热电偶特性及其应用研究一、实验简介电位差计是利用补偿原理和比较法精确测量直流电位差或电源电动势的常用仪器，它准确度高、使用方便，测量结果稳定可靠，还常被用来精确地间接测量电流、电阻和校正各种精密电表在现代工程技术中电子电位差计还广泛用于各种自动检测和自动控制系统。二、 实验原理1.电位差计的补偿原理要测量一电源的电动势，若将电压表并联于电源两端，如图2.10.1所示，就有电流I通过电源内部，由于电源有内阻r，则在电源内部有电压降I·r，因而表的示值只是电源的端电压V=ExIr。显然，只有当I=0时，电源两端的电压才等于电动势Ex。为了能精确测得电动势的大小，可采用图2.10.2所示的线路。其中E。是电动势可调节的电源。调节Eo，使检流计指针指零，这就表示回路中两电源的电动势Eo、Ex方向相反，大小相等。故数值上有Ex= E。 (2.10.1)这时我们称电路得到补偿。在补偿条件下，如果E。的数值已知，则E即可求出。据此原理构成的测量电动势和电位差的仪器称为电位差计。E。+Ex1X-rrGVIEx市图2.10.1测量电源电动势的原理图图2.10.2测量电动势的补偿电路2.实际电位差计的工作原理2EVK.图2.10.3电位差计工作原理实际的电位差计工作原理如图2.10.3所示，电源E、开关K0、可变电阻、标准电阻R1、R等构成工作电流调节回路：标准电池Es、检流计G、开关K1和K2(S)构成工作电流校准回路；待测电动势Ex、检流计GO和开关K1、K2(X)构成
热电偶特性及其应用研究 一、 实验简介 电位差计是利用补偿原理和比较法精确测量直流电位差或电源电动势的常 用仪器，它准确度高、使用方便，测量结果稳定可靠，还常被用来精确地间接测 量电流、电阻和校正各种精密电表．在现代工程技术中电子电位差计还广泛用于 各种自动检测和自动控制系统。 二、 实验原理 1.电位差计的补偿原理 要测量一电源的电动势，若将电压表并联于电源两端，如图 2.10.1 所示， 就有电流 I 通过电源内部，由于电源有内阻 r，则在电源内部有电压降I · r,因而 表的示值只是电源的端电压V = E𝑥𝑥 − I𝑟𝑟。显然，只有当I = 0时，电源两端的电压 才等于电动势E𝑥𝑥。 为了能精确测得电动势的大小，可采用图 2.10.2 所示的线路。其中E0是电 动势可调节的电源。调节E0，使检流计指针指零，这就表示回路中两电源的电动 势E0、E𝑥𝑥方向相反，大小相等。故数值上有 Ex = E0(2.10.1) 这时我们称电路得到补偿。在补偿条件下，如果E0的数值已知，则Ex即可求 出。据此原理构成的测量电动势和电位差的仪器称为电位差计。 图 2.10.1 测量电源电动势的原理图图 2.10.2 测量电动势的补偿电路 2.实际电位差计的工作原理 图 2.10.3 电位差计工作原理 实际的电位差计工作原理如图 2.10.3 所示，电源 E、开关 K0、可变电阻 、 标准电阻 R1、R 等构成工作电流调节回路；标准电池 Es、检流计 G、开关 K1 和 K2(S)构成工作电流校准回路；待测电动势 Ex、检流计 G0 和开关 K1、K2(X)构成
待测回路。使用时，首先使工作电流标准化，即根据标准电池的电动势调节工作电流I。将开关K2合在S位置，调节可变电阻，使得检流计指针指零。这时工作电流I在R。段的电压降等于标准电池的电动势，即Es = IR,(2. 10. 2)再将开关K2合向X位置，调节电阻Rx，再次使检流计指针指零，此时有Ex= IRx(2.10.3)这里的电流I就是前面经过标准化的工作电流。也就是说，在电流标准化的基础上，在电阻为Rx的位置上可以直接标出与IR对应的电动势（电压）值，这样就可以直接进行电动势（电压）的读数测量。3.温差电偶的测温原理把两种不同的金属或不同成分的合金两端彼此焊接成一闭合回路，如图2.10.4所示。图2.10.4温差电偶若两接点保持在不同的温度t和tO，则回路中产生温差电动势。温差电动势的大小除了和组成热电偶的材料有关外，唯一决定于两接点的温度函数的差。一般地讲，电动势和温差的关系可以近似地表示成E = c(t-to) (2.10.4)这里t是热端温度，tO是冷端温度，c称为温差系数，表示温差相差1℃时的温差电动势，其大小决定于组成电偶的材料。温差电偶可以用来测量温度。测量时，使电偶的冷端温度tO保持恒定（通常保持在冰点）。另一端与待测物体相接触，再用电位差计测出热电偶回路中的温差电动势，如图2.10.5所示。只要该电偶的电动势与温差间的关系事先标定好，就可以求出待测温度，或者根据有关的温差电偶分度表查出相应的温度。电位差计热电偶O图2.10.5温差电偶测温原理
待测回路。使用时，首先使工作电流标准化，即根据标准电池的电动势调节工作 电流 I。将开关 K2 合在 S 位置，调节可变电阻 ，使得检流计指针指零。这时工 作电流 I 在Rs段的电压降等于标准电池的电动势，即 Es = IRs(2.10.2) 再将开关 K2 合向 X 位置，调节电阻 Rx，再次使检流计指针指零，此时有 Ex = IRx(2.10.3) 这里的电流 I 就是前面经过标准化的工作电流。也就是说，在电流标准化的 基础上，在电阻为 Rx 的位置上可以直接标出与IRx对应的电动势(电压)值，这样 就可以直接进行电动势(电压)的读数测量。 3. 温差电偶的测温原理 把两种不同的金属或不同成分的合金两端彼此焊接成一闭合回路，如图 2.10.4 所示。 图 2.10.4 温差电偶 若两接点保持在不同的温度 t 和 t0，则回路中产生温差电动势。温差电动 势的大小除了和组成热电偶的材料有关外，唯一决定于两接点的温度函数的差 。 一般地讲，电动势和温差的关系可以近似地表示成 E = c(t − t0)(2.10.4) 这里 t 是热端温度，t0 是冷端温度，c 称为温差系数，表示温差相差 1℃时 的温差电动势，其大小决定于组成电偶的材料。 温差电偶可以用来测量温度。测量时，使电偶的冷端温度 t0 保持恒定(通常 保持在冰点)。另一端与待测物体相接触，再用电位差计测出热电偶回路中的温 差电动势，如图 2.10.5 所示。只要该电偶的电动势与温差间的关系事先标定好， 就可以求出待测温度，或者根据有关的温差电偶分度表查出相应的温度。 图 2.10.5 温差电偶测温原理
康锅（60%铜，40%镍）铜铜铜h搅拌器++0b。检流计外接电源未知！未知2A冰、水混e(K.)(R.)变压器油1合物.0℃G一后知路0K0×1mV×0.1mVx0.001mV(a)(b) 图2.10.6用UJ31型电位差计测定温差电动势的装置图三、 实验内容测铜一康铜热电偶的温差系数（1).按图2.10.6接好电路.根据室温求出标准电池电动势的数值，按电位差计的使用方法（参见仪器简介）调节好电位差计。（2）.加热杯中的液体，至一定温度后停止加热，在读出水银温度计的读数的同时用电位差计测出温差电动势的大小。在液体冷却过程中，高温端温度每降低5℃，测量一次温差电动势，测8组以上数据。（3）.参照数据表格，记录测量的数据。根据测量数据，作出温差电动势Ex和温度差t一to的关系图线Ex～(t一to)，该热电偶在此温度范围内图线应为一直线。图解法求出直线的斜率，即温差系数C。或用逐差法、最小二乘法求温差系数C。【注意事项】1.电位差计的调节必须按规定步骤，线路中极性不可接反。2.实验操作要谨慎，注意标准电池的接入，正接正，负接负，严防两极短路。四、实验仪器本实验用到的实验仪器有：电位差计、标准电池、光点检流计、稳压电源、温差电偶、冰筒、水银温度计、烧杯等。实验场景如下图组所示：
(a) (b) 图 2.10.6 用 UJ31 型电位差计测定温差电动势的装置图 三、 实验内容 测铜—康铜热电偶的温差系数 (1).按图 2.10.6 接好电路.根据室温求出标准电池电动势的数值，按电位差 计的使用方法(参见仪器简介)调节好电位差计。 (2).加热杯中的液体，至一定温度后停止加热，在读出水银温度计的读数的 同时用电位差计测出温差电动势的大小。在液体冷却过程中，高温端温度每降低 5℃，测量一次温差电动势，测 8 组以上数据。 (3).参照数据表格，记录测量的数据。根据测量数据，作出温差电动势 Ex 和温度差t − t0的关系图线E𝑥𝑥～(t − t0)，该热电偶在此温度范围内图线应为一直 线。图解法求出直线的斜率，即温差系数 C。或用逐差法、最小二乘法求温差系 数𝐶𝐶̅ 。 【注意事项】 1.电位差计的调节必须按规定步骤，线路中极性不可接反。 2.实验操作要谨慎，注意标准电池的接入，正接正，负接负，严防两极短路。 四、 实验仪器 本实验用到的实验仪器有：电位差计、标准电池、光点检流计、稳压电源、 温差电偶、冰筒、水银温度计、烧杯等。实验场景如下图组所示：
电拉美工X00:27:12比合家电电电产的务活中国话动E电位差计的使用1.UJ31型电位差计：未知21i000OK.×ImV×0.1mVx0.001mVUJ31型电位差实物图面板图UJ31型电位差计是一种测量低电势的电位差计。它的测量范围是：1μV至17mV（K0旋至×1档）或10μV至170mV（K0旋至×10档）。使用5.7一6.4V外接工作电源，标准电池和检流计均为外接。其面板如图上图所示。原理图2.10.3中各元件与面板上各旋钮的对应关系为：Rn被分成Rnl（粗调）、Rn2（中调）、Rn3(细调）三个电阻转盘，以保证迅速准确地调节工作电流；Rs是为了适应温度不同时标准电池电动势的变化而设置的，当温度不同引起标准电池电动势变化时，通过调节R，进而调节Rs两端的电压，使工作电流保持不变。Rx被分成I（X1）、II（X0.1）、ⅢI（X0.001)三个电阻转盘，并在转盘上标示出电压，电位差计处于补偿状态时可以从三个转盘读出未知电动势（或电压）；K1为两个按钮，分别标记为“粗”和“细”，按下“粗”按钮，有保护电阻和检流计串联，按下“细”按钮，保护电阻被短路；K2为标准电池和未知电动势转换开头。标准电池Es、检流计G、工作电源E和未知电动势Ex由相应的接线柱外接
电位差计的使用 1. UJ31 型电位差计： UJ31 型电位差实物图 面板图 UJ31 型电位差计是一种测量低电势的电位差计。 它的测量范围是：1μV 至 17mV(K0 旋至×1 档)或 10μV 至 170mV(K0 旋至× 10 档)。使用 5.7—6.4V 外接工作电源，标准电池和检流计均为外接。 其面板如图上图所示。原理图 2.10.3 中各元件与面板上各旋钮的对应关系 为：Rn 被分成 Rnl(粗调)、Rn2(中调)、Rn3(细调)三个电阻转盘，以保证迅速准 确地调节工作电流； Rs 是为了适应温度不同时标准电池电动势的变化而设置的，当温度不同引 起标准电池电动势变化时，通过调节 R，进而调节 Rs 两端的电压，使工作电流 保持不变。 Rx 被分成Ⅰ(×1)、Ⅱ(×0.1)、Ⅲ(×0.001)三个电阻转盘，并在转盘上标 示出电压，电位差计处于补偿状态时可以从三个转盘读出未知电动势(或电压)； K1 为两个按钮，分别标记为“粗”和“细”，按下“粗”按钮，有保护电阻 和检流计串联，按下“细”按钮，保护电阻被短路； K2 为标准电池和未知电动势转换开头。 标准电池 Es、检流计 G、工作电源 E 和未知电动势 Ex 由相应的接线柱外接
（1）UJ31型电位差计的使用方法为：1)将K2置于“断”，K0置于“×1”档（或“×10”档，视被测量值而定），分别接上标准电池、检流计、工作电源。被测电动势（或电压）接于“未知1”或“未知2”。2)根据温度修正公式计算出标准电池的电动势Es的值，调节Rs的示值与其相等。将K2旋至“标准”档，按下K1（粗)按钮，调节Rn1、Rn2、Rn3，使检流计指针指零，再按下K1（细）按钮，用Rn3精确调节至检流计指针指零。3)将K2旋至“未知1”（或“未知2”）位置，按下K1（粗)按钮，调节读数转盘I、II、IⅢI，使检流计指针指零，再按K1（细)按钮，细调读数转盘III使检流计指针精确指零。此时被测电动势（或电压)Ex等于读数转盘I、II、IⅢI上的示值乘以相应的倍率之和。（2）电位差计在实验中操作测量范围是：1μV至17mVKO旋至×1档）或10uV至170mV（K0旋至×10档）。实验中使用外接工作电源，标准电池和检流计均为外接。双击仪器可进入仪器调节窗体，按Delete键可将仪器移回仪器栏。场景中仪器图片双击实验场景中的仪器图标可进入仪器调节窗口，对仪器进行调节、操作。电x0.001毫伏电位差计调节窗口1）标准电池电动势设置旋钮Rs。鼠标左击增大，鼠标右击减小。2）“X10、X1”档位开关KO。X10档时，测量电动势=表盘读数×10；X1档时，测量电动势=表盘读数X1；鼠标点击时，对X10和X1两个档位进行
（1）UJ31 型电位差计的使用方法为： 1)将 K2 置于“断”，K0 置于“×1”档(或“×10”档，视被测量值而定)， 分别接上标准电池、检流计、工作电源。被测电动势(或电压)接于“未知 1”或 “未知 2”。 2)根据温度修正公式计算出标准电池的电动势 Es 的值，调节 Rs 的示值与其 相等。将 K2 旋至“标准”档，按下 K1(粗)按钮，调节 Rn1、Rn2、Rn3，使检流 计指针指零，再按下 K1(细)按钮，用 Rn3 精确调节至检流计指针指零。 3)将 K2 旋至“未知 1”(或“未知 2”)位置，按下 K1(粗)按钮，调节读数 转盘Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，使检流计指针指零，再按 K1(细)按钮，细调读数转盘 III 使 检流计指针精确指零。此时被测电动势(或电压)Ex 等于读数转盘Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上 的示值乘以相应的倍率之和。 （2）电位差计在实验中操作 测量范围是：1μV 至 17mV(K0 旋至×1 档)或 10μV 至 170mV(K0 旋至×10 档)。实验中使用外接工作电源，标准电池和检流计均为外接。 双击仪器可进入仪器调节窗体，按 Delete 键可将仪器移回仪器栏。 场景中仪器图片 双击实验场景中的仪器图标可进入仪器调节窗口，对仪器进行调节、操作。 电位差计调节窗口 1) 标准电池电动势设置旋钮 Rs。鼠标左击增大，鼠标右击减小。 2) “X10、X1”档位开关 K0。X10 档时，测量电动势=表盘读数×10；X1 档 时，测量电动势=表盘读数×1；鼠标点击时，对 X10 和 X1 两个档位进行