内容编辑热电偶的制作与标定
一• 目的
了解热电偶温度计的工作原理，学会焊接镍铬—考铜或铜—康铜热电偶的方法，并学会热电偶的标定。
二• 热电偶温度计原理、焊接及标定
1• 热电偶温度计工作原理
测温用的温度计大致可以分为下列五类：膨胀式温度计（如水银温度计）、压力表式温度计（如充氮气温度计）、电阻温度计（如铂电阻温度计），热电偶温度计（如铂铑 10 —铂热电偶、镍铬—镍硅热电偶）、辐射式温度计（如光学高温计）。其中热电偶温度计由于在测温中有较高的准确度，所以在工农业生产和科研工作中都广泛地使用。
由两种不同性质地线或合金丝 A 与 B ，连接组成一个闭合回路称之为热电偶，如图 1 所示。 A 、 B 叫做热电极。如果使两个接点 1 、 2 处于不同地温度，回路中就会产生热电势 E ，这一现象称为热电效应，早在 1821 年由塞贝克（ Seebeck ）所发现，所以又称之为塞贝克效应。热电偶就是基于这一效应来测量温度的。
热电偶的闭合回路中所产生的热电势 E 12 只与热电偶的两种材料的性质和两端的温度有关，与金属丝的长度、截面大小无关。当热电偶材料一定时，则热电势 E 12 就只与热电偶两端温度 t 和 t 0 有关，即 E 12 ＝（ t ， t 0 ）。如果参考端（又称冷端）的温度 t 0 保持不变，则两端之间热电势 E 12 的大小就可以用来表示测量端（又称热端） 1 的温度高低。通常将热电偶的冷端放在装有冰水共存的保温瓶中，使其 t 0 恒温于 0 ℃ 。
2• 热电偶的焊接
热电偶的测量端与参考端都是由两种金属焊接制成的。为减小传热误差和滞后，焊接点宜小，其直径应不超过两倍金属丝的直径。焊接的方法可以采用点焊、对焊，如图 2a 和 b 所示。也可以把两个热电偶绞缠在一起再焊，称为绞状点焊，如图 2c 所示，但绞缠圈数不宜超过 2-3 圈。
热电偶的两热电极要很好地绝缘，以防短路。如果热电偶地金属是裸线，通常都要用绝缘管套在导线上进行绝缘，聚乙烯或聚四氟乙烯都是在常温范围内采用绝缘管材料。
热电极的极性是这样确定的，测量端失去电子的热电极为正极，得到电子的热电极为负极。在热电势符号 E AB (t ， t 0 ) 中规定列在Shou位的是正极，列在第二位的是负极。如铜—康铜热电偶，正极是铜，负极是康铜；又始铂铑 10 —铂热电偶，正极是铂铑合金，负极是纯铂。
3• 热电偶温度计的标定
由于实验室使用的热电偶材料不一定完全符合标准化文件所规定的材料及其化学成分，因此它的热电性质和允许偏差就不能与统一的热电偶分度表相一致。为此一般实验室所使用的热电偶是属于非标准化热电偶，它的分度必须由测温工作者自己标定。标定热电偶就是把放置在同一热源处的标准温度计与热电偶反映出来的热电势一一对应起来，绘制称 mv － t 曲线写成 mv-t 对照表格。
热电偶温度计是以热电势的大小来测量某一物体的温度的，因此热电偶温度计总是由热电偶、电测仪表和连接导线三个部分所组成。其中电测仪表可以采用毫伏计和电位差计，用毫伏计测量热电势虽然很方便，但是它的读数受环境温度和线路的影响较大，测量准确度不高，不宜用于精密测量中。而用电位差计可避免上述原因而产生的误差，因此用电位差计测量热电势的方法在实验室和工业生产中得到广泛的应用。电位差计测量热电势的工作原理是：用一个已知的标准电压与被测电势相比较，平衡时二者之差值为零，被测电势就等于已知的标准电压，这种测量法称为零值法。
三• 标定热电偶温度计的线路图
图 3 示出热电偶和连接导线之间与正负极之间线路的连接。实验室用的手动电位差计采用直流分压线路，图 4 示出手动电位差计的原理线路。图中标准电池 E N ，标准电阻 R N 及检流计 G 组成的回路都示用来校准工作电流 I 1 的。校准工作电流时将转换开关 K 接向“标准”位置，然后调整 R S 以改变 I1 的大小，知道 I 1 R N =E N 时，检流计 G 的指针指零。因为标准电池的电势 E N 是恒定的， R N 是用锰铜丝绕制的标准电阻，其值也是不变的，所以当检流计 G 的指针指零时， I 1 就符合规定的标准值，这个操作过程通常称“工作电流标准化”。因此在使用电位差时，Shou先应进行“工作电流标准化”，即将转换开关接向“标准”位置，调整 R S ，使检流计指零。然后将转换开关接向“测量”位置，调整 B 点位置，使检流计指针再指在零的位置，此时 B 的位置就指出被测电势的大小。
由于标准电池和标准电阻的准确度都很高，加上应用了高灵敏度的检流计，所以电位差计可以得到较高的测量准确度。
四• 实验步骤
1• 先将热电偶材料上的绝缘漆用零号纱纸擦去，然后将端部扭成铰链状，浸入氯化钾溶液杯中通电焊接，电压一般不宜过高，大致在 100 伏左右。焊接电压的大小可用调压变压器来调节，直至出电火花，使两种金属材料的端部焊牢并形成一个小圆球。
2• 将焊接完善的热电偶接入标定装置中去（参考图 3 和图 4 ）。然后将测量端置于恒温热源处，此时恒热源中应插一支标准水银温度计，以便读取恒温热源的确切温度，与此同时应使电位差计的工作电流标准化，然后再将开关 K 接向“测量”位置，以读取热电势的 mv 数值。
3• 改变恒温热源的温度，并重复实验步骤 2 的工作，使测量端的温度从室温起每隔一定温度改变一次。总的点数Zui好不少于 5 ，将每一次的热源温度数值和毫伏数值记录下来。
4• 通过热电偶的分度表计算相应的温度并计算测量误差。
五• 实验记录
使用仪器的型号及量程
热电偶采用的金属材料的名称及线径 d ：
实验数据记录及数据处理表
原始
数据
水银温度计读数（ 0 C ）
电位差计读数 (mV)
计算
结果
热电偶计算温度（ 0 C ）
绝对误差（ 0 C ）
六• 实验报告内容
1• 实验记录
2• 实验数据处理
3• 试讨论下列一些问题
（1） 计算的热电偶温度值是否与水银温度计读数一致，如不一致其原因何在？
（2） 铜—康铜热电偶和镍铬—考铜热电偶哪一种产生较高的热电势。
七• 参考资料
热工测量及仪表 p.22 — 43，p.255 ，南京工学院吴永生等编。
了解热电偶温度计的工作原理，学会焊接镍铬—考铜或铜—康铜热电偶的方法，并学会热电偶的标定。
二• 热电偶温度计原理、焊接及标定
1• 热电偶温度计工作原理
测温用的温度计大致可以分为下列五类：膨胀式温度计（如水银温度计）、压力表式温度计（如充氮气温度计）、电阻温度计（如铂电阻温度计），热电偶温度计（如铂铑 10 —铂热电偶、镍铬—镍硅热电偶）、辐射式温度计（如光学高温计）。其中热电偶温度计由于在测温中有较高的准确度，所以在工农业生产和科研工作中都广泛地使用。
由两种不同性质地线或合金丝 A 与 B ，连接组成一个闭合回路称之为热电偶，如图 1 所示。 A 、 B 叫做热电极。如果使两个接点 1 、 2 处于不同地温度，回路中就会产生热电势 E ，这一现象称为热电效应，早在 1821 年由塞贝克（ Seebeck ）所发现，所以又称之为塞贝克效应。热电偶就是基于这一效应来测量温度的。
热电偶的闭合回路中所产生的热电势 E 12 只与热电偶的两种材料的性质和两端的温度有关，与金属丝的长度、截面大小无关。当热电偶材料一定时，则热电势 E 12 就只与热电偶两端温度 t 和 t 0 有关，即 E 12 ＝（ t ， t 0 ）。如果参考端（又称冷端）的温度 t 0 保持不变，则两端之间热电势 E 12 的大小就可以用来表示测量端（又称热端） 1 的温度高低。通常将热电偶的冷端放在装有冰水共存的保温瓶中，使其 t 0 恒温于 0 ℃ 。
2• 热电偶的焊接
热电偶的测量端与参考端都是由两种金属焊接制成的。为减小传热误差和滞后，焊接点宜小，其直径应不超过两倍金属丝的直径。焊接的方法可以采用点焊、对焊，如图 2a 和 b 所示。也可以把两个热电偶绞缠在一起再焊，称为绞状点焊，如图 2c 所示，但绞缠圈数不宜超过 2-3 圈。
热电偶的两热电极要很好地绝缘，以防短路。如果热电偶地金属是裸线，通常都要用绝缘管套在导线上进行绝缘，聚乙烯或聚四氟乙烯都是在常温范围内采用绝缘管材料。
热电极的极性是这样确定的，测量端失去电子的热电极为正极，得到电子的热电极为负极。在热电势符号 E AB (t ， t 0 ) 中规定列在Shou位的是正极，列在第二位的是负极。如铜—康铜热电偶，正极是铜，负极是康铜；又始铂铑 10 —铂热电偶，正极是铂铑合金，负极是纯铂。
3• 热电偶温度计的标定
由于实验室使用的热电偶材料不一定完全符合标准化文件所规定的材料及其化学成分，因此它的热电性质和允许偏差就不能与统一的热电偶分度表相一致。为此一般实验室所使用的热电偶是属于非标准化热电偶，它的分度必须由测温工作者自己标定。标定热电偶就是把放置在同一热源处的标准温度计与热电偶反映出来的热电势一一对应起来，绘制称 mv － t 曲线写成 mv-t 对照表格。
热电偶温度计是以热电势的大小来测量某一物体的温度的，因此热电偶温度计总是由热电偶、电测仪表和连接导线三个部分所组成。其中电测仪表可以采用毫伏计和电位差计，用毫伏计测量热电势虽然很方便，但是它的读数受环境温度和线路的影响较大，测量准确度不高，不宜用于精密测量中。而用电位差计可避免上述原因而产生的误差，因此用电位差计测量热电势的方法在实验室和工业生产中得到广泛的应用。电位差计测量热电势的工作原理是：用一个已知的标准电压与被测电势相比较，平衡时二者之差值为零，被测电势就等于已知的标准电压，这种测量法称为零值法。
三• 标定热电偶温度计的线路图
图 3 示出热电偶和连接导线之间与正负极之间线路的连接。实验室用的手动电位差计采用直流分压线路，图 4 示出手动电位差计的原理线路。图中标准电池 E N ，标准电阻 R N 及检流计 G 组成的回路都示用来校准工作电流 I 1 的。校准工作电流时将转换开关 K 接向“标准”位置，然后调整 R S 以改变 I1 的大小，知道 I 1 R N =E N 时，检流计 G 的指针指零。因为标准电池的电势 E N 是恒定的， R N 是用锰铜丝绕制的标准电阻，其值也是不变的，所以当检流计 G 的指针指零时， I 1 就符合规定的标准值，这个操作过程通常称“工作电流标准化”。因此在使用电位差时，Shou先应进行“工作电流标准化”，即将转换开关接向“标准”位置，调整 R S ，使检流计指零。然后将转换开关接向“测量”位置，调整 B 点位置，使检流计指针再指在零的位置，此时 B 的位置就指出被测电势的大小。
由于标准电池和标准电阻的准确度都很高，加上应用了高灵敏度的检流计，所以电位差计可以得到较高的测量准确度。
四• 实验步骤
1• 先将热电偶材料上的绝缘漆用零号纱纸擦去，然后将端部扭成铰链状，浸入氯化钾溶液杯中通电焊接，电压一般不宜过高，大致在 100 伏左右。焊接电压的大小可用调压变压器来调节，直至出电火花，使两种金属材料的端部焊牢并形成一个小圆球。
2• 将焊接完善的热电偶接入标定装置中去（参考图 3 和图 4 ）。然后将测量端置于恒温热源处，此时恒热源中应插一支标准水银温度计，以便读取恒温热源的确切温度，与此同时应使电位差计的工作电流标准化，然后再将开关 K 接向“测量”位置，以读取热电势的 mv 数值。
3• 改变恒温热源的温度，并重复实验步骤 2 的工作，使测量端的温度从室温起每隔一定温度改变一次。总的点数Zui好不少于 5 ，将每一次的热源温度数值和毫伏数值记录下来。
4• 通过热电偶的分度表计算相应的温度并计算测量误差。
五• 实验记录
使用仪器的型号及量程
热电偶采用的金属材料的名称及线径 d ：
实验数据记录及数据处理表
原始
数据
水银温度计读数（ 0 C ）
电位差计读数 (mV)
计算
结果
热电偶计算温度（ 0 C ）
绝对误差（ 0 C ）
六• 实验报告内容
1• 实验记录
2• 实验数据处理
3• 试讨论下列一些问题
（1） 计算的热电偶温度值是否与水银温度计读数一致，如不一致其原因何在？
（2） 铜—康铜热电偶和镍铬—考铜热电偶哪一种产生较高的热电势。
七• 参考资料
热工测量及仪表 p.22 — 43，p.255 ，南京工学院吴永生等编。
