熱學綜合實驗平臺

理想氣體狀態方程實驗▩↟◕↟：

理想氣體狀態方程是熱力學理論的基礎↟▩↟。它建立在波義耳-馬略特定律▩▩↟、查理定律▩▩↟、蓋·呂薩克定律等經驗定律上✘☁••，描述了理想氣體在處於平衡態時✘☁••，壓強▩▩↟、體積▩▩↟、物質的量和溫度間的狀態關係↟▩↟。學習理想氣體狀態方程理論對熱力學的後續學習具有重要作用↟▩↟。

本實驗採用控制變數法✘☁••，透過單獨改變溫度或壓強或體積✘☁••，驗證波義耳-馬略特定律▩▩↟、查理定律和蓋·呂薩克定律✘☁••，並結合阿伏伽德羅定律和理想氣體溫標定義✘☁••，加深對理想氣體及其物態方程的理解✘☁••，奠定熱力學的理論基礎↟▩↟。

溫度感測器特性研究實驗▩↟◕↟：

溫度感測器作為感測器中的重要一類✘☁••，用途十分廣闊▩↟◕↟：可用於實現溫度測量與控制▩▩↟、溫度補償▩▩↟、流速▩▩↟、流量和風速測定▩▩↟、液位指示▩▩↟、溫度測量▩▩↟、紫外光和紅外光測量▩▩↟、微波功率測量等功能✘☁••，在工農業生產過程中扮演著重要作用↟▩↟。

本產品研究多種應用廣泛的溫度感測器（包含接觸式或非接觸式）的特性✘☁••，掌握不同感測器的測溫原理↟▩↟。使用者可結合專業特色和課程設定靈活選取不同感測器進行研究↟▩↟。

產品特點

1.       理想氣體狀態方程實驗可在同一套實驗裝置上✘☁••，採用控制變數法進行實驗✘☁••，並解決了以前該類實驗裝置無法完整驗證三個定律的缺陷↟▩↟。

2.       理想氣體狀態方程實驗採用電熱管加熱▩↟◕↟：解決了以往採用水迴圈加熱方式中溫度變化範圍窄▩▩↟、變溫緩慢的問題↟▩↟。

3.       ★採用壽命長▩▩↟、體積小▩▩↟、可靠性高的固態器件——半導體致冷片作為變溫元件✘☁••，透過主動風冷散熱方式✘☁••，實現-10℃～+70℃的溫度變化✘☁••，且為純電控裝置✘☁••，避免了水的管理和安全隱患↟▩↟。

4.       溫度感測器特性研究實驗的溫控臺內部溫度均勻✘☁••，溫度測量誤差小↟▩↟。

5.       溫度感測器種類豐富——不僅包括常見的接觸式✘☁••，還加入了以往該實驗課程沒有的非接觸式✘☁••，讓學生更深刻的學習瞭解各類溫度感測器的特點和適用場景↟▩↟。

6.       模組化結構——各部件功能清晰✘☁••，可結合專業特色和課程設定靈活選取感測器進行研究↟▩↟。

7.       採用通用直流電源✘☁••，以實現穩壓或穩流調節✘☁••，可在多場景▩▩↟、多實驗中使用✘☁••，特別適合創新實驗室↟▩↟。

實驗內容

理想氣體狀態方程實驗▩↟◕↟：

1.       研究等溫條件下✘☁••，一定質量氣體的壓強與體積的關係✘☁••，驗證波義耳-馬略特定律

2.       研究等容條件下✘☁••，一定質量氣體的溫度與壓強的關係✘☁••，驗證查理定律

3.       研究等壓條件下✘☁••，一定質量氣體的溫度與體積的關係✘☁••，驗證蓋•呂薩克定律

4.       計算一定氣體的物質的量

5.       計算普適氣體常量

溫度感測器特性研究實驗▩↟◕↟：

1.       研究RTD溫度感測器的電阻與溫度的關係

2.       研究PTC溫度感測器的電阻與溫度的關係

3.       研究NTC溫度感測器的電阻與溫度的關係

4.       研究PN結溫度感測器的電壓與溫度的關係

5.       研究LM35整合溫度感測器的輸出電壓與溫度的關係

6.       研究AD590整合溫度感測器的輸出電流與溫度的關係

7.       研究熱電偶溫度感測器工作端的電壓變化量與溫度變化量的關係

8.       研究紅外熱電堆溫度感測器工作端的電壓變化量與溫度變化量的關係

9.       演示紅外熱釋電溫度探測器的應用（選做）

知識點

理想氣體▩▩↟、物態方程▩▩↟、玻義耳-馬略特定律▩▩↟、查理定律▩▩↟、蓋•呂薩克定律▩▩↟、阿伏伽德羅定律；帕爾貼效應▩▩↟、塞貝克效應▩▩↟、熱釋電效應▩▩↟、半導體制冷▩▩↟、鉑熱電阻▩▩↟、熱敏電阻▩▩↟、PN結▩▩↟、整合溫度感測器▩▩↟、熱電偶▩▩↟、非接觸紅外測溫▩▩↟、紅外探測

技術指標

1           ★系統組成▩↟◕↟：系統採用模組化設計✘☁••，由氣體定律實驗裝置▩▩↟、數字溫度計▩▩↟、數字壓強計▩▩↟、直流穩壓電源▩▩↟、壓強感測器▩▩↟、溫控臺▩▩↟、熱電偶熱電堆感測器特性測試單元▩▩↟、感測器特性測試單元▩▩↟、熱釋電紅外探測單元▩▩↟、PT1000溫度感測器▩▩↟、PTC熱敏電阻溫度感測器▩▩↟、NTC熱敏電阻溫度感測器▩▩↟、PN結溫度感測器▩▩↟、LM35整合溫度感測器▩▩↟、AD590整合溫度感測器▩▩↟、熱電偶溫度感測器▩▩↟、熱電堆型紅外輻射感測器▩▩↟、萬用表等組成↟▩↟。

2           理想氣體狀態方程實驗▩↟◕↟：

1)             普適氣體常數測量相對誤差▩↟◕↟：≤5%；

2)             採用控制變數法進行實驗✘☁••，同一裝置上同時驗證波義耳-馬略特定律▩▩↟、查理定律▩▩↟、蓋•呂薩克定律三個定律

3           溫度感測器特性研究實驗▩↟◕↟：

1)        實驗溫度範圍▩↟◕↟：包含-10℃～+70℃

2)        8種溫度感測器探頭設計分離開放透明✘☁••，以開放電路板為實驗平臺✘☁••，完成多種溫度感測器的特性測試和應用✘☁••，感測器可隨意更換▩▩↟、新增▩↟◕↟：

PT1000溫度感測器▩↟◕↟：結果相對誤差▩↟◕↟：≤5%

PTC熱敏電阻溫度感測器

NTC熱敏電阻溫度感測器

PN結溫度感測器▩↟◕↟：結果相對誤差▩↟◕↟：≤5%

LM35整合溫度感測器▩↟◕↟：結果相對誤差▩↟◕↟：≤5%

AD590整合溫度感測器▩↟◕↟：結果相對誤差▩↟◕↟：≤5%

熱電偶溫度感測器▩↟◕↟：T型熱電偶；

熱電堆型紅外輻射感測器▩↟◕↟：非接觸式測溫▩▩↟、觀察不同熱源其電壓的變化↟▩↟。

4           氣體定律實驗裝置

1)             ★採用薄膜電加熱空氣腔技術（非半導體器件加熱）✘☁••，玻璃腔體壁電加熱膜透明可見✘☁••，腔內活塞▩▩↟、溫度感測器等清晰可視✘☁••，可視範圍＞180°；腔體內氣體溫度範圍▩↟◕↟：室溫～100℃；圓柱形熱腔表面電加熱的電阻率均勻度▩↟◕↟：≥96%

2)             採用活塞螺紋旋進方式✘☁••，調節順暢▩▩↟、連續▩▩↟、穩定↟▩↟。位置調節準確性優於±0.1mm✘☁••，帶限位功能✘☁••，避免活塞碰撞置於加熱管內部的溫度感測器↟▩↟。

3)             氣體壓強變化範圍▩↟◕↟：約70kPa；

4)             氣體體積範圍▩↟◕↟：60mL～120mL✘☁••，氣體最大體積130mL✘☁••，分度值1mL；

5)             耐壓200kPa↟▩↟。

5           溫控臺

1)         ★控溫範圍▩↟◕↟：-10℃～+70℃（在環境溫度25℃時）✘☁••，控溫方式▩↟◕↟：PID控制✘☁••，控溫精度▩↟◕↟：≤± 0.5℃✘☁••，透過半導體致冷片（12V/5A）純電控變溫↟▩↟。

2)         ★具備3個溫度感測器通道✘☁••，可同時測量多個溫度感測器；採用準金屬體作為等溫介質✘☁••，等溫塊體測溫而非空腔方式✘☁••，實現溫度均勻分佈↟▩↟。

3)         具有製冷▩▩↟、制熱和故障指示功能；具有上電自檢▩▩↟、超溫保護▩▩↟、超壓保護▩▩↟、極性切換保護功能；具有未接感測器▩▩↟、超範圍異常顯示功能↟▩↟。

4)             散熱方式▩↟◕↟：熱管鰭片結構的風冷散熱✘☁••，風扇含控制和故障檢測功能↟▩↟。

6           熱電偶感測器特性測試單元▩↟◕↟：

1)             電壓放大倍數▩↟◕↟：100；

7           熱電堆感測器特性測試單元熱電堆區▩↟◕↟：

1)             電壓放大倍數▩↟◕↟：100；

8           感測器特性測試單元

1)             相同測試功能區域▩↟◕↟：2組；

2)             電源三檔切換▩↟◕↟：

3)             電流源▩↟◕↟：1mA；

4)             NULL檔▩↟◕↟：空檔；

5)             電壓源▩↟◕↟：7V；

9           熱釋電紅外探測單元（選配）

1)             模式選擇兩檔切換▩↟◕↟：可重複觸發▩▩↟、不可重複觸發

2)             兩種菲涅爾透鏡型別▩↟◕↟：半球形▩▩↟、一字形

3)             靈敏度▩▩↟、鎖時間▩▩↟、延遲時間連續可調

10       數字溫度計

1)             顯示範圍▩↟◕↟：−55℃～+155℃

2)             顯示解析度▩↟◕↟：0.1℃

3)             具有未接感測器▩▩↟、超範圍異常顯示功能

11       數字壓強計

1)             顯示範圍▩↟◕↟：20～210kPa

2)             顯示解析度▩↟◕↟：0.1kPa

3)             具有未接感測器▩▩↟、超範圍異常顯示功能

12       直流穩壓電源

1)             連續可調電壓範圍▩↟◕↟：0～30V

2)             顯示解析度0.1V

產品組成

本系統主要由氣體定律實驗裝置▩▩↟、數字溫度計▩▩↟、數字壓強計▩▩↟、直流穩壓電源▩▩↟、壓強感測器▩▩↟、溫控臺▩▩↟、熱電偶熱電堆感測器特性測試單元▩▩↟、感測器特性測試單元▩▩↟、熱釋電紅外探測單元▩▩↟、PT1000溫度感測器▩▩↟、PTC熱敏電阻溫度感測器▩▩↟、NTC熱敏電阻溫度感測器▩▩↟、PN結溫度感測器▩▩↟、LM35整合溫度感測器▩▩↟、AD590整合溫度感測器▩▩↟、熱電偶溫度感測器▩▩↟、熱電堆型紅外輻射感測器▩▩↟、萬用表等組成↟▩↟。

使用者自備裝置

1.       萬用表（三位半及以上）     2個/套

2.       示波器（20MHz單通道及以上）

每實驗室僅需1~2臺（僅實驗專案9MZ使用）