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1、热电偶的制作与温度标定摘要:本文基于对热电偶原理的充分认识的基础上，制作了热电偶试件,并用这些热电偶进行 实验，根据实验的数据，得出热电偶的温度特性。分析实验结果，并分析实验误差以及实验的 仪表的不确定度。关键词：热电偶、数据处理、不确定度1热电偶的工作原理及温度计1.1热电偶的工作原理两种不同金属导线连接成的回路成为热电偶。当两端的温度不同时，在回路内就会产生 热电势，此热电势的大小与材料及温差有关。两根导线称为热电极，高温端称热接点，低温 端称冷接点。若冷接点的温度维持在某一恒定值，则热电偶的电势只和热接点的温度有关。 当两个导线相互接触，由于其内部电子的密度不同，会产生电子的扩散，形成了
2、所谓的扩散 电流，从而在接触的表面上形成电位差，其大小取决于不同的导体的性质和接触点的温度。 1.2温度计本实验将温度计放置于恒温器中的试管内，由于试管内的油阻和试管壁的热阻存在，其 温度与恒温器的设定温度是不同的，取可容许的误差范围进行读数。2实验系统本实验的系统主要包括：热电偶5组，零度槽，恒温器(油槽)，温度计和数字电压表。 实验由制做好的热电偶组成5个试件，其示单个回路意图如下：图1实验系统示意图根据热电偶的温度特性，实验将热电偶的一端放入零度槽，另一端放入恒温油槽中 的试管内，恒温器的温度由我们自己设置，同时用导线连接至测压仪表，当不同温度时， 热电偶的温度特性在数字电压表上反映的是
3、对应的伏特值。3数据记录表1实验数据温度计温度K恒温器温度K热电偶 1(mv)热电偶 2(mv)热电偶 3(mv)热电偶 4(mv)热电偶 5(mv)297.2297.330.9630.9640.9650.9630.96301.9302.071.1541.1581.1571.1551.143306.9307.11.3631.3651.3661.3641.338311.9312.041.5691.5711.5721.571.532317.83181.8191.8221.8231.8221.768322.83232.032.0362.0342.0321.969327.83282.2462.2512
4、.2492.2472.136337.73382.6822.6862.6852.6832.548347.63483.1253.1293.1283.1262.548362.43633.0863.8083.8093.8063.6154实验数据处理分析表1分析：实验通过保持低温端零度槽的温度不变，调节高温端的恒温器的温度，在温差的变化下， 测得热电偶所对应的伏特值。从表1可以看出随着温度的增加，热电偶所对应的伏特值增加。 由于热电偶2, 3, 4,其得出的伏特值近似相同，而热电偶5与热电偶1差异较大，从表1 可以看出，热电偶1的温度特性表现更加明显。下图为实验数据处理图：0297 302 307 31
5、2 318 323 328 338 348 362 温度变化情况T(K)图2热电偶1的温度特性图0297 302 307 312 318 323 328 338 348 362温度变化情况T(K)3热电偶2的温度特性0297 302 307 312 318 323 328 338 348 362 温度变化情况T(K)453525150 32L0特伏图4热电偶3的温度特性图5热电偶4的温度热性40297 302 307 312 318 323 328 338 348 362温度变化情况T(K)V 2.5值2 特伏1.513.530.54一3.53V 2.5 mE 2-电1.51 -0.5L290
6、 300 310 320 330 340 350 360 370 温度变化T(K)，热电偶1(热电偶2(热电偶3(热电偶4(热电偶5(mv)图6热电偶5的温度特性图7热电偶整体比较从上图，可以看出随着温度的增大，热电偶的伏特值总体趋势为增大。其中热电偶2, 3, 4三个热电偶温变特性特别相似，几乎重合。热电偶1的变化趋势是，先增大后减小， 而热电偶的变化趋势则是先缓慢增大，后剧烈变大，此两种变化趋势属于变化非正常趋势， 因而应该是实验误差。5实验结果分析5.1误差及分析根据实验数据，可以得到各温度下的热电偶的实验误差，现列于下表2, 3。下表2中，从 整体可以看出，随着温度的增加，实验的误差有
7、增大的趋势。在表3中，由于求的是各热电偶 的测量平均误差，因而，整体而言，由于误差在误差要求的范围内，因而本实验的数据具有 真实性和可用性。表2热电偶各温度下的误差温度计温度K热电偶1误差 %热电偶2误差 %热电偶3误差 %热电偶4误差 %热电偶5误差 %297.20.04205-0.0336474-0.0252355-0.0420592-0.0672948301.90.016560.016561780.00828089-0.0082809-0.1076515306.90.057020.073313780.081459760.06516781-0.1466276311.90.104200060
8、.120230840.128246230.11221545-0.1923693317.80.212397730.235997480.243864070.23599748-0.188798322.80.294299880.340768280.325278810.30978934-0.1781289327.80.411836490.449969490.434716290.41946309-0.4270897337.70.695883920.7254960.718092980.70328694-0.2961208347.61.014096661.042865361.035673191.0212888
9、4-3.1357883362.4-3.38024281.60044151.607339961.586644590.26903974表3热电偶各温度下的平均误差热电偶1误差%热电偶2误差 %热电偶3误差 %热电偶4误差 %热电偶5误差 %平均误差-0.05318980.457199710.455771660.44035134-0.44708295.2不确定度分析5.2.1温度的不确定度原因在于温度计与油槽内换热有之间热阻的存在，因而温度计的读数T1总是与油槽实际 温度T2的不确定度相同，温差的不确定度为5AT，现将列成下表4。15T=0.01C15T=0.01C2sat=|T1-T2|表4温度计
10、与油槽的不确定度温度计温度TK297.2301.9306.9311.9317.8322.8327.8338347.6362.4恒温器温度TK297.33302.07307.13123183233283383483632温差AT0.130.170.20.140.20.20.20.30.40.65.2.2实验仪表仪器的不确定度 导致的原因：1）热电偶的制作焊接工序不是很严谨。2）实验仪器仪表本身存在误差，因而读数时的误差是不可避免的,温度计和数字电压表 的不确定度分别为：5T=0.01C15 E=0.0001mv3）恒温槽的稳定时间较长，因而读取数据时可能有波动，造成数据失真。5.2.3实验操作人员的不确定因素导致原因：由于温度计的数据都是由实验人员读出来的，因而存在读数误差。6结论：在本实验中，保证了不同的热电偶不接触，保证了一定的实验精度，记录了数据。由于误差 在误差要求的范围内，因而本实验的数据具有真实性和可用性。根据实验数据的拟合，可得 出以下结论，热电偶的温度特性为：E=0.0435T-11.989其中T表示温度计的温度，单位:K;E,表示此温度下所对应的伏特值，单位:mv。绝对误差和量程的比值才是相对误差，精度是最大测量误差与最大量程的比值，精度用相对 误差表示的，绝对误差和量程的比值才是相对误差。
