关于用电位差计测量温差电动势实验的收获.doc

“用电位差计测量温差电动势”实验 （武汉工程大学邮电与信息工程学院 08级测控专业学生） 通过“用电位差计测量温差电动势”实验，我学会了补偿法的思想方法，我的思维不断扩展，理论知识和动手能力得到进一步的提高，独立学习和独立思考能力有了一定进步。在准备实验的过程中我收获了很多： 在金属和半导体中存在电位差时产生电流，存在温差时产生电流。从电子论的观点来看无论电流还是热流都与电子运动有关，成为热电效应。塞贝克效应：当两种不同的导线组成闭合回路时，在两端维持一定的电势差，回路中就有一定的电流和电动势产生。 热电偶测温差原理：把两中不同的金属两端彼此焊接组成闭合回路，若两端温度保持不变，则产生温差电动势，上述回路称为热电偶。 图3-9-1 热电偶示意图 热电偶产生的温差电动势一般表示为： 式中的α、β为温差电动势的系数。在一定的温度范围内，温差电动势与温差是成正比，即 两种金属构成回路有赛贝克效应，两种半导体构成回路同样有温差电动势产生，而且效应更为显著。在金属中温差电动势约为几微伏每度，而在半导体中常为几百微伏每度，甚至达到几毫伏每度。因此金属的赛贝克效应主要用于温度测量，而半导体则用于温差发电。金属赛贝克效应测温中，铂-铂铑热电偶可用至高达1700℃的温度；镍铬-镍铝热电偶有更高的灵敏度和与温度成正比的电动势；铜-康铜热电偶在高于室温直至15K的温度范围仍具有高灵敏度；低于4K的温度可用特种金钴合金-铜热电偶或金铁合金-镍隔热电偶。电位差计是一种能够精确测量电源电动势或电路两端电位差的仪器。 根据这原理，可以更方便且准确的进行高温下温度的测量。例如，选用K型或J型镍铬－铜镍（康铜）热电偶。它们比较适用于氧化及弱还原性环境中的测温系统，其测温范围为－200～1000，热电动势范围为－9．835mV～76．358mV，由于这些热电偶具有稳定性好，灵敏度高，价格低廉等优点，因而非常适合于便携式测温仪表的使用。图2为镍铬－铜镍（康铜）热电偶的热电动势－温度曲线，经过分析，其准确度可达±0．1，在－150时，其灵敏度可达38μV／。 1．电位差计工作原理 校准工作回路电流:K合向“标”，调节RP，G示零， 则 I0=EN/RN 测量：K合向“测”，调节B（保持I0不变），G示零，则有EX=I0RX=EN（RX/RN） 2.电压补偿法发原理电位差计是利用电压补偿原理而设计的电压测量工具。先来谈一下补偿原理，如图2所示，要知道电阻R两端的电压，一般用一只电压表并到电阻R两端就可以知道其电压值，但电压表有内阻，电压表显示的电压值小于真实值。 图2 图3 关键问题：既要测量出电阻R两端的电压值，又不影响被测电路的特征。下面借助外部电路来完成，如图3所示。图中E2为可调电动势，E2与电压表构成第二个回路，电压表显示E2的路端电压UCD。当UCDUAB时，按下电键T，电流计中有电流通过，方向A→B；当UCDUAB时，按下电键T，电流计中有电流通过，方向A←B；当UCD=UAB时，按下电键T，电流计中无电流通过，两回路中无能量交换，此状态被称为“补偿态”，回路2中电压表显示的就是回路1中电阻R两端的电压。 在实际电路中实现可变电压的通常采用滑线变阻器得分压作用，如图4所示。 图4 图5 3.电位差计工作原理电位差计工作原理图如图5所示，回路1为工作回路，回路2为校准电流回路，回路3为测量回路。 在电位差计设计过程中，为了定标方便，工作回路的电流一般为10nA（如0.01A，即10-2A）。但工作电流由校准回路来调节，Es、Rs都是定值，调节电流调节器，将K掷向s，当工作电流能使工作回路和校准回路达到补偿时，工作电流I为 （如I = 10-2A= 10 mA） 在测量时，将K掷向x，调节R的滑动片的位置，若在某一位置，其分得电压U（=I×Rx）和被测回路达到补偿，即Vx=U=I×Rx。对于测量仪器，读出的数据不应是电阻(Rx)值，而是通过简单计算得到被测量的电压值Vx（=0.01×Rx）。 电位差计原理图