熱學(xué)設(shè)計性實驗

1、熱學(xué)設(shè)計性實驗之一用直流電橋法測量Pt100金屬電阻的溫度特性 “溫度”是一個重要的熱學(xué)物理量，它不僅和我們的生活環(huán)境密切相關(guān)，在科研及生產(chǎn)過程中，溫度的變化對實驗及生產(chǎn)的結(jié)果也是至關(guān)重要的，所以溫度傳感器的應(yīng)用更是十分廣泛的。【實驗?zāi)康摹?.學(xué)會用直流電橋法測量熱電阻；2. 測量PT100電阻的溫度特性；3.了解溫度傳感器的原理和應(yīng)用。【實驗儀器】型物理設(shè)計性（熱學(xué)）實驗裝置1套?！緦嶒炘怼?鉑電阻溫度傳感器：鉑電阻是一種利用鉑金屬導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性制成的溫度傳感器。鉑的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定，抗氧化能力強，復(fù)制性好，容易批量生產(chǎn)，而且電阻率較高。因此鉑電阻大多用于工業(yè)檢測中的

2、精密測溫和作為溫度標(biāo)準(zhǔn)。顯著的缺點是高質(zhì)量的鉑電阻價格十分昂貴，并且溫度系數(shù)偏小，由于其對磁場的敏感性，所以會受電磁場的干擾。按標(biāo)準(zhǔn)，鉑電阻的測溫范圍為。每百度電阻比，當(dāng)時，稱為鉑電阻，時，稱為鉑電阻。其允許的不確定度級為：。級為：。鉑電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系,當(dāng)溫度之間時，其關(guān)系式為： （1）當(dāng)溫度在之間時關(guān)系式為： （2）（1）、（2）式中分別為鉑電阻在溫度時的電阻值，為溫度系數(shù)，對于常用的工業(yè)鉑電阻：在范圍內(nèi)的表達(dá)式可近似線性為： （3） （3） 式中溫度系數(shù)，近似為，鉑電阻的阻值， 其時，；而時。【實驗內(nèi)容】（1）按圖連接好實驗線路。圖中R1和R2都為10K的電阻，R3為電阻箱， 為

3、溫度控制儀上的毫伏表。用直流穩(wěn)壓、恒流電源給電路提供3V的電壓。（2）用導(dǎo)線連接溫度控制儀的內(nèi)、外控的插孔。（3）在環(huán)境溫度高于攝氏度零時，先將溫度控制儀的溫度設(shè)置為0，并將溫度控制旋鈕旋至“致冷”，然后把溫度傳感器Pt100放入致冷井中，直至其溫度降到0，調(diào)節(jié)電阻箱使輸出電壓為零，使電橋平衡，記錄此時的R3的值。接下來，每隔10，調(diào)節(jié)電阻箱使輸出電壓為零，使電橋平衡，記錄當(dāng)時的R3的值，直到待測溫度高于環(huán)境溫度后，把溫度傳感器轉(zhuǎn)移到加熱干井中，然后開啟加熱器（將溫度控制旋鈕旋至“加熱”），控溫系統(tǒng)每隔10設(shè)置一次，待控溫穩(wěn)定2min后，調(diào)節(jié)電阻箱，記錄電橋平衡時的R3的值。一直測到加熱井的溫

4、度設(shè)置為100。以上結(jié)果均記錄在表一中。 【注意事項】1溫控儀溫度穩(wěn)定地達(dá)到設(shè)定值所需要的時間較長，一般需要左右，務(wù)必耐心等待。2電路連接好后，一定要先仔細(xì)檢查再通電。【數(shù)據(jù)記錄與處理】表一 溫度特性測試數(shù)據(jù)表格 0102030405060708090100 1. 畫出溫度特性曲線圖。2. 計算（3）式中的A值?！靖戒浺弧縁B716-型物理設(shè)計性（熱學(xué)）實驗裝置使用說明書 一般溫度傳感器實驗儀的功能都局限于通過實驗過程，測量并了解溫度傳感器的溫度特性，而對溫度傳感器的應(yīng)用，往往只是一筆帶過。針對這一狀況，本公司開發(fā)的該款實驗裝置，除了可完成對多種溫度傳感器的溫度特性進行測試外，增加了多種最常用

5、的溫度傳感器的實際應(yīng)用的實驗功能，使學(xué)生在了解溫度傳感器特性的基礎(chǔ)上，通過組裝溫度測試儀表和溫度控制裝置，了解并掌握其實際應(yīng)用的方法和技能，更大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力。一、實驗裝置二、主要技術(shù)指標(biāo)1溫度控制儀：（1）輸入工作電源：；（2）輸出加熱井、致冷井工作電壓：；（3）加熱井溫控范圍：室溫，有強制風(fēng)冷功能；（4）致冷井溫控范圍：室溫（室溫不高于）；（5）可進行外部溫度控制（僅適用于加熱井控制）；（6）四位半數(shù)字電壓表量程可切換： 檔 ，分辨率；（最大可測） 檔 ，分辨率；（最大可測）2九孔實驗板：；3溫度傳感器：（1）鉑電阻溫度傳感器；（2）銅電阻溫度傳感器；

6、（3）結(jié)溫度傳感器；（4）電壓型溫度傳感器；（5）集成電路型溫度傳感器；（6）正溫度系數(shù)熱敏電阻溫度傳感器；（7）負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度傳感器；（8）銅-康銅熱電偶溫度傳感器。4運算放大器等元器件一批。5工作電源（用戶選購）。三、實驗裝置的使用1. 測量各種溫度傳感器的溫度特性：（1）按相應(yīng)的實驗線路圖，在元件箱中選取合適的元器件；（2）把元器件合理分布在九孔實驗板上，用導(dǎo)線或短路片連接成實際實驗線路；（3）根據(jù)需要溫度,把溫度傳感器插入加熱井或致冷井；（在溫控儀內(nèi)控時，必須把溫度控制儀的兩個插孔用導(dǎo)線短接，溫控儀才能正常工作）（4）根據(jù)需要溫度,設(shè)置好加熱井或致冷井溫度；（5）將不同溫度下測

7、量到的傳感器的輸出數(shù)據(jù)逐一記錄到表格中，待數(shù)據(jù)處理。2組裝溫度測試儀表和溫度控制裝置：（1）按相應(yīng)的實驗線路圖，在元件箱中選取合適的元器件；（2）把元器件合理分布在九孔實驗板上，用導(dǎo)線或短路片連接成實際實驗線路（這時候要把實驗線路中的“溫度指示”接到的數(shù)字電壓表輸入端）；（3）根據(jù)需要溫度,把溫度傳感器插入加熱井或致冷井；（在溫控儀內(nèi)控時，必須把溫度控制儀的兩個插孔用導(dǎo)線短接，溫控儀才能正常工作）（4）先把傳感器插入致冷井中，用內(nèi)部控溫把致冷井溫度調(diào)節(jié)到，當(dāng)溫度到達(dá)時，調(diào)節(jié)實驗線路中的設(shè)置旋鈕，使數(shù)字電壓表讀數(shù)為。（5）再把傳感器插入加熱井中，用內(nèi)部控溫把致冷井溫度調(diào)節(jié)到，當(dāng)溫度到達(dá)時，調(diào)節(jié)實

8、驗線路中的校正旋鈕，使數(shù)字電壓表讀數(shù)為。（6）由于采用的溫度傳感器溫度特性均為線性，所以經(jīng)兩端校正，即成為一個數(shù)字式溫度計。（7）在已組裝好的溫度測量儀表的基礎(chǔ)上，只要把實驗線路的繼電器的常開觸點，取代短接導(dǎo)線接到溫度控制儀的兩個插孔中，適當(dāng)調(diào)節(jié)實驗線路中的溫控設(shè)置，即可通過外控方式控制加熱井的溫度。例如，我們把溫控設(shè)置（由于自制溫控裝置尚無讀數(shù)，所以只是估計數(shù)），那么，當(dāng)溫度傳感器測得加熱井中的實際溫度低于該設(shè)置值，線路將導(dǎo)通，使繼電器吸合，它的常開觸點閉合，加熱井電源接通，開始加熱升溫。當(dāng)溫度到達(dá)“設(shè)置值”時，電路反轉(zhuǎn)，切斷了繼電器回路，常開觸點開路，加熱井電源切斷，停止加熱。注意：由于外部控制與內(nèi)部控制是串聯(lián)的，所以外部控溫設(shè)置不能超過內(nèi)部設(shè)置值?！靖戒浂?智能溫度控制器使用說明該控制器是一種高性能?？煽亢玫闹悄苄驼{(diào)節(jié)儀表，廣泛使用于機械化工、陶瓷、輕工、冶金、熱處理等行業(yè)的溫度、流量、壓力、液位自動控制系統(tǒng)?？刂破髅姘宀贾脠D：例如需要設(shè)置加熱溫度為，具體操作步驟如下：1先按設(shè)置0.5秒,進入溫度設(shè)置。(注：若學(xué)生不慎按設(shè)定鍵時間長達(dá)5秒，出現(xiàn)進入第二設(shè)定區(qū)符號，這時只要停止操作5秒，儀器將自動恢復(fù)溫控狀態(tài)