1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 課程教案課次授課方式（請(qǐng)打）理論課 討論課 實(shí)驗(yàn)課習(xí)題課 其他課時(shí)安排3授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）： 熱電偶的定標(biāo)教學(xué)目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個(gè)層次）：1. 加深對(duì)溫差電現(xiàn)象的理解；2. 了解熱電偶測(cè)溫的基本原理和方法；3. 掌握熱電偶定標(biāo)基本方法。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)：重點(diǎn)：用固定點(diǎn)法對(duì)熱電偶進(jìn)行定標(biāo)難點(diǎn)：用逐差法求出定標(biāo)曲線的溫差系數(shù)教 學(xué) 基 本 內(nèi) 容方法及手段1溫差電效應(yīng)如果用A、B兩種不同的金屬構(gòu)成一閉合電路，并使兩接點(diǎn)處于不同溫度，如圖1所示，則電路中將產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)，并且有溫差電流流過(guò)，這種現(xiàn)象稱為溫差電效應(yīng)。2熱電偶測(cè)量溫度的原理

2、和方法兩種不同金屬串接在一起，其兩端可以和儀器相連進(jìn)行測(cè)溫的元件稱為溫差電偶，也叫熱電偶。溫差電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)與二接頭溫度之間的關(guān)系比較復(fù)雜，但是在較小溫差范圍內(nèi)可以近似認(rèn)為溫差電動(dòng)勢(shì)E與溫度差（T-T）成正比，即 3. 利用固定點(diǎn)法對(duì)熱電偶進(jìn)行定標(biāo)這是利用幾種合適的純物質(zhì)在一定氣壓下（一般是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），將這些純物質(zhì)的沸點(diǎn)和熔點(diǎn)溫度作為已知溫度，測(cè)出熱電偶在這些溫度下的對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，從而得到熱電勢(shì)，從而得到熱電勢(shì)-溫度關(guān)系曲線，這就是所求的校準(zhǔn)曲線。1.提問(wèn)抽查學(xué)生預(yù)習(xí)情況2.講解實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容及注意事項(xiàng)3.實(shí)物講解介紹儀器設(shè)備及注意事項(xiàng)4.通過(guò)輔導(dǎo)或提示幫助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)中遇到的困難和障礙作業(yè)

3、、討論題、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(jì)有什么特點(diǎn)？3用逐差法就出定標(biāo)曲線的溫差系數(shù)。課后小結(jié)：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)要求培養(yǎng)同學(xué)們的動(dòng)手能力、主動(dòng)思考問(wèn)題、解決問(wèn)題等方面的各種能力，為了充分發(fā)揮他們的能力，在預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，講解基本基礎(chǔ)，讓學(xué)生自主的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，老師適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。學(xué)生的動(dòng)手能力個(gè)有不同，應(yīng)該因材施教，針對(duì)不同的學(xué)生，適當(dāng)加深實(shí)驗(yàn)的難度。輔導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)最大限度地發(fā)揮學(xué)生自己解決問(wèn)題的能力，根據(jù)不同的情況，可以選擇“指出錯(cuò)誤”、“提示”、“親手輔導(dǎo)”三種形式。熱電偶定標(biāo)實(shí)驗(yàn)熱電偶在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)：在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，溫度控制

4、是經(jīng)常遇到的工作，對(duì)溫度的自動(dòng)控制有許多種方法。在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶的重要應(yīng)用是測(cè)量溫度，它是把非電學(xué)量（溫度）轉(zhuǎn)化成電學(xué)量（電動(dòng)勢(shì)）來(lái)測(cè)量的一個(gè)實(shí)際例子。用熱電偶測(cè)溫具有許多優(yōu)點(diǎn)，如測(cè)溫范圍寬（-2002000）、測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度較高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不易損壞等。此外由于熱電偶的熱容量小，受熱點(diǎn)也可做得很小，因而對(duì)溫度變化響應(yīng)快，對(duì)測(cè)量對(duì)象的狀態(tài)影響小，可以用于溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控。熱電偶在冶金、化工生產(chǎn)中用于高、低溫的測(cè)量；在科學(xué)研究、自動(dòng)控制過(guò)程中作為溫度傳感器，具有非常廣泛的應(yīng)用。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，熱電偶溫度計(jì)的定標(biāo)是一個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生找出熱電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)與冷熱端溫差之間的關(guān)系

5、，并給出溫差電動(dòng)勢(shì)與冷熱端溫差之間的關(guān)系曲線，求出經(jīng)驗(yàn)方程，從而完成其定標(biāo)工作，使同學(xué)們了解熱電偶測(cè)溫度的基本原理。實(shí)驗(yàn)原理1. 溫差電效應(yīng)溫度是表征熱力學(xué)系統(tǒng)冷熱程度的物理量，溫度的數(shù)值表示法叫溫標(biāo)。常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)等。溫度會(huì)使物質(zhì)的某些物理性質(zhì)發(fā)生改變。一般來(lái)講，任一物質(zhì)的任一物理性質(zhì)只要它隨溫度的改變而發(fā)生單調(diào)的、顯著的變化，都可用它來(lái)標(biāo)志溫度，也即制作溫度計(jì)。常用的溫度計(jì)有水銀溫度計(jì)、酒精溫度計(jì)和熱電偶溫度計(jì)等。在物理測(cè)量中，經(jīng)常將非電學(xué)量如溫度、時(shí)間、長(zhǎng)度等轉(zhuǎn)換為電學(xué)量進(jìn)行測(cè)量，這種方法叫做非電量的電測(cè)法。其優(yōu)點(diǎn)是不僅使測(cè)量方便、迅速，而且可提高測(cè)量精密度。

6、溫差電偶是利用溫差電效應(yīng)制作的測(cè)溫元件，在溫度測(cè)量與控制中有廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)是研究一給定溫差電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系。 如果用A、B兩種不同的金屬構(gòu)成一閉合電路，并使兩接點(diǎn)處于不同溫度，如圖1所示，則電路中將產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)，并且有溫差電流流過(guò)，這種現(xiàn)象稱為溫差電效應(yīng)。ABT0T1閉合電路2. 熱電偶兩種不同金屬串接在一起，其兩端可以和儀器相連進(jìn)行測(cè)溫（2）的元件稱為溫差電偶，也叫熱電偶。溫差電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)與二接頭溫度之間的關(guān)系比較復(fù)雜， 2熱電偶測(cè)溫但是在較小溫差范圍內(nèi)可以近似認(rèn)為溫差電動(dòng)勢(shì)與溫度差成正比，即 (1)式中為熱端的溫度，為冷端的溫度，稱為溫差系數(shù)（或稱溫差電偶常量），單位

7、為 V，它表示二接點(diǎn)的溫度相差1時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，其大小取決于組成溫差電偶材料的性質(zhì)，即 (2)式中k為玻耳茲曼常量，為電子電量，和為兩種金屬單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)目。 如圖3所示，溫差電偶與測(cè)量?jī)x器有兩種連接方式：（a）金屬B的兩端分別和金屬A焊接，測(cè)量?jī)x器M插入A線中間； （b）A、B的一端焊接，另一端和測(cè)量?jī)x器連接。3溫差電偶與測(cè)量?jī)x器有兩種連接方式 在使用溫差電偶時(shí)，總要將溫差電偶接入電勢(shì)差計(jì)或數(shù)字電壓表，這樣除了構(gòu)成溫差電偶的兩種金屬外，必將有第三種金屬接入溫差電偶電路中，理論上可以證明，在A、B兩種金屬之間插入任何一種金屬C，只要維持它和A、B的聯(lián)接點(diǎn)在同一個(gè)溫度，這個(gè)閉合電路中的

8、溫差電動(dòng)勢(shì)總是和只由A、B兩種金屬組成的溫差電偶中的溫差電動(dòng)勢(shì)一樣。 溫差電偶的測(cè)溫范圍可以從4.2K（-268.95）的深低溫直至2800的高溫。必須注意，不同的溫差電偶所能測(cè)量的溫度范圍各不相同。3熱電偶的定標(biāo) 熱電偶定標(biāo)的方法有兩種：1）比較法即用被校熱電偶與一標(biāo)準(zhǔn)組成的熱偶去測(cè)同一溫度，測(cè)得一組數(shù)據(jù)，其中被校熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)即由標(biāo)準(zhǔn)熱電偶所測(cè)的熱電勢(shì)所測(cè)的熱電勢(shì)所校準(zhǔn)，在被校熱電偶的使用范圍內(nèi)改變不同的溫度、進(jìn)行逐點(diǎn)校準(zhǔn)，就可得到被校熱電偶的一條校準(zhǔn)曲線。2）固定點(diǎn)法這是利用幾種合適的純物質(zhì)在一定氣壓下（一般是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），將這些純物質(zhì)的沸點(diǎn)和熔點(diǎn)溫度作為已知溫度，測(cè)出熱電偶在這些溫

9、度下的對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，從而得到熱電勢(shì)，從而得到熱電勢(shì)-溫度關(guān)系曲線，這就是所求的校準(zhǔn)曲線。本實(shí)驗(yàn)采用固定點(diǎn)法對(duì)熱電偶進(jìn)行定標(biāo)。為了能測(cè)量熱電動(dòng)勢(shì)E中直接得出待測(cè)溫度T值，必須對(duì)所用熱電偶測(cè)定其熱電動(dòng)勢(shì)E與溫度T的關(guān)系，這就是熱電偶溫度的定標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)是做“銅康銅”熱電偶溫度計(jì)的定標(biāo)。在測(cè)定ET關(guān)系時(shí)，采用攝氏溫度規(guī)定的兩個(gè)固定點(diǎn)，即溶冰點(diǎn)（0）和沸水點(diǎn)(100)，再在0100之間取若干溫度點(diǎn)，給出0100之間的ET曲線。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小巧、熱容量小、測(cè)溫范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和科學(xué)研究的測(cè)溫和溫度的自動(dòng)控制中。實(shí)驗(yàn)儀器 “銅康銅”熱電偶，保溫杯，WHT-3導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀（可直接用

10、數(shù)字電壓表或UJ36直流電位差計(jì)）。1 圖4是實(shí)驗(yàn)裝置示意圖4實(shí)驗(yàn)裝置示意圖“銅康銅”熱電偶的一個(gè)接點(diǎn)（冷端）放在盛有冰水混合物的杜瓦瓶中，使該接點(diǎn)維持在恒定的0。另一接點(diǎn)（熱端）放在A盤小孔中。升溫由它的加熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)手動(dòng)加熱時(shí)，將控制方式置“手動(dòng)”；當(dāng)自動(dòng)加熱時(shí)，將控制方式置“自動(dòng)”，由PID設(shè)定溫度自動(dòng)控制溫度。2PID控溫PID智能溫度控制器是一種高性能、高可靠性的智能型調(diào)節(jié)儀表，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工、陶瓷、輕工、冶金、石化、熱處理等行業(yè)的溫度、流量、壓力、液位等的自動(dòng)控制系統(tǒng)。3“銅康銅”熱電偶溫度為100時(shí)，其溫差電動(dòng)勢(shì)約為4.0mV，若精度要求不高，可直接用20mV數(shù)字電壓表代

11、替UJ36型攜帶式直流電位差計(jì)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1 熱電偶的冷端固定于0，WHT-3型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀采用電子補(bǔ)償，使冷端始終保持在0。2 測(cè)定熱電偶當(dāng)熱端處于以下溫度值時(shí)的熱電勢(shì)1）水的冰點(diǎn)，即0，將熱電偶的熱端放在冰水瓶里。2）常溫下水的溫度，將熱電偶的熱端放在盛水燒杯里。3）50.0左右，將熱電偶的熱端放在A盤小孔里，然后PID控溫設(shè)定在50.0，將控制方式置“自動(dòng)”，加熱器將會(huì)把銅盤自動(dòng)加熱到50.0。4）PID控溫分別設(shè)定在55.0、60.0、65.0、70.0、75.0、80.0、85.0，（由于PID顯示溫度已經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)可代替標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)），測(cè)出相應(yīng)的熱電勢(shì)。 3 如果精度要求不高，

12、也可以用電位差計(jì)測(cè)熱電勢(shì)，WHT-3導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀設(shè)有外接電位差計(jì)插孔，位于“特性測(cè)量與分析”的位置。將外接線的一端插入外接電位差計(jì)插孔中，另一端的兩個(gè)接線叉對(duì)應(yīng)接到UJ36電位差計(jì)的“未知”正、負(fù)接線柱上。當(dāng)使用外接電位差計(jì)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，熱電偶的冷端應(yīng)放在冰水瓶中，此時(shí)，應(yīng)檢查冰水瓶?jī)?nèi)的水面是否有冰塊。按電位差計(jì)使用方法測(cè)量熱電勢(shì)E。當(dāng)T=T0時(shí)，E應(yīng)為零。若儀器指示不為零或超過(guò)最小分度一格，應(yīng)對(duì)該儀器進(jìn)行校準(zhǔn)；小于一格時(shí)，可記下這個(gè)讀數(shù)，作為零點(diǎn)訂正值。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析1記錄熱電偶定標(biāo)數(shù)據(jù)序號(hào)12345678T()5055606570758085E(mV)2.3132.5082.7142.9213.1273.3353.5453.758E(mV)2.3202.5202.7202.9293.1293.3473.5453.758平均（MV）2.3132.5142.7172.9253.1283