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?！緦嶒?zāi)康摹繉W(xué)會用直流電橋法測量熱電阻；測惺PT100電阻的溫度特性；了解溫度傳感器的原理和應(yīng)用?！緦嶒瀮x器】FB716-I型物理設(shè)計性(熱學(xué))實驗裝置1套?！緦嶒炘怼?. Pt100鉑電阻溫度傳感器：Pt100伯電阻是一種利用伯金屬導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性制成的溫度傳感器。伯的 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。

2、因此伯電阻大多用于工業(yè)檢測中的精密測溫和作為溫度標(biāo)準(zhǔn)。顯著的缺點是高質(zhì)量 的伯電阻價格十分昂貴，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IEC標(biāo)準(zhǔn)，伯電阻的測溫范圍為-200C650 C。每百度電阻比 W(100) = 1.3850，當(dāng) R0 =100。時，稱為 Pt100 伯電阻，R0 =10。時，稱為 Pt10 伯 電阻。其允許的不確定度A級為：土 (0.15C + 0.002 t|)。B級為：土 (0.3C + 0.05 |t|)。伯電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系,當(dāng)溫度t = -200C0C之間時，其關(guān)系式為：R = R 1 + At + Bt 2 + C(t -

3、 100C)t 3 J(1)當(dāng)溫度在t = 0650C之間時關(guān)系式為：R = R (1 + At + Bt2)(2)(1)、(2)式中RR0分別為舶電阻在溫度tC, 0C時的電阻值，A, B, C為溫度 系數(shù)，對于常用的工業(yè)伯電阻：A = 3.90802 x 10-3（C） -1B = 5.80195 x 10-7（OC） -iC = -4.27350 x 10-12（OC） -1在0OC100C范圍內(nèi)R的表達(dá)式可近似線性為：R = R （1 + At）（3）tt 01（3）式中A溫度系數(shù)，近似為3.85x 10-3（C）-1, Pt100伯電阻的阻值，其0C時，R = 100Q ；而 100

4、C 時 R =138.5?！緦嶒瀮?nèi)容】 按圖連接好實驗線路。圖中R1和R2都為10KQ的電阻，R3為電阻箱，V 為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。用導(dǎo)線連接溫度控制儀的內(nèi)、外控的插孔。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0C，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0C，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10C，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

5、“加熱”)，控溫 系統(tǒng)每隔10C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度設(shè)置為100C。以上結(jié)果均記錄在表一中?！咀⒁馐马棥繙乜貎x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1015min左右，務(wù)必耐 心等待。電路連接好后，一定要先仔細(xì)檢查再通電?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】2.計算（3）式中的A值?！靖戒浺弧縁B716- I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

6、的溫度特性進行測試外，增加了多種最常用的溫度 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1.數(shù)字毫伏表輸入插座史蟲.數(shù)字毫伏表量程切換按鈕開關(guān);，.滂量電壓顯示盲口;4.溫度外接控制開關(guān)商加蕙工作指示;2.致冷工作指示.加熱、致冷功能切換; &加熱、致冷功率調(diào)節(jié);。.控溫茂置按鈕）。.加蕙井風(fēng)冷開關(guān);11.設(shè)置溫度顯示； 3.實際溫度顯示;13.致冷井；14.加熱井口5.九孔實驗被；W備種元器件。圖1FB716-I型物理設(shè)計性（熱

7、學(xué)）實驗裝置照片二、主要技術(shù)指標(biāo)HJK100溫度控制儀：輸入工作電源：AC 220V 土 10% 50Hz ；輸出加熱井、致冷井工作電壓： 24V ；加熱井溫控范圍：室溫100C，有強制風(fēng)冷功能；致冷井溫控范圍：室溫0C (室溫不高于30C )；可進行外部溫度控制(僅適用于加熱井控制)；四位半數(shù)字電壓表量程可切換：檔0 200.0mV，分辨率0.1mV ；(最大可測2V )檔0 2000mV，分辨率1mV ；(最大可測20V )九孔實驗板：300 x 297 mm ；溫度傳感器：PT100鉑電阻溫度傳感器；Cu50銅電阻溫度傳感器；PN結(jié)溫度傳感器；LM35電壓型溫度傳感器；AD590集成電路

8、型溫度傳感器；PTC正溫度系數(shù)熱敏電阻溫度傳感器；NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度傳感器；銅-康銅熱電偶溫度傳感器。運算放大器等元器件一批。士 12V工作電源(用戶選購)。三、實驗裝置的使用測量各種溫度傳感器的溫度特性：按相應(yīng)的實驗線路圖，在元件箱中選取合適的元器件；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；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HJK100 溫度控制儀的K1兩個插孔用導(dǎo)線短接，溫控儀才能正常工作)根據(jù)需要溫度，設(shè)置好加熱井或致冷井溫度；將不同溫度下測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。組裝溫度測試儀表和溫度控

9、制裝置：按相應(yīng)的實驗線路圖，在元件箱中選取合適的元器件；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HJK100的數(shù)字電壓表輸入端)；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HJK100 溫度控制儀的K1兩個插孔用導(dǎo)線短接，溫控儀才能正常工作)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0C，當(dāng)溫度到達(dá)0C時， 調(diào)節(jié)實驗線路中的0C設(shè)置旋鈕，使數(shù)字電壓表讀數(shù)為0mV。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100C，當(dāng)溫度到達(dá) 100C時，調(diào)節(jié)實驗線路中的100C校正旋鈕，使數(shù)字電壓

10、表讀數(shù)為1000mV。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。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HJK100溫度控制儀的K1兩個插孔中，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80C (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縋ID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)。控制器面板布置圖： 例如需要設(shè)置加熱溫度為30C，具體操作步驟如下：實溫度顯示 | 口口口口 | AT PV 設(shè)置溫度顯示一|BBBB|5F設(shè)置位移上調(diào)F調(diào)。 O 。圖1 HD溫度控制器面板布置圖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)