实验指导书-总1.doc

目 录实验一 雷诺实验1实验二 柏努利方程仪实验4实验三 毕托管测速实验11实验四 水的汽化热测量实验22实验五 空气比热容比的测定25实验六 冷却法测量金属的比热容29实验七 导热系数的测定33实验八 金属线膨胀系数的测定38实验九 温度传感器热电偶测温实验43实验十 霍尔式传感器直流激励特性45实验十一 湿敏传感器湿敏电阻实验46实验十二 供热管网水压图实验47实验十三 热水供暖循环系统实验51实验十四 气象条件的测定54实验十五 空调过程实验装置(空气调节系统模型) 56实验十六 制冷压缩机性能测试实验58实验十七 套管式换热器性能测试62实验十八 列管式换热器性能测试66实验十九 管壳式换热器的结构型式实验70实验二十 煤的发热量的测定71实验二十一 锅炉热平衡计算73实验二十二 旋风除尘器性能测定74实验二十三 温度单闭环实验79实验二十四 流量单闭环实验82实验二十五 传热系数测定及自控控制实验85实验二十六 太阳能热水系统实验93实验二十七 能源系统远程测控实验95实验二十八 地源热泵空调系统试验96实验二十六 水汽热能全流程半实物仿真系统实验98实验一 雷诺实验一、 实验目的1. 观察层流、紊流的流态及其相互转换的过程；2. 描述层流及紊流的水力特征。二、 基本原理 （1-1）其中：Re - 雷诺数V - 流速D - 管径- 密度g - 重力加速度Q - 流量三、 实验装置实验主界面如下图所示：四、 实验步骤和操作要点进入实验后首先要打开进水阀门。在输入框输入0-100的数字，也可以通过点击上下按钮调节阀门开度。按回车键完成输入，按ESC键取消输入。循环水打开后，还应打开红墨水阀门。 然后再打开排水阀并察看流量。点击玻璃管，通过弹出的录像查看流体的流动状态。手动记录实验数据。调节不同流量，多次记录排水阀不同开度下的流量。五、 数据处理打开画面左边的数据处理，手动在表格中输入数据。下面是未经计算的原始数据记录界面：对测量数据进行计算。 实验二 柏努利方程实验一、 实验目的：1、 通过实测静止和流动的流体中各项压头及相互转换验证流体静力学原理和柏努利方程。2、 通过实测流速的变化和与之相适应的压头损失的变化确定两者之间的关系。二、 基本原理：流动的流体具有三种机械能：位能，动能和静压能，这三种能量可以相互转换。在没有摩擦损失且不输入外功的情况下，流体在稳定流动中流过的各界面上的机械能总和是相等的。在有摩擦而没有外功输入时，任意两截面间的机械能的差即为摩擦损失。机械能可用测压管中液柱的高度来表示，当活动测头的小孔正对水流动方向时，测压管中的液柱高度即为总压头（即动压头，静压头与位压头的和）。当活动测头的小孔轴线垂直于水流方向时，测压管中液柱的高度为静压头与位压头之和。所以若令位压头（所测管截面的中心与仪器角铁表面的垂直距离）为，静压头为，动压头为，总压头为。则： （2-1） （2-2） （2-3）三、 实验装置：设备说明：该柏努利方程仪由图示的高位水槽供水，为简化界面，突出显示管路状况，省略了和实验操作关系不大的供水泵和储水槽。高位水槽通过溢流口保证水位的恒定。整套装置的测量基准面为地面。高位水槽水位离地面的高度为0.90m，第一号管入口位置为0.5m 。四、 操作步骤（一）、选择管型1、 进入主界面（或完成一种管路的实验，点击重置按钮）后，鼠标移动到各个管段时会自动弹出下拉管型菜单，如下图所示：2、 单击你想要用的管型，该管自动安装到对应的管段位置。（二）、开始实验完成管路选型后，点击按钮，进入实验状态，此时不能再对管路进行选择。1、 验证流体静力学原理点击如图的管路流水入口开关阀，打开入口开关：管路充满水后，在出口流量调节阀开度为0时对比各测压管的液柱高度：观察测压管液柱高度手动或点击自动记录按钮记录数据。2、 观察流体流动时的各压头相互转换点击出口流量调节阀调节阀门开度观察测压孔正对流动方向和垂直流动方向时的液柱高度：点击如图的扳转开关，可以看到放大的测压孔图：图示为正对流动方向时扳转开关的位置：垂直流动方向时，扳转开关的位置（点击扳转开关可以相互切换）：3、 观察和记录压头损失（1）、打开出口阀（小流量,开度为10左右），并且使各测头的小孔正对流动的方向。在测压管上读取每个测压点的总压头，并记录实验数据。（2）、开大出口阀（开度80），读取各测压管的指示值（如有自动记录功能则可以自动记录）。（3）、动静压头和位压头的相互转化在一定流量下测取测压管测头小孔正对水流向时的指示值（hag）以及小孔轴线垂直于水流时的指示值(hper)。（三）、数据处理1、 原始数据：点击和可以切换到上一组或下一组数据（一个阀门开度下各管段的数据集合为一组）。（如果没有自动记录功能，则可以手动填入数据）2、 计算结果：点击可以对原始数据进行自动计算。（如果没有自动记录功能，在手动填入数据后依旧可以进行自动计算）3、 设备参数(在完成一种管路实验后，如果想选择别的管型，则可以先关闭入口阀，再点击后可以重新选择新的管型)实验三 毕托管测速实验一 实验目的1. 了解毕托管测速原理，掌握用毕托管测量流速的方法2. 测定管嘴淹没出流的测点流速和流速系数二 实验原理毕托管是由两根同心圆管组成（如图）。毕托管置于管道中，同心圆管的轴向与流动方向平行。内管前端敞开，开口正对流体流动方向；外管前端封死，而在离端点一定距离处开有几个小孔，流体在小孔旁流过。内外管的另一端伸到管路外部，与压差计相连接。对于某水平管路，流体以流速流近毕托管前端，由于毕托管内充满液体，在其前端A处形成了驻点，动压头在A处转化为静压头。这样，内管传递出的压头相当于动压头和静压头之和，一般称作冲压头。B点传递的压头则只是静压头。因此，压茶计的指示数R代表了A，B两处的压力之差。这样很容易的到如下关系式： （3-1）若所测流体的密度为，U型管压差计内充有密度为的指示液，其读数为，则可以导出： （3-2）这就是通过毕托管测定管内流速的基本原理和换算公式。通常校正系数=0.98-1.00。三 实验公式1 毕托管测速公式 （3-3）式中：毕托管测点处的点流速毕托管的校正系数毕托管总水头与测压管水头差2 管嘴出流速度公式 （3-4） （3-5）式中：测点处流速，由毕托管测定测点流速系数管嘴作用水头 （3-6）3 实验参数毕托管校正系数：1.001重力加速度：980 cm/s2四 实验设备如图，本实验的主要设备有自循环供水器、恒压水箱、毕托管和测压计组成。实验的主要流程如下图所示如图，水是由自循环供水器通过水泵抽上至水箱。水箱中由于存在稳水孔板，使得高位水箱的压力的变化稳定，当水箱中的液位高过逸流板的高度，水流则会通过管路回到供水器。另一方面，水流会通过水箱下部的管嘴进入低位水箱，在这里进行毕托管测速实验。测压计与水箱、毕托管的连接图如下：如图，测压管1显示高水箱位置水头，测压管2显示低水箱位置水头，测压管3显示测点的总水头，测压管4显示测压管水头。 水位调节阀示意图如下：如图，水位调节阀分为上、下2个水位调节阀，通过调节水位调节阀的开关，从而调节水箱溢流水位的高度。五 实验操作1请先登陆进入实验后，会出现“登录”对话框，如下图所示请认真填写班级、姓名、学号三项内容，这三项内容将被记录到实验报告文件当中。2毕托管测定测点流速和流速系数实验点击水泵的电源开关，启动水泵通过点击主界面上的调节器开关，打开流量调节器窗口,将阀度值调到70以上。在阀门开度栏中填入需要的阀门开度，或者点击上、下两个按钮，增大或者减小开度，然后在阀门窗体上点击鼠标右键或者窗体右上角的关闭按钮关闭窗体（注意：用窗体右上角的关闭按钮关闭窗体时，在开度栏中填入阀门开度将不被采用）。通过点击主界面上的测压计，打开测压计窗口。通过对不同的测压管，可以读取不同测压管的压力值。通过点击主界面上的水位调节阀，打开水位调节阀窗口。通过对水位调节阀和调速器开关的控制，可以获得不同的水位与相应的流速。同时通过调节水泵调速器开关保证溢流。点击主界面左侧的数据处理，可以进入实验报告部分，通过自动或手动添入数据进行计算。在实验报告部分，可以通过点击保存键对实验数据进行保存；可以通过点击加载键对实验数据进行加载；可以通过点击报表键，对实验数据进行打印。在数据处理方面，可以通过整行删除键实现对一行数据的删除。3毕托管测定流速分布实验选择测定流速分布实验点击水泵的电源开关，启动水泵。通过点击主界面上的调节器开关，打开流量调节器窗口,将阀度值调到70以上。在阀门开度栏中填入需要的阀门开度，或者点击上、下两个按钮，增大或者减小开度，然后在阀门窗体上点击鼠标右键或者窗体右上角的关闭按钮关闭窗体（注意：用窗体右上角的关闭按钮关闭窗体时，在开度栏中填入阀门开度将不被采用）。（1）测定垂向流速分布通过点击主界面上的毕托管，打开毕托管口。通过调节毕托管的位移值，可以得到不同位移值下的压力值。注意：记录数据的时候，不能关闭毕托管窗口，否则得不到相应位置的压力值。通过点击主界面上的测压计，打开测压计窗口。通过对不同的测压管，可以读取不同测压管的压力值。(2) 测定纵向流速分布通过点击主界面上的毕托管，打开毕托管口。通过调节毕托管的位移值，可以得到不同位移值下的压力值。注意：记录数据的时候，不能关闭毕托管窗口，否则得不到相应位置的压力值。通过点击主界面上的测压计，打开测压计窗口。通过对不同的测压管，可以读取不同测压管的压力值。点击主界面左侧的数据处理，可以进入实验报告部分，通过自动或手动添入数据进行计算。在实验报告部分，可以通过点击保存键对实验数据进行保存；可以通过点击加载键对实验数据进行加载；可以通过点击报表键，对实验数据进行打印。在数据处理方面，可以通过整行删除键实现对一行数据的删除。六 实验注意事项1 实验开始时，待上下游溢流后用吸气球放在测压管口抽吸，排除毕托管及连通管中的气体，待其中气体全部排除干净后方可进行实验。2 实验结束时，检查毕托管及连通管中是否有气体，若有，则需重新实验。实验四 水的汽化热测量实验一、实验目的1了解汽化热的含义和测量方法；2测量水的汽化热。二、实验仪器THQWH-1型水的汽化热测量实验仪（含实验对象）、物理天平或电子天平（自备） 本实验系统包括实验仪和实验对象两部分。如图1所示，加热器对汽化杯加热，使水达到沸腾状态。由于杯盖的存在，汽化杯中产生的水蒸汽经过出气管、进气管到达量热器，冷凝成水，放出的热量使量热器及其中的水温度升高。图1 水的汽化热测量系统结构图三、实验原理物质由液态向气态转化的过程称为汽化。液体内部动能大的分子飞离表面而成为分子，随着这些高速分子的溢出，液体的温度将要下降，若要保持液体温度不变，外界就要不断为其提供热量。单位质量的液体汽化时所吸收的热量就是该物质的汽化热。液体的汽化热不但和液体的种类有关，还和汽化时的温度有关，因为温度升高，液相分子和气相分子的能量差别将逐渐减小，因此温度升高，液体的汽化热减小。物质由气态转化为液态的过程称为凝结，凝结时将释放出在同一条件下汽化时所吸收的相同的热量，因此可以通过测量凝结时所放出的热量来测量该液体汽化时的汽化热。设有质量为m沸点温度为的蒸汽凝结成水并且温度降为，蒸汽放出的热量使量热器整体的温度从升至，则蒸汽放出的热量为，L为水在沸点时的汽化热，为水的比热容，而量热器整体吸收的热量为， 为量热器中原有水的质量。为内筒的质量，为内筒的比热容，为量热器整体的热容，如果搅拌器和温度传感器等的质量用水当量表示，则。在没有其他热损失的情况下： （4-1） （4-2）水的汽化热标准值为=0.216colg-1 c0=0.998colg-1量热器各部分配件的质量及比热容见下表：名称质量（g）材质比热容（calg-1-1）传感器7.41铜0.0921搅拌器、螺丝5.97不锈钢0.107本实验仪的水当量g四、实验步骤 1.将加热器加热开关逆时针旋转到底，实验仪和加热器接入电源。2.如图1所示，将汽化杯置于加热器上，往汽化杯中加入1/3容量的水，盖上杯盖，打开加热器开关对汽化杯加热，3.用天平测出量热器内筒质量。4.将常温下的水倒入量热器内筒中（约180克），用天平称量出量热器内筒的总质量。5. 将温度传感器和搅拌电缆与实验仪上“温度输入”“搅拌输出”连接好，如图1所示，将温度传感器、进气管安装好，按下搅拌开关，待温度显示稳定后记录水温。6.当水沸腾后，蒸汽从出气管喷出，移开杯盖。7.如图1所示，压下升降台，将量热器放在升降台上，其进气管套上出气管，盖上杯盖。让蒸气从进气管进入量热器的水中冷凝。8.观察水温变化，当水温约升高到高于6-7左右时将杯盖移开，并将加热器的开关关掉。继续搅拌，测出最高的温度值。9.用天平称出一张纸巾的质量,用该纸巾擦干搅拌器、温度传感器及进气管上带出的水，称出量热器内筒及水、纸巾的总质量。10.按实验步骤1-9重复做两次，将实验数据填入表1.五、数据处理表1 (g) (g) ()()(g)(g)水的汽化热L倒入量热器中水的质量为：。则凝结水的质量为：将以上数据代入式（4-2）中，水的沸点温度T取100，求出L1、L2、L3的值，并计算出平均值。六、注意事项1.接通电源前检查确定加热器的开关处于关闭状态。2.汽化杯盖移开时，先慢慢将杯盖的一侧抬起，使其杯盖底部凝结的水珠从另一侧流入汽化杯中，然后将汽化杯盖移走。3.在开始实验及重复实验前，用纸巾将量热器内筒及搅拌器擦干，防止其带入多余水分影响实验效果。实验五 空气比热容比的测定一、实验目的1.学习测量理想气体比热容比的原理和方法。2.测量空气的比热容比。二、实验仪器 实验台，温度计模块，空气比热容比实验仪。三、实验原理 气体的定压比热容与定容比热容之比称为气体的比热容比，用符号表示，它被称为气体的绝热系数，是一个很重要的参量，经常出现在热力学方程中。通过测量，可以加深对绝热、定容、定压、等温等热力学过程的理解。对于理想气体： （5-1） 其中， 为气体的普适常数。仪器结构如图1所示，以贮气瓶内的气体作为研究对象进行如下实验过程：图1 空气比热容比实验仪结构图1.首先打开气阀1、2，使贮气瓶与大气相通，然后关闭气阀1、2，瓶内充满与周围空气同温同压的气体。2.用气管分别将打气球和气阀1、气压计和气阀2连接起来，打开气阀1，用打气球向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭气阀1。此时瓶内原来的气体被压缩，压强增大，温度升高。等待内部气体温度稳定，即达到与周围温度平衡，此时气体处于状态3.将连接在气阀1上的气管取下，迅速打开放气阀，使瓶内的气体与大气相通，当瓶内压强降到时，立即关闭放气阀，将有体积为的气体喷泻出贮气瓶。由于放气过程较快，瓶内的气体来不及与外界进行热交换，可以认为是一个绝热过程。在此过程中作为研究对象的气体由状态转变为状态4.由于瓶内温度低于外界温度，所以瓶内气体慢慢的从外界吸热，直到达到外界温度为止，此时瓶内的压强也随之增大为，即稳定后的气体状态为。从状态到状态为等容吸热过程。气体的状态变化过程如图2所示：图2 气体的状态变化过程曲线为绝热过程，有绝热过程方程得： （5-2）为等温过程，由等温过程方程得： （5-3）由（5-2）（5-3）可得： （5-4）由（5-4）可以看出只要测得，就可以得空气的比热容比。如果由于环境的温度的变化我们测量到状态，我们可以把状态转化到状态，因为状态状态是等容过程，由等容过程方程知： （5-5）四、实验内容1.将“气动接头1”上的气管通过硅胶管到连接到“打气球”上，将“气动接头2”上的气管连接到实验台气压计的“输入”上。2.将连接到温度计模块的热力学温度计部分，并按照实验十二进行校准。3.将气阀1、2打开，用打气球缓慢的将一定量的气体压入贮气瓶内，此时气压计的显示为左右，关闭气阀1，等贮气瓶内气体稳定时记录下此时的压差和温度。4.迅速打开气阀1，当贮气瓶的空气压强降低到环境大气压强时（建议以放气声音消失时为准），迅速关闭气阀1，当贮气瓶内的温度和环境温度平衡时记录此时气体的压差和温度。5.重复上述步骤，测量5次并将实验数据记录在表1中。表1 压强与温度的实验数据五、实验报告1.测量实验室的大气压的数值（大气压力计实验室自备，也可直接采用标准大气压），计算出和的数值。2.如果实验过程中和相差比较大，就用（18-5）式将相转化到下的压强。3.用公式（5-4）进行计算，求得空气的比热容比的值，并与理论值做比较。理想空气绝热指数理论值为：。气压计是在大气压的基础上进行测量，因此，。六、注意事项1.由于数字电压表有滞后性，因此判断气压是否为不能以气压计的显示为准，经过多次实验测量，放气时间约为零点几秒，与放气声音消失基本一致，所以关闭气阀用听声音更可靠。实验在打开气阀1放气时，当听到放气声结束应迅速关闭气阀，提早或推迟关闭都将影响实验结果。2.实验要求环境温度基本保持不变，如果环境的温度发生了比较大的变化，可以先将此状态转化到与状态相同的温度状态后再进行计算。3.实验过程中要确保气压计和储气瓶之间连接好、不漏气，方可进行实验。107实验六 冷却法测量金属的比热容一、实验目的1.学习冷却法测量金属比热容的原理和方法。2.测量金属样品的比热容。二、实验仪器实验台，热电偶温度计模块，金属比热容测量实验仪，电子天平（精度，学校自备）。三、实验原理1.金属比热容单位质量的物质，其温度升高（或）所需的热量称为该物质的比热容，其值随温度而变化。将质量为的金属样品加热后，放到较低温度的介质（例如室温的空气）中，样品将会逐渐冷却。其单位时间的热量损失与温度下降的速率成正比，于是得到下述关系式： （6-1）（6-1）式中为该金属样品在温度时的比热容，为金属样品在的温度下降速率，根据冷却定律有： （6-2）（6-2）式中为热交换系数，为该样品外表面的面积，为常数，为金属样品的温度，为周围介质的温度。由式（6-1）和（6-2），可得： （6-3）同理，对质量为，比热容为的另一种金属样品，可有同样的表达式： （6-4）由式（6-3）和（6-4），可得：所以：假设两样品的形状尺寸都相同（例如细小的圆柱体），即；两样品的表面状况也相同（如涂层、色泽等），而周围介质（空气）的性质当然也不变，则有。于是当周围介质温度不变（即室温恒定），两样品又处于相同温度时，上式可以简化为： （6-5）如果已知标准金属样品的比热容，质量；待测样品的质量及两样品在温度时冷却速率之比，就可以求出待测的金属材料的比热容。几种金属材料的比热容见表1：表1：常用金属的比热容金属材料比热容图1 金属比热容实验仪结构图实验仪的结构如图1所示，加热器为的电烙铁芯，带有保护装置，可通过调节手轮自由升降，加热器电源为市电。被测样品安放在有较大容量的防风圆筒即样品室内的样品座上，测温热电偶放置于样品座内的小孔中。当加热装置向下移动到底后，对被测样品进行加热；样品需要降温时则将加热装置移上。采用常用的铜-康铜做成的型热电偶测量试样温度，将热电偶接到热电偶数字温度计模块上进行测温，以实验环境作冷端补偿，最高测量温度为，分辨率。四、实验步骤1.将加热器调节到齿条的上端，连接好加热器电源线和热电偶输入线。2.按照实验九步骤，对热电偶数字温度计进行校准。3.选取长度、直径、表面光洁度尽可能相同的三种金属样品（黄铜、铁、硬铝）用电子天平分别秤出它们的质量。再根据这一特点，把它们区别开来。4.通过调节手轮将加热装置向下移动到底后，对被测样品进行加热，当样品加热到时，移去加热器，样品继续安放在与外界基本隔绝的有机玻璃圆筒内自然冷却（筒口须盖上盖子），记录样品的冷却速率。具体做法是记录温度指示从降到所需的时间，从而根据式(6-5)计算未知样品比热容。5.按铁、铜、铝的次序，分别测量其温度下降速度，每一样品应重复测量6次。每次测量之后，待环境温度将到室温后，测量下一组数据，并将实验数据记录在表2中。表2 样品的温度下降时间 次数样品1234561.根据表格2中的数据，计算出样品的比热容，并计算其相对误差。注意事项1.注意测量降温时间时，操作要迅速、准确，以减小人为计时误差。2.加热装置向下移动时，动作要慢，应注意要使被测样品垂直放置，以使加热装置能完全套入被测样品。3.每次测量之后必须使环境温度将到室温之后进行下一组实验。实验七 导热系数的测定一、实验目的1.学习测定不良导体导热系数的原理和方法。2.测量样品的导热系数。二、实验仪器实验台，温度传感器，数字温度计模块，导热系数实验对象。三、实验原理1.热传导定律当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导现象。早在年著名物理学家傅立叶就提出了热传导的定律：若在垂直于热传导方向上作一截面，以表示处的温度梯度，那么在时间内通过截面积所传递的热量Q为： （7-1）式（7-1）中为传热速率，负号代表热量传递方向是从高温区传至低温处，与温度梯度方向相反。比例系数称为导热系数，其值等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位为：。2.稳态法测传热速率测定样品导热系数的实验装置如图1所示。图中待测样品（圆盘）半径，厚度，样品上表面与加热盘（位于上方的黄铜盘）的下表面接触，温度为，加热盘由内部电热丝供热，热量由加热盘通过样品上表面传入样品，再从样品下表面与散热盘（位于样品下面的黄铜盘）的上表面相接，温度为，即样品中的热量通过下表面向散热盘散发。样品上下表面温度可以认为是均匀分布，在不很大情况下可忽略样品侧面散热的影响，则式（7-1）改写为： （7-2）式（7-2）中为样品横截面积。当、稳定时，传热也达到稳定，即通过待测样品的传热率和黄铜盘向侧面和下面的散热率相同。 （7-3）式（7-3）中、是传热稳定时的样品上下表面温度，是样品的传热速率，是黄铜盘散热率。图1 导热系数实验对象结构图那么式（7-2）可表示为： （7-4）由（7-4）式可见关键是求黄铜盘散热率。为此，当测出稳态时样品上下表面的温度和之后，拿走样品，让加热盘下表面直接与散热盘上表面接触，加热下黄铜盘使温度上升到高于若干度后再拿去上黄铜盘，让下黄铜盘自然冷却，直接向周围散热。下黄铜盘在附近的冷却速率为：黄铜盘的散热率与其冷却速率的关系为: （7-5）式(7-5)中是黄铜质量，是黄铜比热（）。在样品传热过程中，只考虑下黄铜盘的下表面和侧面散热。但在测冷却速率时，黄铜盘上表面也暴露在外，实际是黄铜盘的上、下表面和侧面都在散热。由于物体冷却速率与它的表面积成正比关系，修正(16-5)式，可得：= （7-6）式（7-6）中、分别为散热黄铜盘半径和厚度。将式（7-6）代入式（16-4）并整理得待测样品导热系数为： （7-7）四、实验步骤1.用游标卡尺测量待测样品盘的半径和厚度，散热黄铜盘的半径和厚度。参考值为， ，。2.用天平测量散热黄铜盘的质量，参考值为。3.安装实验装置,注意此过程应在关闭电源的情况下进行。按图1所示将散热黄铜盘小心安装在实验对象的固定支架上，将测温孔朝向正面。然后将待测样品盘、加热黄铜盘依次放在上面，将加热电源插孔朝向反面，且三盘上下对齐，此时不要安装加热盘提手。最后将加热盘和散热盘分别插入加热黄铜盘和散热黄铜盘测温孔，注意金属部分不要裸露在外，且插入深度要一致，否则影响测温精度。将加热电源线通过加热电源插孔与加热黄铜盘连接好，然后将加热电源线与面板上插座连接好，注意此连接过程顺序不能颠倒。4.加热盘温度控制参数设置。注意加热盘温度设定值不得高于。实验时可测定待测样品在温度范围内的导热系数。接通实验对象的电源，并将智能温度调节器上电，将加热盘温度设定在温度范围内某一温度值，即测定待测样品在该温度下的导热系数。具体操作详见智能温度调节器使用说明书。5.加热盘加热及温度测控。将加热打开，风扇关闭，此时“加热指示”灯亮。在整个加热及温度控制过程中加热指示灯亮度会随着加热快慢而变化。注意实验应在室内温度基本稳定及无风的条件下进行，否则将影响控温效果。当加热盘温度控制在设定温度范围内时，若加热盘温度和散热盘温度在分钟后仍保持稳定，可认为传热达到稳定。记录此时加热盘温度和散热盘温度。6.测定散热盘散热率。安装加热盘提手，将加热盘小心提起，用镊子将待测样品移去，然后将加热盘直接放在散热盘上，取下加热盘提手，给散热盘加热，使散热盘温度高于大约，然后关闭加热,安装加热盘提手，小心移去加热盘，使散热盘在空气中自然冷却。冷却过程中每隔读一次散热盘温度，一直读到低于大约。将实验所得数据记录在表1中。7.改变加热盘温度设定值，可设定，重复实验步骤5、6，测定样品在不同温度下导热系数。为节约实验时间，设定加热盘温度时应从低温到高温设定。8.改变待测样品，重复以上实验步骤，测定不同样品的导热系数。9.实验完毕，将风扇打开，“风冷指示”灯亮，使散热盘加速冷却，直到散热盘温度降至室温。表1 散热盘散热率实验数据10整理实验仪器。注意此过程应在关闭电源的情况下进行。将加热电源线与实验台上的插座分开，然后将加热电源线与加热黄铜盘分开，注意此分开过程顺序不能颠倒。取下加热盘和散热盘并放回。整理待测样品盘、加热黄铜盘和散热黄铜盘。五、实验报告1.根据表1所记录实验数据，选择附近10组数据，用逐差法处理实验数据，计算散热盘冷却速率。具体方法参考如下，设附近10组数据为（n=1，2，3，10），则：。2.将散热盘冷却速率代入式（7-7），计算待测样品导热系数。3.测定样品在不同温度下的导热系数，比较不同温度下同一样品导热系数大小，分析导热系数与温度的关系。4测定不同样品的导热系数，比较不同样品导热系数的大小，分析不同样品的导热性能。六、注意事项1.加热盘温度设定值不得高于，实验时应随时观察加热盘温度变化。2.实验装置温度较高，实验过程中不要触摸高温盘，以防烫伤。3. 智能温度调节器出厂前各参数均设置好，实验时可以修改加热盘温度设定值，修改其它参数时应谨慎，否则影响控温效果。4.实验过程中金属部分不要裸露在外，且插入深度要一致，否则影响测温精度。5.实验应在室内温度基本稳定及无风的条件下进行，否则将影响控温效果。6.实验台面板上有加热电源，连接和分开加热电源线时均应先关闭电源总开关，以防触电。实验八 金属线膨胀系数的测定一、实验目的1.学习测量金属线膨胀系数的原理和方法。2.测量金属样品的线膨胀系数。二、实验仪器实验台，金属线膨胀系数实验仪，温度传感器。三、实验原理1.线膨胀系数大部分物体在温度升高时，长度也会随之伸长，其伸长量与时的温度和长度均成正比，即： （8-1）式（8-1）中，为固体在温度为时的长度，为固体时的长度，为一比例系数。称为固体的线膨胀系数。设在温度为时固体的长度为，在温度为时固体的长度为，由（8-2）式可得： （8-3） （8-4）由（8-3）、（8-4）式可得： （8-5）由（8-5）式可得： （8-6）当温度变化范围不大时，与相差极小，所以，则（8-6）式可变换为： （8-7）式（8-7）中，。由（8-7）式可知固体的线膨胀系数定义为温度每升高，固体每单位长度的伸长量。实验也表明，当温度变化范围不大时，物体的伸长量与温度变化量及物体的长度成正比。即： （8-8）可以将理解为当温度升高时，固体增加的长度与原长度之比。多数金属的线膨胀系数在之间。线膨胀系数是与温度有关的物理量。当很小时，由（8-7）式测得的称为固体在温度为时的微分线膨胀系数。当是一个不太大的变化区间时，我们近似认为是不变的，由（8-7）式测得的称为固体在温度范围内的线膨胀系数。由（8-7）式知，在已知的情况下，固体线膨胀系数的测量实际归结为温度变化量与相应的长度变化量的测量。由于数值较小，在不大的情况下，也很小，因此准确地测量及是保证测量准确的关键。2.微小伸长量的测量及千分表本实验采用千分表测量样品金属棒的长度变化。千分表是一种高精度的长度测量工具，通过精密的齿轮齿条传动，将位移转化成指针的偏转，表盘最小刻度为，广泛用于测量工件几何形状误差及相互位置误差。本实验所用千分表为全齿式传动系统，测量精度高。测量范围：，分度值：。3.温度传感器本实验采用传感器测量样品金属棒的温度。为铂热电阻，其感温元件是由金属铂组成。当温度变化时，感温元件的电阻值随温度而变化，这样就可将变化的电阻值作为电信号输入测量仪表，通过测量电路的转换，即可得到被测温度。特点是：线性度好、测量准确、互换性好、抗振动冲击的性能好。铂热电阻的使用温度范围为：，其电阻与温度的关系在的温度范围为： （8-9）式（17-9）中，为温度为时铂热电阻的电阻值，。 为温度为时铂热电阻的电阻值。铂热电阻一般由直径的纯铂丝绕在平板形支架上，用银导线作引出线。4.金属线膨胀系数测量装置金属线膨胀系数测量装置如图1所示。图1 金属线膨胀系数实验仪结构图实验仪由金属线膨胀系数测量装置、温度测量控制装置、金属棒样品组成。金属线膨胀系数测量装置由千分表、加热棒、加热管、温度传感器、金属防护罩、底座组成。测量装置右侧开口，用于更换金属棒样品，金属棒样品装进加热管后用螺钉通过弹簧拧紧，为固定端，另一端通过顶杆与千分表接触，为自由端。金属棒样品自由端在弹簧作用下将长度变化转化成千分表指针的偏转，通过表盘刻度读出。温度测量控制装置由智能温度调节器、可控硅组成。实验仪提供铜、铁、铝棒三种金属样品，实验时根据测量需要安装所要测量的样品。四、实验步骤1.实验时将所要测量的金属棒样品从线膨胀系数测量装置右侧装进加热管，拧紧螺钉。2.实验时检查千分表与金属棒样品自由端顶杆接触是否良好，调节千分表调零转盘，使室温下千分表读数在之间，否则用螺丝刀松开千分表固定螺丝，调整千分表固定位置。3.用二号导线将“输出”接至实验台上的“输入”，将温度传感器信号送入智能温度调节器。4.打开实验台的电源开关，打开智能温度调节器的开关，显示窗亮，设置，记录室温下千分表读数。5.将加热电源线接至实验台上的“加热输出”，金属棒样品开始升温，稳定后千分表指针匀速偏转，将金属棒样品温度为如表1进行设置，并将相应温度下千分表读数记录在表1中。样品：铜（铁、铝）表1 金属线膨胀系数测量实验数据记录表（升温）6.当金属棒样品温度时，关闭加热开关，停止给金属棒样品加热，由于温度具有滞后性，经过短时间超调，金属棒样品温度开始下降。将金属棒样品温度为如表2进行设置，并将相应温度下千分表读数记录在表2中。样品：铜（铁、铝）表2 金属线膨胀系数测量实验数据记录表（降温）7.测量另外两种金属棒样品的线膨胀系数，重复实验内容与步骤1、2、3、4、5、6。 8.根据表格中的数据，由（8-7）可以计算出金属的线膨胀系数。9.分别计算出升温和降温两种方式下金属线膨胀系数，求平均值，即为被测金属棒样品的线膨胀系数。10.将实验测得的铜、铁、铝棒三种金属样品的线膨胀系数与参考值进行比较，计算实验误差，分析误差产生的原因。铜、铁、铝的线膨胀系数在的参考值如表3所示。表3 金属的线膨胀系数物质铜铁铝线膨胀系数已知室温下金属棒样品的长度，只要计算出即可计算出金属的线膨胀系数。用最小二乘法计算铜、铁、铝三种金属棒样品的线膨胀系数。令金属棒样品温度，金属棒样品长度，斜率，则有线性函数关系： （8-10）用最小二乘法求得： （8-11） （8-12）计算待定系数及线性相关系数，从而求出金属棒样品的线膨胀系数，并验证是否成立。验证是通过相关系数来进行的，其表达式是： （8-13）当时（一般达到即可）表示和的线性关系好，即线性函数形式正确；当时说明实验数据分散，即线性关系不存在。最小二乘法的统计不确定度与相关系数密切相关：当时，统计不确定度变小；当时，统计不确定度变大。五、注意事项1.本实验仪为供电，实验仪通电后不要触摸各个电源接口，以免发生危险。2.安装金属棒样品时动作要轻，防止金属棒变形，快接触千分表时动作要缓慢，防止损坏千分表，螺钉要拧紧。3.千分表为精密贵重易损仪器，一般不要自行装卸，不要粗暴操作，用螺丝刀调整位置时要小心谨慎。4.实验时应将实验仪放在平整、平稳桌面上，实验过程中无任何振动，如受外力作用，将给实验带来较大误差。5.除参数外，智能温度调节器其它参数在实验仪出厂前均已设置好，一般情况下不要随意更改，实验时金属棒样品加热温度不得超过。实验九 温度传感器热电偶测温实验一、实验原理：由两根不同质的导体熔接而成的闭合回路叫做热电回路，当其两端处于不同温度时则回路中产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。图1 热电偶测温系统图图1中T为热端，To为冷端，热电势Et=本实验中选用两种热电偶镍铬镍硅（K）和镍铬铜镍（E）。实验所需部件：K、E分度热电偶、温控电加热炉、位数字电压表（自备）二、实验步骤：1、观察热电偶结构（可旋开热电偶保护外套），了解温控电加热器工作原理。温控器：作为热源的温度指示、控制、定温之用。温度调节方式为时间比例式，绿灯亮时表示继电器吸合电炉加热，红灯亮时加热炉断电。温度设定：拨动开关拨向“设定”位，调节设定电位器，仪表显示的温度值随之变化，调节至实验所需的温度时停止。然后将拨动开关扳向“测量”侧，（注：首次设定温度不应过高，以免热惯性造成加热炉温度过冲）。2、首先将温度设定在50左右，打开加热开关，热电偶插入电加热炉内，K分度热电偶为标准热电偶，冷端接“测试”端，E分度热电偶接“温控”端，注意热电偶极性不能接反，而且不能断偶，位万用表置200mv档，当钮子开关倒向“温控”时测E分度热电偶的热电势，并记录电炉温度与热电势E的关系。3、因为热电偶冷端温度不为0，则需对所测的热电势值进行修正 E（T，To）=E(T,t1)+E(T1,T0)实际电动势测量所得电势 温度修正电势查阅热电偶分度表，上述测量与计算结果对照。4、继续将炉温提高到70、90、110和130，重复上述实验，观察热电偶的测温性能。三、注意事项：加热炉温度请勿超过150，当加热开始，热电偶一定要插入炉内，否则炉温会失控，同样做其它温度实验时也需用热电偶来控制加热炉温度。实验十 霍尔式传感器直流激励特性一、实验原理：霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的磁电转换元件，当霍尔元件位于由两个环形磁钢组成的梯度磁场中时就成了霍尔位移传感器。霍尔元件通以恒定电流时，就有霍尔电势输出，霍尔电势的大小正比于磁场强度（磁场位置），当所处的磁场方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。WD节 1.01 R+2V差放 电压表图1霍尔式传感器工作原理实验所需部件：霍尔传感器、直流稳压电源（2V）、公共电路模块（一）、电压表、测微仪二、实验步骤：1、连接主机与实验模块电源及传感器接口，确认霍尔元件直流激励电压为2V，另一激励端接地，实验接线按图（11）所示，差动放大器增益10倍左右。2、用螺旋测微仪调节振动平台使霍尔元件置于梯度磁场中间，并调节电桥直流电位器WD，使输出为零。3、从中点开始，调节螺旋测微仪，上下移动霍尔元件各3.5mm，每变化0.5mm读取相应的电压值，并记入下表：Xmm0V0mv0作出V-