熱學設(shè)計性實驗

1、熱學設(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用更是十分廣泛的。【實驗目的】1.學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用。【實驗儀器】型物理設(shè)計性（熱學）實驗裝置1套。【實驗原理】1鉑電阻溫度傳感器：鉑電阻是一種利用鉑金屬導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)、化學性質(zhì)都非常穩(wěn)定，抗氧化能力強，復制性好，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準。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。按標準，鉑電阻的測溫范圍為。每百度電阻比，當時，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,當溫度之間時，其關(guān)系式為： （1）當溫度在之間時關(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?！緦嶒瀮?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，一定要先仔細檢查再通電?！緮?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）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用的實驗功能，使學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用的方法和技能，更大地提高學生的學習興趣，更有利于培養(yǎng)學生的實際動手能力。一、實驗裝置二、主要技術(shù)指標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，當溫度到達時，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，當溫度到達時，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，取代短接導線接到溫度控制儀的兩個插孔中，適當調(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。當溫度到達“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。【附錄二】 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，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：若學生不慎按設(shè)定鍵時間長達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，儀器將自動恢復溫控狀態(tài)