热学综合实验平台

理想气体状态方程实验：

理想气体状态方程是热力学理论的基础。它建立在波义耳-马略特定律、查理定律、盖·吕萨克定律等经验定律上，描述了理想气体在处于平衡态时，压强、体积、物质的量和温度间的状态关系。学习理想气体状态方程理论对热力学的后续学习具有重要作用。

本实验采用控制变量法，通过单独改变温度或压强或体积，验证波义耳-马略特定律、查理定律和盖·吕萨克定律，并结合阿伏伽德罗定律和理想气体温标定义，加深对理想气体及其物态方程的理解，奠定热力学的理论基础。

温度传感器特性研究实验：

温度传感器作为传感器中的重要一类，用途十分广阔：可用于实现温度测量与控制、温度补偿、流速、流量和风速测定、液位指示、温度测量、紫外光和红外光测量、微波功率测量等功能，在工农业生产过程中扮演着重要作用。

本产品研究多种应用广泛的温度传感器（包含接触式或非接触式）的特性，掌握不同传感器的测温原理。用户可结合专业特色和课程设置灵活选取不同传感器进行研究。

产品特点

1.       理想气体状态方程实验可在同一套实验装置上，采用控制变量法进行实验，并解决了以前该类实验装置无法完整验证三个定律的缺陷。

2.       理想气体状态方程实验采用电热管加热：解决了以往采用水循环加热方式中温度变化范围窄、变温缓慢的问题。

3.       ★采用寿命长、体积小、可靠性高的固态器件——半导体致冷片作为变温元件，通过主动风冷散热方式，实现-10℃～+70℃的温度变化，且为纯电控装置，避免了水的管理和安全隐患。

4.       温度传感器特性研究实验的温控台内部温度均匀，温度测量误差小。

5.       温度传感器种类丰富——不仅包括常见的接触式，还加入了以往该实验课程没有的非接触式，让学生更深刻的学习了解各类温度传感器的特点和适用场景。

6.       模块化结构——各部件功能清晰，可结合专业特色和课程设置灵活选取传感器进行研究。

7.       采用通用直流电源，以实现稳压或稳流调节，可在多场景、多实验中使用，特别适合创新实验室。

实验内容

理想气体状态方程实验：

1.       研究等温条件下，一定质量气体的压强与体积的关系，验证波义耳-马略特定律

2.       研究等容条件下，一定质量气体的温度与压强的关系，验证查理定律

3.       研究等压条件下，一定质量气体的温度与体积的关系，验证盖•吕萨克定律

4.       计算一定气体的物质的量

5.       计算普适气体常量

温度传感器特性研究实验：

1.       研究RTD温度传感器的电阻与温度的关系

2.       研究PTC温度传感器的电阻与温度的关系

3.       研究NTC温度传感器的电阻与温度的关系

4.       研究PN结温度传感器的电压与温度的关系

5.       研究LM35集成温度传感器的输出电压与温度的关系

6.       研究AD590集成温度传感器的输出电流与温度的关系

7.       研究热电偶温度传感器工作端的电压变化量与温度变化量的关系

8.       研究红外热电堆温度传感器工作端的电压变化量与温度变化量的关系

9.       演示红外热释电温度探测器的应用（选做）

知识点

理想气体、物态方程、玻义耳-马略特定律、查理定律、盖•吕萨克定律、阿伏伽德罗定律；帕尔贴效应、塞贝克效应、热释电效应、半导体制冷、铂热电阻、热敏电阻、PN结、集成温度传感器、热电偶、非接触红外测温、红外探测

技术指标

1           ★系统组成：系统采用模块化设计，由气体定律实验装置、数字温度计、数字压强计、直流稳压电源、压强传感器、温控台、热电偶热电堆传感器特性测试单元、传感器特性测试单元、热释电红外探测单元、PT1000温度传感器、PTC热敏电阻温度传感器、NTC热敏电阻温度传感器、PN结温度传感器、LM35集成温度传感器、AD590集成温度传感器、热电偶温度传感器、热电堆型红外辐射传感器、万用表等组成。

2           理想气体状态方程实验：

1)             普适气体常数测量相对误差：≤5%；

2)             采用控制变量法进行实验，同一装置上同时验证波义耳-马略特定律、查理定律、盖•吕萨克定律三个定律

3           温度传感器特性研究实验：

1)        实验温度范围：包含-10℃～+70℃

2)        8种温度传感器探头设计分离开放透明，以开放电路板为实验平台，完成多种温度传感器的特性测试和应用，传感器可随意更换、添加：

PT1000温度传感器：结果相对误差：≤5%

PTC热敏电阻温度传感器

NTC热敏电阻温度传感器

PN结温度传感器：结果相对误差：≤5%

LM35集成温度传感器：结果相对误差：≤5%

AD590集成温度传感器：结果相对误差：≤5%

热电偶温度传感器：T型热电偶；

热电堆型红外辐射传感器：非接触式测温、观察不同热源其电压的变化。

4           气体定律实验装置

1)             ★采用薄膜电加热空气腔技术（非半导体器件加热），玻璃腔体壁电加热膜透明可见，腔内活塞、温度传感器等清晰可视，可视范围＞180°；腔体内气体温度范围：室温～100℃；圆柱形热腔表面电加热的电阻率均匀度：≥96%

2)             采用活塞螺纹旋进方式，调节顺畅、连续、稳定。位置调节准确性优于±0.1mm，带限位功能，避免活塞碰撞置于加热管内部的温度传感器。

3)             气体压强变化范围：约70kPa；

4)             气体体积范围：60mL～120mL，气体最大体积130mL，分度值1mL；

5)             耐压200kPa。

5           温控台

1)         ★控温范围：-10℃～+70℃（在环境温度25℃时），控温方式：PID控制，控温精度：≤± 0.5℃，通过半导体致冷片（12V/5A）纯电控变温。

2)         ★具备3个温度传感器通道，可同时测量多个温度传感器；采用准金属体作为等温介质，等温块体测温而非空腔方式，实现温度均匀分布。

3)         具有制冷、制热和故障指示功能；具有上电自检、超温保护、超压保护、极性切换保护功能；具有未接传感器、超范围异常显示功能。

4)             散热方式：热管鳍片结构的风冷散热，风扇含控制和故障检测功能。

6           热电偶传感器特性测试单元：

1)             电压放大倍数：100；

7           热电堆传感器特性测试单元热电堆区：

1)             电压放大倍数：100；

8           传感器特性测试单元

1)             相同测试功能区域：2组；

2)             电源三档切换：

3)             电流源：1mA；

4)             NULL档：空档；

5)             电压源：7V；

9           热释电红外探测单元（选配）

1)             模式选择两档切换：可重复触发、不可重复触发

2)             两种菲涅尔透镜类型：半球形、一字形

3)             灵敏度、锁时间、延迟时间连续可调

10       数字温度计

1)             显示范围：−55℃～+155℃

2)             显示分辨率：0.1℃

3)             具有未接传感器、超范围异常显示功能

11       数字压强计

1)             显示范围：20～210kPa

2)             显示分辨率：0.1kPa

3)             具有未接传感器、超范围异常显示功能

12       直流稳压电源

1)             连续可调电压范围：0～30V

2)             显示分辨率0.1V

产品组成

本系统主要由气体定律实验装置、数字温度计、数字压强计、直流稳压电源、压强传感器、温控台、热电偶热电堆传感器特性测试单元、传感器特性测试单元、热释电红外探测单元、PT1000温度传感器、PTC热敏电阻温度传感器、NTC热敏电阻温度传感器、PN结温度传感器、LM35集成温度传感器、AD590集成温度传感器、热电偶温度传感器、热电堆型红外辐射传感器、万用表等组成。

用户自备设备

1.       万用表（三位半及以上）     2个/套

2.       示波器（20MHz单通道及以上）

每实验室仅需1~2台（仅实验项目9MZ使用）