理论上,任何两种不同的金属导线均可组成热电势热电偶,但实际上为了使热电偶回路有较大的热电势,通常选择耐高温,易于热电势配制,而且热电势与温差基本上呈线性关系等的金属,本实验采用铜-康铜材料制备热电偶,使用温度范围-20~400℃,热电势为4.15 mv/100 ℃。
本实验热电偶测温线路如图2所示,金属A的两端分别和金属B焊接,测量仪表插入A线中间(或者插入B线之间)
理论上可以证明,在A、B两种金属之间插入任何一种金属C,只要维持它和A、B的联接点在同一个温度,这个闭合电路中的温差电动势总是和只由A、B两种金属组成的热电偶中的温差电动势一样。 2.热电偶的定标
用实验方法确定热电偶两端温度差大小与温差电动势的对应关系曲线,称为热电偶的温度定标。经过定标后的热电偶,就可作为热电偶温度计使用了。本实验采用比较法来进行热电偶定标,即用被校热电偶与一准确度较高的标准水银温度计去测同一介质的温度,在被校热电偶的使用范围内改变不同的温度,进行逐点校准,就可得到被校热电偶的一条校准曲线。定标装置如图3所示:
当热电偶测量端与参考端(0 ℃)有温差时,温差电动势则会在数字毫伏表上显示出来。把经过校准的温度计靠近测量端,先通过加热器让水沸腾,然后切断加热器电源让水从沸点开始降温,并在降温过程中依次等间隔地记录数字电压毫伏表与标准温度计的各组对应值,即可作出热电偶的定标曲线。 四、实验内容 (一)水银温度计的校正 1.0 ℃点
的确定。
把被校验的水银温度计竖直浸在冰水混合的容器中,实验过程使冰和水两态并存,经过5~10分钟稳定后,便可开始进行0 ℃点的校正。 通过多次测量取平均值确定0 ℃点。
实验过程中,由于系统不断向外界吸热,冰含量由于熔化逐渐变少,因此实验时注意在容器中多放冰块,少放水;并在实验过程中及时添加冰块,减少水。 2.沸点
的确定。
把被校验的水银温度计套在软木塞中,竖直放进双壁蒸汽锅中,当水沸腾5~10分钟后记录稳定沸点,重复数次取平均值确定沸点。 3.测量得到实验环境下纯净水的沸点
,并进行修正(福廷气压计使用法,参阅附录):
(1)在福廷气压计上记录温度t及气压读数 其中g、
分别为当地的重力加速度和45°海平面的重力加速度。
时所对应的水沸点
(2)查附录表,确定大气压为
4.计算原温标每一分度值的改正值△t,校正该温度计的温标,列温度校正表
(二)热电偶的定标
1.按定标装置图3接好实验电路。 2.参考端置于零度点的冰水混合物。
3.测量端加热至沸点,在温度~电压表格中记录标准温度计与数字毫伏表对应参数值。 4.切断加热器电源,在测量端降温过程中,等间隔记录温度~电压各组参数值至室温。 5.制热电偶定标曲线(温度~电压曲线)。 (三)实验提示
1.使用温度计以前,要注意观察量程和认清分度值。水银正常使用的测温范围一般在全量程的30%~90%之间。由于温度计热膨胀响应慢,读数时一定要等到被测介质与温度计达到热平衡后(5~10分钟)才能读数。温度计读数时注意消除视差,视线应与水银柱凸表面相平。
2.为了测量值准确,要注意温度计的浸入深度,同时温度计水银泡应与被测对象的容器壁有一定的间距,与被测物体相接触,若测液体,必须搅拌,使液温均匀。热电偶定标实验可以把测量端和温度计水银泡绕在一起,置于水壶中央,且不接触热水壶电热丝。
3.冰水混合物中的冰块要细,水要少,且将热电偶一端置于冰水混合物中心。
4.在降温过程中可加适当的细冰块且充分的搅拌,待冰融解且温度计的读数稳定才可读数。