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温差电动势的测量实验
温差电动势的测量
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. 测量热电偶的温差电动势。
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

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-×10-2mV/K,而铂铑-铂电偶的C值为
×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。

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。

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U<Ex,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
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