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图7-1 热电偶结构图 热电偶定标实验
一、实验目的
1．了解热电偶的工作原理；
2．学会对热电偶定标；
3．应用热电偶测温。

二、实验仪器
灵敏数字电压表，保温杯，电加热罐，温度计等
三、实验原理
早在19世纪初，人们就发现两种不同的金属组成的回路中(如图7-1所示)，如果在两个接头端存在温度差，则回路中就会产生电
流。

这种现象就称为温差电现象，这两种不同
金属组成的电路称为热电偶。

产生电流的电动
势称为温差电动势。

温差电动势的产生机制，
限于篇幅，在此不再多讲。

但从实用的角度出
发，热电偶的一些特点和性质我们却是应该掌
握的：
1．一般来说，任意两种不同的金属组成的回路都可以构成一对热电偶。

只要两个接头端有
温度差，回路中就有温差电动势，进而会产生温
差电流。

(利用这一特点，我们就可以把非电量的温度转化为可以用仪表检测的电学量。

)
2．各种不同的热电偶都有其特定的温差电动势的变化曲线。

换言之，只要确定了组成热电偶的金属材料，则其温差电动势的变化规律就是一定的，与热电偶的体积、导线长短等因素无关。

(由于有这一特点，实际应用时热电偶的测温探头就可以做得很小，因而探头的热容量也就很小,测温就非常灵敏。

)
3．由于各种不同热电偶的温度特性不同，故不同的热电偶有其不同的适用温度范围。

根据不同的测温环境，使用者可以查找有关资料，选择合适的热电偶进行测温。

4．一对热电偶所产生的温差电动势一般都很小，只有零点几至数十毫伏。

须用很灵敏的检流装置才能检验出来。

但若把大量的热电偶串联起来，组成温差电堆，其产生的温差电动势和温差电流就有明显的实用价值。

特别是用某些半导体材料组成的热电偶，有些地方已把它用来制成热转换效率较高的温差电堆发电装置。

Ⅲ基础物理实验–81 –
四、实验内容
本实验将要研究的是一种最容易做成的热电偶——铜铁热电偶的性质。

见图7-2，这种热电偶当其一端置于0℃的温度中，而另一端的温度在0℃～100℃范围内变化时，其温差电动势与温度差的关系近似成直线关系。

(温差在100℃以上时，变化关系将逐步弯曲，不再是直线)。

图7-2 实验接线图
实验中，一面用一支普通的温度计测量热电偶测温探头处的温度，一面用一台灵敏的数字电压表测相应的温差电动势。

最后根据测得的温差和温差电动势绘制铜一铁热电偶在0℃～100℃范围内的温差电动势曲线图。

操作步骤
1．按图7-2将实验仪器连接好。

电加热罐里装有煤油。

检查电加热器的电热丝和温度计、热电偶的高温探头等是否都浸在煤油里。

温度计不能紧靠电热丝，而热电偶的探头要和温度计的头部靠拢，以使两者温度尽可能一致。

2．将热电偶中间的断开处与灵敏数字电压表两端连接，选择数字电压表的灵敏度为最高档。

3．将热电偶的低温探头浸在保温杯的0℃冰水混合物内，使低温端维持恒温。

4．记下电加热罐中的初始温度t0，将热电偶回路接通，为便于数据处理，记下此时
回路的温差电动势。

5．打开稳压电源的开关，给电加热罐升温。

调整稳压电源的输出电流为2～3A。

6．监视电加热罐中温度计的变化，并不断上下搅动加热罐中的搅拌器，以使温度上升均匀。

温度计每升高5度，记下回路的温差电动势。

7、当温度计读数到达90℃左右时，关掉稳压电源的开关，停止加热。

最后记下此时回路的温差电动势。

五、数据处理
对数据进行处理并绘制铜铁热电偶的温差电动势曲线图。

以温度为横坐标，温差电动势为纵坐标。

(在图中温度低于t0时的曲线为低端外延曲线，应用虚线表示。

)用图解法算出该热电偶的温差电系数：V/度。

根据所绘制的铜铁热电偶的温差电动势曲线，分别求出37℃、50℃和70℃的温差电动势。

2、根据自己的实验结果，判断图7-2中回路的电流方向（顺时针或逆时针）。

图中上半部分金属为铜，下半部分为铁，且T1＜T2≤100℃。

注意事项
1．加热罐通电升温时，为使整个装置升温均匀，应不断上下搅拌加热罐中的搅拌器。

2．为减小测量误差，数字电压表应尽可能调到灵敏度最高的档位。

3．为便于作图，每次温差的测量点宜取在5°或10°的整数倍位置。

六、问题讨论
1．当热电偶回路中串进了其它的金属（比如测量仪器等），是否会引入附加的温差电动势，从而影响热电偶原来的温差电特性?如果不影响的话，你是否能从理论上给予推导证明?
2．试简要说明温差电动势的产生机理。