温差电动势的测量简析.doc

温差电动势的测量 热电偶是一种应用十分广泛的温度传感器，它可以测量微小的温度变化，并广泛的应用于非电量的电测。例如，由热电偶制成的热电偶湿度计已广泛应用于农业科学中植物水势的测定和渗透势 的测定。因此，了解热电偶十分必要。本实验介绍热电偶的原理与温差电动势的测量方法。 一、实验目的 1. 了解电位差计的工作原理，学会用箱式电位差计测量热电偶的温差电动势。 2. 学会用数字电压表测量热电偶的温差电动势。 3. 了解热电偶的测温原理和方法。 4. 学会使用光点式或数字式检流计。 二、实验仪器 UJ31型箱式电位差计、热电偶、光点式或数字式检流计、标准电池、直流稳压电源、温度计、电热杯、保温杯。 三、实验原理 1．热电偶 两种不同金属组成一闭合回路时，若两个接点A、B处于不同温度t0和t，则在两接点A、B间产生电动势，称为温差电动势，这种现象称为温差现象。这样由两种不同金属构成的组合，称为温差电偶，或热电偶。热电偶是一种常用的热电传感器，利用它可以测量微小的温度变化。 温差电动势的大小除和热电偶材料的性质有关外，另一决定的因素就是两个接触点的温度差(t－t0)。电动势与温差的关系比较复杂，当温差不大时，取其一级近似可表示为： ＝C（t－t0） 式中C为热电偶常数（或称温差系数），等于温差1℃时的电动势，其大小决定于组成热电偶的材料。例如，常用的铜-康铜电偶的C值为4.26×10-2mV/K，而铂铑-铂电偶的C值为6.43×10-3mV/K。 热电偶可制成温度计。为此，先将t0固定（例如放在冰水混合物中），用实验方法确定热电偶的-t关系，称为定标。定标后的热电偶与电位差计配合可用于测量温度。与水银温度计相比，温差电偶温度计具有测量温度范围大（－200℃~2000℃），灵敏度和准确度高，便于实验遥测和A／D变换等一系列优点。 2．数字电压表测量温差电动势 由于数字式电压表的精度和准确度都很好，温差电动势的测量也可以采用数字电压表。测量前，需要把数字电压表的两个接线端连接起来，对数字电压表进行调零。把数字电压表的两个接线端接在温差电偶的两个信号输出端，选择合适的电压量程，就可以开始测量。 3．电位差计 电位差计是准确测量电势差的仪器，其精度很高。用伏特表测量电动势Ex时，伏特表读数为U＝Ex－IR，其中R为伏特表内阻。由于UEx，故用伏特表不能准确测量电动势。只有当I＝0时，端电压U才等于电动势Ex。 如图4-8-1，如果两个电动势相等，则电路中没有电流通过，I＝0，EN＝EX。如果EN是标准电池，则利用这种互相抵消的方法（补偿法）就能准确地测量被测的电动势EX，这种方法称为补偿法，电位差计就是基于这种补偿原理而设计的。 图4-8-1 补偿法原理图 图4-8-2 电位差计原理图 在实际的电位差计中，EN必须大小可调，且电压很稳定。电位差计的工作原理如图4-8-2所示，其中，外接电源E、制流电阻Rp和精密电阻RAB串联成一闭合回路，称为辅助回路。当有一恒定的标准电流I0流过电阻RAB时，改变RAB上两滑动头C、D的位置就能改变C、D间的电位差VCD的大小。由于测量时应保证I0恒定不变，所以在实际的电位差计中都根据I0的大小把电阻的数值转换成电压值，并标在仪器上。VCD相当于上面的“EN”，测量时把滑动头C、D两端的电压VCD引出与未知电动势Ex进行比较。 （1）校准。为了使RAB中流过的电流是标准电流I0，根据标准电池电动势EN的大小，选定C、D间的电阻为RN，使EN＝I0·RN，调节RP改变辅助回路中的电流，当检流计指零时，RAB上的电压恰与补偿回路中标准电池的电动势EN相等。由于EN和RN都准确地已知，这时辅助回路中的电流就被精确地校准到所需要的I0值。 （2）测量。把开关倒向Ex一边，只要Ex≤I0 RN ，总可以滑动C、D到、使检流计再度指零。这时，、间的电压恰和待测的电动势Ex相等。设、之间的电阻为Rx，可得Ex＝I0·Rx。因I0已被校准，Ex也就知道了。 由于电位差计的实质是通过电阻的比较把待测电压与标准电池的电动势作比较,此时有 Ex＝·EN 因而只要精密电阻RAB做得很均匀准确、标准电池的电动势EN准确稳定、检流计足够灵敏、电源很稳定，其测量准确度就很高，且测量范围可做得很广。但是，在电位差计的测量过程中，工作条件常易发生变化（如辅助回路电源E不稳定，制流电阻RP不稳定等。），为保证工作电流标准化，每次测量都必须经过校准和测量两个基本步骤，且每次要达到补偿都要进行细致的调节，所以操作较为繁复、费时。 四、仪器介绍 1.标准电池 标准电池是一种作电动势标准的原电池，分为饱和式（电解液始终是饱和的）和不饱和式两类。不饱和式标准