用電位差計(jì)對熱電偶定標(biāo)哈爾濱工程大學(xué)

1、用電位差計(jì)對熱電偶定標(biāo)圖1熱電偶外觀圖 二、實(shí)驗(yàn)儀器 UE-XDWC-1學(xué)生式電位差計(jì)、電位差計(jì)附件（標(biāo)準(zhǔn)電池、待測電動勢）、信號放大器、數(shù)字萬用表、檢流計(jì)、熱電偶、熱敏電阻、pt100。 實(shí)驗(yàn)原理1 補(bǔ)償法原理用電壓表測量直流電路中電源的電動勢時，總要消耗被測電動勢的部分能量，測得的不是電動勢，而是端電壓，它小于電動勢。要想準(zhǔn)確地測量電動勢，可以用補(bǔ)償?shù)霓k法來解決。補(bǔ)償法的基本思路是另外產(chǎn)生一個量，與被測量相比較，當(dāng)新產(chǎn)生的量與被測量相同時，對新產(chǎn)生的量進(jìn)行測量，而不影響被測量原來的狀態(tài)。補(bǔ)償法原理如圖10所示，是待測電動勢，是電阻。調(diào)節(jié)、，則改變，當(dāng)檢流計(jì)指示為零（即回路電流為零）時，則

2、(1)此時與大小相等，方向相反，稱為電路處于補(bǔ)償狀態(tài)。在補(bǔ)償狀態(tài)下，如果測出的值，就可知道，這種測量方法就稱為補(bǔ)償法，其實(shí)質(zhì)是一種比較測量的方法。ABExGCDE圖10 補(bǔ)償法原理 IES1RpABRCRNGS212ENEx圖11 電位差計(jì)2箱式電位差計(jì)工作原理 箱式直流電位差計(jì)工作原理如圖11所示，其電路可以分為三個基本回路：（1）工作電流調(diào)節(jié)回路：由開關(guān)S1、工作電源E、補(bǔ)償電阻R、標(biāo)準(zhǔn)電阻RN和可調(diào)電阻Rp構(gòu)成，其作用是提供穩(wěn)定的工作電流。調(diào)節(jié)Rp可以改變工作電流I的大小。（2）標(biāo)準(zhǔn)工作電流回路：由標(biāo)準(zhǔn)電阻RN、標(biāo)準(zhǔn)電池EN、開關(guān)S2和檢流計(jì)G構(gòu)成，其作用是使工作電流I工作在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（

3、即對電位差計(jì)校準(zhǔn)）。合上S1，將S2撥向1端，調(diào)節(jié)Rp,使檢流計(jì)指示為零，此時RN上的電壓降與EN相等，即有 （2）（3）測量回路：由待測電動勢Ex、開關(guān)S2、檢流計(jì)G和R的一部分組成。在工作電流標(biāo)準(zhǔn)化之后，將S2撥向2端，調(diào)節(jié)滑動觸頭B的位置，使檢流計(jì)指示為零。此時，RBC的電壓降與Ex相等，而工作電流I并未改變，故有 （3）將（2）式代入（3）可得 （4）由于EN、RN可視為常量，因此R的分度可以轉(zhuǎn)化為電動勢的值標(biāo)在電阻R的刻度盤上，直接讀出Ex的數(shù)值。3電位差計(jì)的測量精度從以上的工作原理分析中，我們可以看出，電位差計(jì)是以比較法為基礎(chǔ)，把待測量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，通過補(bǔ)償?shù)姆绞酵瓿傻臏y量工作

4、。當(dāng)電路處于補(bǔ)償狀態(tài)時（即測量回路中的電流為零），回路既不向待測電動勢輸入電流，也不讓待測電動勢輸出電流，待測電動勢不因測量而發(fā)生變化，因而能準(zhǔn)確地進(jìn)行測量，測量結(jié)果的準(zhǔn)確度依賴于標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢、標(biāo)準(zhǔn)電阻和讀書盤的電阻的準(zhǔn)確度，此外，還與工作電源的穩(wěn)定度和檢流計(jì)的靈敏度相關(guān)。由于標(biāo)準(zhǔn)電池和標(biāo)準(zhǔn)電阻都有較高的準(zhǔn)確度，工作電源也可以做到高穩(wěn)定度，配以適當(dāng)靈敏度的檢流計(jì)，可以獲得較高的測量精度。UE-XDWC-1學(xué)生式電位差計(jì)EN=1.0186V，RN=101.86，讀書盤R的的分辨率為0.1，所以該實(shí)驗(yàn)室儀器的電壓分辨率為1mV。4熱電偶熱電偶是用兩種不同金屬（例如銅和康銅）組成的閉合電路，當(dāng)兩

5、個接觸點(diǎn)的溫度不同時，回路中就產(chǎn)生溫差電動勢。對于確定的兩種金屬而言，溫差電動勢跟兩個接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)。溫差電動勢與冷熱端溫度差的關(guān)系一般可寫成 （5）對于兩種特定金屬，、為常數(shù)，且在大多數(shù)情況下為負(fù)值。如果以作縱軸，作橫軸，公式（5）得到一條拋物線。拋物線的頂點(diǎn)（即溫差電動勢具有極值）對應(yīng)的溫度，叫該熱電偶的中性溫度。超過時，隨著溫差的增加，溫差電動勢反而下降。在溫度變化較小的場合下，由于， 公式（5）可以寫成 （6）稱為熱電偶常數(shù)或溫差系數(shù)，它只與構(gòu)成回路的材料有關(guān)，反映了熱電偶對溫度的敏感程度，其物理意義是該熱電偶在溫差為1時得溫差電動勢。銅-康銅熱電偶mV/。如果保持冷端的溫度不變，熱

6、端與被測物體接觸，溫度隨被測物體變化，測出此時的溫差電動勢，則可畫出溫差電動勢與工作溫度的關(guān)系曲線（通常稱為校正曲線）。利用此曲線可由溫差電動勢查出對應(yīng)的熱電偶工作端溫度。5電位差計(jì)測熱電偶溫度曲線 電位差計(jì)測熱電偶溫度曲線裝置示見圖12。pt100插入加熱器中心孔，輸出信號作加熱器溫度反饋。熱電偶熱端插入加熱器側(cè)孔，冷端插入容器中置于常溫。溫差電動勢被放大100倍后，用電位差計(jì)進(jìn)行測量。智能輻射式加熱器 電位差計(jì)信號放大熱電偶熱端熱電偶冷端pt100圖12 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測量電位差計(jì)附件中的電動勢Ex，測6次（記錄表格自擬），計(jì)算平均值。2、測量熱電偶的溫度-電壓曲線。測量溫

7、度點(diǎn)分別為40、50、60、70、80、90、100時熱電偶的電位差（表格自擬），用坐標(biāo)紙或excel畫出熱電偶的溫度-電壓曲線。3、采用最小二乘法求解。六、分析問題1.電位差計(jì)的量程跟哪些參數(shù)有關(guān)？2.如何提高電位差計(jì)的測量分辨率？3.采用數(shù)字電壓表能否準(zhǔn)確測量溫差電動勢？4.根據(jù)溫度曲線，如何設(shè)計(jì)溫度計(jì)？七、附錄最小二乘法原理 從實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)求經(jīng)驗(yàn)方程，稱為方程回歸問題。設(shè)已知函數(shù)形式為 （1）問題歸結(jié)為用實(shí)測的數(shù)據(jù)來確定（1）式中的系數(shù)和。它等效于作圖法中的求直線的截距和斜率。由于自變量只有一個，故稱為一元回歸，亦稱直線擬合。為了確定和的大小，可以在給定（i=1n）的情況下，用實(shí)驗(yàn)方法測出對應(yīng)的（i=1n）。由于在測量時不可避免地存在誤差，因此在一般情況下，n組數(shù)據(jù)（，）（i=1n）中的如何一組均不能完全適合方程（1）。故把n組數(shù)據(jù)代入方程（1）后，得到n個剩余方程 （i=1n） （2） 根據(jù)最小二乘法原理，未知數(shù)和的最可信賴值，就是那些使各剩余誤差平方和為極小值，即 =極小 使上式為極小的條件是，它對于和德偏導(dǎo)數(shù)