，即 (1)式中為熱端的溫度，為冷端的溫度，稱為溫差系數（或稱溫差電偶常量），單位

7、為 V，它表示二接點的溫度相差1時所產生的電動勢，其大小取決于組成溫差電偶材料的性質，即 (2)式中k為玻耳茲曼常量，為電子電量，和為兩種金屬單位體積內的自由電子數目。 如圖3所示，溫差電偶與測量儀器有兩種連接方式：（a）金屬B的兩端分別和金屬A焊接，測量儀器M插入A線中間； （b）A、B的一端焊接，另一端和測量儀器連接。3溫差電偶與測量儀器有兩種連接方式 在使用溫差電偶時，總要將溫差電偶接入電勢差計或數字電壓表，這樣除了構成溫差電偶的兩種金屬外，必將有第三種金屬接入溫差電偶電路中，理論上可以證明，在A、B兩種金屬之間插入任何一種金屬C，只要維持它和A、B的聯接點在同一個溫度，這個閉合電路中的

8、溫差電動勢總是和只由A、B兩種金屬組成的溫差電偶中的溫差電動勢一樣。 溫差電偶的測溫范圍可以從4.2K（-268.95）的深低溫直至2800的高溫。必須注意，不同的溫差電偶所能測量的溫度范圍各不相同。3熱電偶的定標 熱電偶定標的方法有兩種：1）比較法即用被校熱電偶與一標準組成的熱偶去測同一溫度，測得一組數據，其中被校熱電偶測得的熱電勢即由標準熱電偶所測的熱電勢所測的熱電勢所校準，在被校熱電偶的使用范圍內改變不同的溫度、進行逐點校準，就可得到被校熱電偶的一條校準曲線。2）固定點法這是利用幾種合適的純物質在一定氣壓下（一般是標準大氣壓），將這些純物質的沸點和熔點溫度作為已知溫度，測出熱電偶在這些溫

9、度下的對應的電動勢，從而得到熱電勢，從而得到熱電勢-溫度關系曲線，這就是所求的校準曲線。本實驗采用固定點法對熱電偶進行定標。為了能測量熱電動勢E中直接得出待測溫度T值，必須對所用熱電偶測定其熱電動勢E與溫度T的關系，這就是熱電偶溫度的定標。本實驗是做“銅康銅”熱電偶溫度計的定標。在測定ET關系時，采用攝氏溫度規定的兩個固定點，即溶冰點（0）和沸水點(100)，再在0100之間取若干溫度點，給出0100之間的ET曲線。熱電偶具有結構簡單、小巧、熱容量小、測溫范圍寬等優點，因此被廣泛應用于生產和科學研究的測溫和溫度的自動控制中。實驗儀器 “銅康銅”熱電偶，保溫杯，WHT-3導熱系數測試儀（可直接用

10、數字電壓表或UJ36直流電位差計）。1 圖4是實驗裝置示意圖4實驗裝置示意圖“銅康銅”熱電偶的一個接點（冷端）放在盛有冰水混合物的杜瓦瓶中，使該接點維持在恒定的0。另一接點（熱端）放在A盤小孔中。升溫由它的加熱器來實現，當手動加熱時，將控制方式置“手動”；當自動加熱時，將控制方式置“自動”，由PID設定溫度自動控制溫度。2PID控溫PID智能溫度控制器是一種高性能、高可靠性的智能型調節儀表，廣泛應用于機械、化工、陶瓷、輕工、冶金、石化、熱處理等行業的溫度、流量、壓力、液位等的自動控制系統。3“銅康銅”熱電偶溫度為100時，其溫差電動勢約為4.0mV，若精度要求不高，可直接用20mV數字電壓表代

11、替UJ36型攜帶式直流電位差計。實驗內容與步驟1 熱電偶的冷端固定于0，WHT-3型導熱系數測試儀采用電子補償，使冷端始終保持在0。2 測定熱電偶當熱端處于以下溫度值時的熱電勢1）水的冰點，即0，將熱電偶的熱端放在冰水瓶里。2）常溫下水的溫度，將熱電偶的熱端放在盛水燒杯里。3）50.0左右，將熱電偶的熱端放在A盤小孔里，然后PID控溫設定在50.0，將控制方式置“自動”，加熱器將會把銅盤自動加熱到50.0。4）PID控溫分別設定在55.0、60.0、65.0、70.0、75.0、80.0、85.0，（由于PID顯示溫度已經過校準可代替標準水銀溫度計），測出相應的熱電勢。 3 如果精度要求不高，

12、也可以用電位差計測熱電勢，WHT-3導熱系數測試儀設有外接電位差計插孔，位于“特性測量與分析”的位置。將外接線的一端插入外接電位差計插孔中，另一端的兩個接線叉對應接到UJ36電位差計的“未知”正、負接線柱上。當使用外接電位差計進行測量時，熱電偶的冷端應放在冰水瓶中，此時，應檢查冰水瓶內的水面是否有冰塊。按電位差計使用方法測量熱電勢E。當T=T0時，E應為零。若儀器指示不為零或超過最小分度一格，應對該儀器進行校準；小于一格時，可記下這個讀數，作為零點訂正值。實驗數據處理及分析1記錄熱電偶定標數據序號12345678T()5055606570758085E(mV)2.3132.5082.7142.9213.1273.3353.5453.758E(mV)2.3202.5202.7202.9293.1293.3473.5453.758平均（MV）2.3132.5142.7172.9253.1283