實驗二 熱電偶溫度計定標
【實驗?zāi)康摹?br>1．掌握對熱電偶溫度計定標的方法；
2．掌握非電量電測方法的基本原理。
【實驗儀器】
保溫杯，燒杯，電熱杯，溫度計，鎳-銅鎳熱電偶，PZ114A 型直流數(shù)字電壓表，79HW-1
恒溫磁力攪拌器（半導(dǎo)體溫度計），見圖1。
【實驗原理】
非電量電測方法是利用傳感器把溫度、壓力、光強等非電信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過測
量電壓、電流等電信號來獲得這些非電學(xué)量的方法。本實驗中的熱電偶溫度計就是把溫度
轉(zhuǎn)換成電壓來測量。
當(dāng)一個金屬棒的兩端分別為不同的溫度t1和t2 時，由于金屬中電子的熱運動，在棒的
兩端有一電動勢存在，稱為湯姆遜電動勢。

圖3                                                             圖4

σ ( t ) 將稱為金屬的湯姆遜系數(shù)，和金屬材料的溫度有關(guān)，所以湯姆遜電動勢的大小只與
金屬材料和兩端的溫度有關(guān)。顯然只用一種金屬、只依靠湯姆遜電動勢，不能在閉合回路
中建立電流。
將兩種不同的金屬A 和B 焊接成閉合電路，如圖2 所示。且當(dāng)A 和B 兩接點處在不
同溫度狀態(tài)時，電路中將產(chǎn)生電流，相應(yīng)地有電動勢存在。這種電流稱為溫差電流，電動
勢包含了兩種金屬的湯姆遜電動勢和兩個兩種金屬接觸點的接觸電動勢，其作用的總體效
果稱為溫差電動勢。產(chǎn)生溫差電動勢的裝置稱為熱電偶。電動勢和電流的方向由組成的熱
電偶的導(dǎo)體材料和冷熱端溫度決定，與熱電偶的長度和直徑無關(guān)。
如果在金屬A和B之間插入任何一種金屬C，只要維持它和A、B連接點在同一溫度t1或
t2，這個回路中的溫差電動勢就和只有A、B兩種金屬組成的回路中的溫差電動勢一樣，不
會發(fā)生變化。這種性質(zhì)給我們測量溫差電動勢提供了條件。如圖3 所示，用金屬C做為導(dǎo)
線連接到電位差計上，就可以測得A、B兩種金屬組成的熱電偶的溫差電動勢。
溫差電動勢的大小將隨兩端溫度而變。若用測量儀表測得溫差電動勢的數(shù)值，便可測
得相應(yīng)的溫度，所以熱電偶可以做溫度計使用，叫做熱電偶溫度計。表1 列出幾種標準化
熱電偶材料的部分特性。
本實驗中的熱電偶一端以t0 = 0 ℃為參考點，當(dāng)另一端的溫度t與t0相差不大時，溫差電
動勢與熱電偶兩端的溫度差近似成線性關(guān)系，為其中比例常數(shù)α稱為溫差電動勢率。通過實驗定出α值，即可知道溫度和溫差電動勢的對應(yīng)
關(guān)系。
表1 熱電偶材料的特性

在理論上，溫差電動勢等于兩個端點溫度函數(shù)的差，而溫度函數(shù)的形式比較復(fù)雜，
和兩種金屬的湯姆遜系數(shù)σ (t) 、兩種金屬的接觸電動勢有關(guān)。一般情況下，在使用前，需
要對熱電偶溫度計進行實驗定標，即確定兩個端點溫度和溫差電動勢之間一一對應(yīng)關(guān)系。
如圖4 所示，本實驗對鎳鉻和銅鎳組成的熱電偶進行定標，作為熱電偶溫度計應(yīng)用，用定
標后的溫度計測量液體的溫度，室溫等。

【實驗內(nèi)容】
1．熱電偶溫度計定標
按圖3 接線，就是要確定溫度變化時在熱電偶回路中產(chǎn)生電動勢的變化，即兩者之間
的對應(yīng)關(guān)系。本實驗以溫度t0 = 0 ℃的冰水混合物為參考點，對由A、B兩種導(dǎo)體組成的熱
電偶進行定標。溫差電動勢由直流數(shù)字電壓表測量。接點“2”放在盛有冰水混合物的保溫
杯中，使溫度穩(wěn)定在t0 = 0 ℃。接點“1”放在熱杯中加溫直到沸騰（即100 ℃），在附表
1 中記錄該點的溫差電動勢。
2．應(yīng)用一
按圖4 接線，將熱電偶熱端放入燒杯中，并置于磁力攪拌器的平臺上，啟動恒溫磁力
攪拌器加溫、攪拌以及配合半導(dǎo)體溫度計測溫控溫），用水銀溫度計監(jiān)察。使t 逐漸升高（亦
可采用使t 從高溫逐漸降低的方法），注意在燒杯中適當(dāng)攪拌使溫度均勻，每隔一適當(dāng)?shù)臏?br>度間隔（本實驗約為10 ℃），測量并在附表中記錄溫差電動勢數(shù)值，求出此時的α值。
3．應(yīng)用二
將熱電偶熱端放置室溫狀態(tài)，測定此時的溫差電動勢，記錄在附表2 中，求出此時的
室溫。
【數(shù)據(jù)處理】
用作圖法處理數(shù)據(jù)，以溫度為橫坐標，溫差電動勢為縱坐標，繪制E ~ t 校正曲線。
【思考題】
1．保溫杯內(nèi)的冰水混合物的溫度是否處處為0 ℃；
2．熱電偶溫度計有什么特點？
【參考資料】
[1] 趙凱華，陳熙謀，《電磁學(xué)》下冊，人民教育出版社1980 年
[2] 程守珠，江之永，《普通物理學(xué)》第五版，高等教育出版社1998 年
[3] 謝行怒，康士秀，《大學(xué)物理實驗》第二冊，高等教育出版社2001 年