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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流功能材料基础实验讲义.精品文档.功能材料基础实验讲义仪器介绍实验指导物理与材料工程学院光电子实验中心目 录第一章 CSY-998G光电应用综合实验仪实验一 三棱镜的分光实验实验二 硅光电池实验实验三 光敏二极管的特性实验实验四 颜色检测实验实验五 光敏三极管特性实验实验六 光源及光调制解调实验实验七 液体浊度检测演示实验实验八 太阳能电池追踪实验实验九 光敏电阻实验实验十 热释电红外传感器实验第二章 数字智能化热学综合实验仪（YJ-RZ-4A）实验十一 金属线膨胀系数的测定实验十二 非良导体热导率的测量实验十三 热敏电阻温度特性的研究实验十四
2、 金属电阻温度系数的测定实验十五 冷却法测定金属的比热容实验十六 热电偶的定标第三章 温度传感器特性测试实验仪（FB812）实验十七 铂热电阻（Pt100）的温度特性实验实验十八 PN结温度传感器的温度特性实验实验十九 集成温度传感器（AD590）的温度特性实验第四章 太阳能电池特性实验仪（ZKY-SAC-）实验二十 太阳能电池板输出伏安特性测试实验第五章 霍尔效应实验组合仪（ZKY-HS/HC）实验二十一 霍尔效应原理与实验第六章 显微熔点仪（SGW X-4B）实验二十二 物质的熔点测定第七章 自动指示旋光仪（WZZ-1）实验二十三 用旋光仪测量旋光性溶液的浓度第八章 液体表面张力系数测定仪
3、（FB326）实验二十四 用拉脱法测定液体表面张力系数第九章 介电常数测定仪（PCM-1A）实验二十五 介电常数测定第一章 CSY-998G光电应用综合实验仪（一）CSY-998G光电传感器实验仪主要有主机、传感器与器件、光源等部分组成一、主机：由大面板、小面板和顶板。供电电源AC220V，50Hz。额定功率200W。1、大面板：各类实验电路2、小面板：1）各种直流稳压电源和恒流源。015V连续可调直流稳压电源。05V连续可调直流稳压电源。15V、+5V稳压电源。AC12V 交流电源020mA连续可调恒流源2）显示表：电流表：DC20A、200A、20mA 、200mA(量程四档切换)电压表：
4、DC200mV、2V、20V（量程三档切换）光照度计：1-1999Lx3、顶板顶板：由安装架、支架、滑轨等组成。二、传感器与器件光敏电阻（cds 光敏电阻、额定功率：100mW、暗阻1M、tr 20mS 、tf 30mS、p：580nm）光敏二极管（Vr：20v、I D0.1A、IL：50A、tr tf ：10ns p：880nm）光敏三极管（VCEO：50v、I D0.1A、IL：5mA、tr tf ：15ns p：880nm)硅光电池（VOC：300mv、I D110-8A、ISC：5A、：300-1000nm、p：880nm)反射式光耦（输入：IFM=20mA、VR=5V、VF=1.3V
5、 输出：VCEO=30V、ICEO=0.1A、VCES=0.4V 传输特性：CTR（%）=5、 tr tf ：5us）红外热释电探头光照度计探头Y型光纤PSD位置传感器CCD测径系统（选配）光栅位移传感器（选配）普通白炽灯普通发光二极管红外发射二极管（VR ：5V、VF：1.4V、IR：10uA、PO：2mw）半导体激光器（波长：635um、功率1-3mw）三、数据采集系统及软件四、实验仪器尺寸 实验仪器台尺寸为：520400350（mm）。（二）色标传感器PY10-W58-3E2简介色标传感器采用同轴光路反射原理，发射光源采用进口特制聚型LED，接收部份采用进口高灵敏接收管，内部采用精密电子
6、元件，反应快。可用于：各类立式。横式包装机、各类制袋机、分切机、分条机、等印刷机械上。作为色标的识别，精确控制包装袋长短，自动纠偏等领域。型号： PY10-W58-3E2检测方式：同轴反射型电源电压：10-30V直流 波10%以下消耗电流：30mA检测距离：10mm光点:1.5mm-0.5mm可选开关速度：2K HZ以上输出电流：200mA 输出：动作指示：LED 红色1P67防尘、防水抗外光 灯泡10000LUX 太阳光100000LUX使用温度：工作0-70度 保存-25度-80度耐振动 10-55HZ复振幅1.5mmXYZ三方向各2小时电线2M长外壳：塑料灰色：光头26mm 高63mm*
7、宽60mm螺丝3*2接线：红接直流电源正 兰接负 黑色接输出信号常开。实验一 三棱镜的分光实验一 、实验目的通过实验使学生对光源，光源分光原理、光的不同波长等基本概念有具体认识。二 、基本原理本实验中备有普通光源和激光光源。普通光源（白炽灯）光谱为连续光谱( 白炽灯的另一个特性是做灯丝的钨有正阻特性，工作时的热电阻远大于冷态时的电阻，在灯的启动瞬时有较大的电流 )。 利用分光三棱镜后，可以提供红色，黄色，绿色，蓝色等多种波长的光辐射。激光光源是半导体激光器，发射出波长为630纳米的红色光激光特性:单色性 方向性 相干性等。三 、需用器件与单元：主机、普通光源、分光装置(三棱镜)、半导体激光器。
8、四 、实验步骤1根据图1-1进行组装和接线，用实验线将主机中AC12V交流电源输出与普通光源相连接。合上主机的总电源开关。 2松开图11中光源或三棱镜的升降固定螺钉，调节高度使光束对准三棱镜，转动三棱镜座使三棱镜毛面在后面，二个工作面（光面）的棱在前面。然后调节涡杆角度使折射的投射面（狭缝端盖）上出现清晰的光谱。如果光谱不清晰可轻微旋转光源罩（灯丝方向）和松开升降杆固定螺钉转动一个角度（光束方向）使光束对准三棱镜的工作面要点:光束对准棱镜工作面灯丝方向。3、关闭主机总电源开关。将图1-1中的普通光源取下，换上半导体激光源（旋下前端盖小孔），将激光源与主机激光电源相应连接注意颜色极性。打开主机总
9、电源开关，根据步骤2调节观察投射面现象（单色性）。五 、思考题 1 解释实验现象。 2 半导体激光器的特性有哪些？半导体激光器的发散角一般为510,你如何利用实验装置和直尺完成最简易的发散角测量实验方法。图11分光实验实验二 硅光电池实验一、实验目的了解光电池的光照特性，熟悉其应用。二、基本原理光电池是根据光生伏特效应制成的，不需加偏压就能把光能转换成电能的p-n结的光电器件。当光照射到光电池P-N结上时，便在P-N结两端产生电动势。这种现象叫“光生伏特效应”，将光能转化为电能。该效应与材料、光的强度、波长等有关。 三、需用器件与单元主机、安装架、发光二极管光源、照度计及探头、硅光电池。四、实
10、验步骤1、光照特性（开路电压、短路电流）（1）、光电池在不同的照度下，产生不同的光电流和光生电动势。它们之间的关系就是光照特性。按图5-1安装接线（注意接线孔的颜色相对应），实验时，为了得到光电池的开路电压Voc和短路电流Is不能同时（同步）接入电压表和电流表，要错时（异步）接入电路来测量数据。（2）、打开主机总电源，测出照度为0 Lx、5 Lx、10 Lx.时测量得到的开路电压、短路电流数据（注意为得到开路电压和短路电流不能同时测量电压和电流）填入表5-1，并作出曲线图。表51强度（Lx）051015.95100电流（mA）电压（mV）硅光电池开路电压、短路电流实验特性Voc(mv)Is(m
11、A)100Lx实验三 光敏二极管的特性实验一、实验目的了解光敏二极管工作原理及光生伏特效应。二、基本原理当入射光子在本征半导体的p-n结及其附近产生电子空穴对时，光生载流子受势垒区电场作用，电子漂移到n区，空穴漂移到p区。电子和空穴分别在n区和p区积累，两端便产生电动势，这称为光生伏特效应，简称光伏效应。光敏二极管基于这一原理。如果在外电路中把p-n短接，就产生反向的短路电流，光照时反向电流会增加，并且光电流和照度成线性关系。三、需用器件与单元主机、安装架、光敏二极管探头、光源、光照度计及探头、分光装置。四、实验步骤 1、光照特性的测试根据图2-2安装接线（注意接线孔的颜色相对应），测量光敏二
12、极管的暗电流和亮电流。（1）暗电流测试：打开主机电源，将主机中的05V可调稳压电源的调节旋钮顺时针方向慢慢旋到底（5V），将020mA可调电流源的调节旋钮逆时针方向慢慢旋到底，读取主机上电流表（20A 档）的值即为光敏二极管的暗电流。暗电流基本为0A，一般光敏二极管小于0.1A，暗电流越小越好。（2）光电流测试：a.关闭主机总电源，撤下光敏二极管探头，换上光照度计探头。b.打开主机电源，顺时针方向慢慢地调节020mA可调电流源（光源），使主机上照度计的读数为100Lx。c.撤下照度计探头，换上光敏二极管探头，读取电流表值，即为100Lx，一定工作电压5V下的光电流。重复a、b、c实验步骤，把测
13、量值填入表3-1，并作出一定工作电压时I-Lx曲线。表3-1照度Lx51015.707580I（mA） LXI(mA)图3-1光敏二极管光照特特性实验特性2、光谱特性测试实验方法与光敏电阻的光谱特性实验方法一样。将数据填入表3-2。表32颜色波长(nm)光敏二极管 型号2CU2B电 流红630760橙590630黄560590绿500560青470500蓝430470紫380430实验四 颜色检测实验一、实验目的了解颜色识别的方法，及颜色传感器的应用。二、基本原理色标传感器，具有探测距离远、不受可见光干扰、易于装配、使用方便等特点，可以被应用于物品定位、颜色识别等用途，可以用作广告卷帘灯箱、包
14、装机、切割机等多种生活化工产品上。色标传感器就其原理来说并不是检测颜色，它是通过检测色标对光束的反射或吸收量与周围材料相比的不同而实现检测的。所以，颜色的识别要严格与照射在目标上的光谱成分相对应。 在单色光源中，绿光LED（565mm）和红光LED（660mm）各有所长。绿光在很宽的颜色范围内比红光源灵敏度高。红光LED对有限的颜色组合有响应，但它的检测距离比绿光LED远。通常红光源传感器的检测距离是绿光源传感器的68倍。三、需用器件与单元公共平台(主机箱：DC 15V、+5V、012V 电源) ；色标传感器PY10-W58-3E2。红、黑、绿纸各一张（自备）四、实验步骤1、在主机箱电源开关关
15、闭的前提下，调节传感器的安装高度使传感器检测窗面与被测体（色纸）端面相距10mm左右；传感器接线按传感器引线上的标记接，红接直流电源正 兰接负 黑色接输出（注意正、负极性）。2、检查接线（注意正、负极性）无误后，主机箱上的电压表量程开关切换到20V档，合上主机箱电源开关。3、标定传感器：3.1 将黑色的纸放置在传感器的下面，调整色标传感器的旋钮使传感器刚好输出。记下此刻旋钮的位置为1。3.2将绿色的纸放置在工件的上面，调整色标传感器的旋钮使传感器刚好输出。记下此刻旋钮的位置为2。3.3将黑色的纸放置在传感器的下面，调整色标传感器的旋钮使旋钮在位置1和2之间，观差传感器有没有输出（正常为没有输出
16、）。3.4将绿色的纸放置在工件的上面，观差传感器有没有输出（正常为有输出）。如果输出不对，请缓慢调整传感器的旋钮，偏离1靠近2。注意：在传感器的使用过程中请注意探头和被测物体表面的清洁，根据光的吸收与反射定律，如果被测物体表面有污物，会影响光的反射，也就是影响测量结果。实验五 光敏三极管特性实验一、实验目的了解光敏三极管结构、性能和V-I特性。二、基本原理在光敏二极管的基础上，为了获得内增益，就利用晶体三极管的电流放大作用，用Ge或Si单晶体制造NPN或PNP型光敏三极管。其结构使用电路及等效电路如图4-1所示。图4-1光敏三极管结构及等效电路光敏三极管可以等效一个光电二极管与另一个一般晶体管
17、基极集电极并联 ：集电极-基极产生的电流，输入到共发三极管的基极在放大。不同之处是，集电极电流（光电流）有集电结上产生的i控制。集电极起双重作用；把光信号变成电信号起光电二极管作用；使光电流再放大起一般三极管的集电结作用。一般光敏三极管只引出E、C两个电极，体积小，光电特性是非线性的，广泛应用于光电自动控制作光电开关应用。三、需用器件与单元主机、光敏三极管、光源、照度计及探头、分光装置四、实验步骤1、光敏三极管伏安特性光敏三极管在不同的照度下的伏安特性就象一般晶体管在不同的基极电流输出特性一样。光敏三极管把光信号变成电信号。 （1）将图2-2中的光敏元件换成光敏三极管，按图接线（注意接线孔颜色
18、相对应），主机的电流表的量程在实验过程中需要进行切换，从A到mA档，电压表的量程为20v档。（2）首先缓慢调节020mA电流源（光源电压）,使光源的光照度在某一照度值（2、4、6、8 Lx）,再调节主机0-5v电源改变光敏三极管的电压,测量光敏三极管的输出电流和电压。填入表4-1表4-4，并作出一定光照度下的光敏三极管的伏安特性曲线（可多做几组族线）表41 在2Lx照度下U(V)00.51.01.52.02.53.03.54.04.55I(mA)表42 在4Lx照度下 U(V)00.51.01.52.02.53.03.54.04.55I(mA) 表43 在6Lx照度下 U(V)00.511.5
19、2.02.53.03.54.04.55I(mA) 表44 在8Lx照度下 U(V)00.51.01.52.02.53.03.54.04.55I(mA)I(mA)外加电压(V)图4-2光敏三极管伏安特性实验曲线2、光敏三极管的光照特性测量 实验方法同光敏二极管的特性实验（参照光敏二极管的特性实验中的1光照特性的测试）。将实验数据填入表4-5，并作出I-Lx特性曲线。表4-5照度Lx5101520253035405060I（mA）LXI(mA)图4-3光敏三极管光照特性实验曲线3、 光敏三极管的响应波长（光谱特性）光敏三极管响应波长（光谱特性）的实验方法参照光敏电阻的光谱特性实验。将实验数据列入表
20、4-6，并作出光谱特性曲线。表46颜色波长(nm)光敏三极管 型号3DU33电流红630760橙590630黄560590绿500560青470500蓝430470紫380430五、思考题光敏二极管、光敏三极管的应用场合？实验六 光源及光调制解调实验一、实验目的了解光调制解调的原理。二、基本原理光束是一种电磁波，具有振幅、相位、强度和偏振等参量和良好的相干性。如果能够应用某种物理方法改变光波的这些参量之一，使其按照调制信号（如数字信号）的规律变化，那么该光束就受到了调制，达到“运载”信息的目的。实现光束调制的原理有振幅调制、频率调制、相位调制、强度调制、脉冲调制、脉冲编码调制。从方法来说，即有
21、电光调制、声光调制、磁光调制、直接调制等。本实验用的是脉冲电光调制。三、需用器件与单元主机、红外发射二极管、光敏三极管四、实验步骤（1）按照图91接线在光脉冲调制实验中，将红外发射二极管探头的两个插孔与光调制实验模板的发射的输入插孔相连，光敏三极管探头的两个插孔与光调制实验模板的接收输入口相连，再引入工作电源。（2）打开主机电源，将两个探头（发射和接收探头）对准，可以看到实验模板上的输入脉冲指示和输出脉冲指示一起发亮。如果两个探头中间被挡住或没有对准，不同时发光。实验七 液体浊度检测演示实验一、实验目的了解浊度传感器的工作原理和性能。二、工作原理浊度是由水中的悬浮颗粒引起的，悬浮颗粒会漫反射入
22、射光，通常采用90度那个方向的散射光做为测试信号，这样测试出来的单位称为NTU。散射光与浊度符合多段线性关系，因此传感器需要多点标定。而且光源强度和温度变化均会影响测量结果的准确性。经多次实验研究和理论推算，发现散射光与透射光的比值与浊度符合线性关系。本传感器采用散射光与透射光比值代替单纯的散射光测量浊度，传感器的准确度、可靠性提高，维护更加简单，抗污性增强。浊度传感器原理本传感器的工作原理是：传感器内部是一个IR958与PT958封装的红外线对管，当光线穿过一定量的水时，光线的透过量取决于该水的污浊程度，水越污浊，透过的光就越少。光接收端把透过的光强度转换为对应的电流大小，透过的光多，电流大
23、，反之透过的光少，电流小。通过测量接收端电流的大小，就可以计算出水的污浊程度。浊度传感器内部原理如图1所示浊度测量仪采用90散射光原理，光路原理如下图：Io入射光It透射光Is散射光 D溶液浑浊度浊度区分：小于10NTU为低浊度，11-100NTU为中浊度，大于100NTU为高浊度 图1浊度单位换算： 1NTU=1度=1mg/L=1ppm一束特定光谱的平行光通过溶液时，一部分被吸收和散射，一部分透过溶液。与入射光成90方向的散射光的强度符合雷莱公式： Is= (KNV2)/4 Io入射光强度 Is散射光强度 N单位溶液微粒数V微粒体积 射光波长 K系数 在入射光恒定的条件下，在一定浊度范围内，
24、散射光强度和溶液的浑浊度成正比。上式可整理改写为: Is/Io=KN K表示常数根据这一公式，我们可以通过测定水样中微粒的散射光强度来测量水样的浑浊度。浊度电流信号经过取样电阻R转换为0 V5 V电压信号，测量出来的电压值的大小即反应了出了浊度值的大小。三、需用器件与单元主机箱(+5V、电压表)、浊度传感器、（小的量杯3个、水、牛奶、针筒 用户自己提供）。四、实验步骤1、将浊度传感器的上的Vcc、GND、Vout和主机箱的的+5V、地、电压表连接。2、在3个小的量杯中放入30ml的清水，用针筒抽取牛奶在其中2个小的量杯上分别放入1ml和2ml牛奶。3、将浊度传感器先后放入清水、1ml、2ml的
25、量杯中测量电压值，并记录数据，填入下表（注意：测量不同的浊度值是先要将传感器清洗干浄，以免对下次测量造成影响）30ml下牛奶的(ml)1234567电压(v)（当注入多少牛奶时浊度传感器的输出已没有变化，说明浊度传感器已饱和）浊度仪采用双光束光路，有二个高度对称的光学、电学通道，产生相同的感应，测差不变，在除法电路中得以抵消，使仪器具有长期稳定性和抗干扰能力；采用线性化电路，使测量结果成线性显示；采用温度补偿，模拟除法功能等电路，消除噪音等专项技术，保证了仪器的高度灵敏和优良的重现性。实验八 太阳能电池追踪实验简介：由于地球的自转，相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统，一年春夏秋冬四季、每
26、天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，有效的保证太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率才会达到最佳状态。世界上通用的太阳能跟踪器都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到PLC、单片机或电脑软件中，都要靠计算该固定地点每一时刻的太阳位置以实现跟踪。采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的的数据和设定，一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新计算参数、设定数据和调整各个参数；原理、电路、技术、设备都很复杂，非专业人士不能够随便操作。该太阳能跟踪器采用一体式设计，方位检测与控制输出为一体，采用单片机控制电路，具备如下功
27、能：1.阴晴白夜判断功能，采用硅晶片检测阳光强度达到。2.光源方位判断功能，通过四个光敏电阻进行交叉对比判断光源方位，并通过四个继电器做出执行。3.继电器控制电机正反转 可接直流电机一、需用器件与单元主控箱、太阳能跟踪装置。二、实验步骤1、 太阳跟踪装置如下图1-1图1-1太阳跟踪器2、 太阳能跟踪器的电源输入（比较长引线）和主控箱上的+12V和地连接。(注意+-极性）。3、 将太阳能跟踪器放置在有太阳光的地方（太阳能跟踪器设定为有太阳光时才工作），打开主电源开关，这时可以看到实验装置朝有太阳光的位置旋转。4、 将太阳能跟踪器旋转一个角度，太阳能跟踪器会自动调整方向。太阳跟踪装置运行说明注：因
28、实验室没有直接有太阳光照射，所以程序修改为只要用手电筒照射就能旋转跟踪。实验九 光敏电阻实验一、实验目的了解光敏电阻的光照特性、光谱特性和伏安特性等基本特性。二、基本原理在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键合状态过渡到自由状态，引起电导率的变化，这种现象称为光电导效应。光电导效应是半导体材料的一种体效应。光照愈强，器件自身的电阻愈小。基于这种效应的光电器件称光敏电阻。光敏电阻无极性，其工作特性与入射光光强、波长和外加电压有关。三、需用器件与单元主机、安装架、发光二极管光源、光敏电阻探头、光照度计及探头、分光装置。四、实验步骤1、亮电阻和暗电阻测量（1）图2-1是光敏电阻实验原理图（2）按图2
29、-2光照度实验安装接线。将照度计探头与主机小面板上照度计显示表Vi口相连接。将图2-2中的光敏元件的探头换成照度计探头。打开主机电源，然后，顺时针慢慢调节020mA可调电流源旋钮，使照度计显示为100Lx。（3）撤下照度计探头，换上光敏电阻探头及电路（图22）。顺时针慢慢调节05V可调电源，使电压表显示5V（如调不到5V则Vcc改接015V可调电压源）。（4）在光敏电阻与光源之间用遮光筒连接，10秒钟后，读取电压表（量程为20V档）和电流表（量程为20mA档）的值分别为亮电压U亮和亮电流I亮。（5）将020mA可调电流源的调节旋钮逆时针方向慢慢旋到底，10秒钟后，读取电压表（量程为20V档）和
30、电流表（量程为20A档）的值分别为暗电压U暗和暗电流I暗。（6）根据以下公式，计算亮阻和暗阻R亮=U亮 / I亮 ； R暗=U暗 / I暗（7）光敏电阻在不同的照度下有不同的亮阻和暗阻；在不同的工作电压下有不同的亮阻和暗阻。如有兴趣可重复以上实验步骤做实验。2、光照特性测量当光敏电阻的工作电压（Vcc）为+5V时，光敏电阻的光电流随光照强度变化而变化，它们之间的关系是非线性的。改变光源电流大小可得到不同的光照度值(实验方法同以上实验，照度计探头和光敏电阻探头交替使用)，测得数据填入表21，并作出光电流与光照度I-Lx曲线图。表21光照度（LX）20406080100120140160180电流
31、mAI (mA)光照度（Lx）图2-3光敏电阻光照特性实验曲线3、伏安特性测量在一定的光照强度下，光敏电阻的光电流随外加电压的变化而变化，实验时，在给定光照强度为50Lx、100Lx、150Lx时，图22改变光敏电阻的工作电压值U0.5v（由电压表监测），测得不同光照度下流过光敏电阻的电流值,将数据填入表2-2，并作不同照度下的三条伏安特性曲线。表2-2型号：G5528电压（U）00.511.522.533.544.55照度（Lx）50电流（mA）100电流（mA）150电流（mA）I(mA)图2-4光敏电阻伏安特性VCC4 、光谱特性测量光敏电阻对不同波长的光，接收的光灵敏度是不一样的，这就
32、是光敏电阻的光谱特性。实验时安装接线同图1-1（Vcc接主机5V电压源），光敏电阻前端盖换成狭缝端盖，旋动涡杆，观察对应各种颜色的光透过狭缝时的电流值并记录数据填入下表23。表2-3颜色波长(nm)光敏电阻 型号GL-5528电 流红630760橙590630黄560590绿500560青470500蓝430470紫380430五、思考题 为什么测光敏电阻亮阻和暗阻要经过10秒钟后读数，这是光敏电阻的缺点，只能应用于什么状态？实验十 热释电红外传感器实验一、实验目的了解热释电红外传感器基本原理和在实际中的应用。二、基本原理当已极化的热电晶体薄片受到辐射热时候，薄片温度升高，极化强度下降，表面电
33、荷减少，相当于”释放”一部分电荷，故名热释电。释放的电荷通过一系列的放大，转化成输出电压。如果继续照射，晶体薄片的温度升高到Tc(居里温度)值时，自发极化突然消失。不再释放电荷，输出信号为零,见图8-1。图8-1 热释电效应因此，热释电传感器只能探测交流的斩波式的辐射（红外光辐射要有变化量）。当面积为A的热释电晶体受到调制加热，而使其温度T发生微小变化时，就有热释电电流。，A为面积，P为热电体材料热释电系数，是温度的变化率。特点：当入射辐射为恒定辐射时，热释电传感器不响应，只能脉冲辐射工作。三、需用器件与单元 主机、红外热释电四、实验内容（1）按图8-2接线：将红外热释电探头的三个插孔相应地连
34、到实验模板热释电红外探头的输入端口上（红色接D、黄色接S、黑色接E）。（2）打开主机电源，手在红外热释电探头端面晃动时，探头有微弱的电压变化信号输出，经两级电压放大后，可以检测出较大的电压变化，再经电压比较器构成的开关电路，使指示灯点亮。观察这个现象过程。第二章 数字智能化热学综合实验仪（YJ-RZ-4A）实验十一 金属线膨胀系数的测定绝大多数物质都具有“热胀冷缩”的特性，这是由于物体内部分子热运动加剧或减弱造成的.这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工（如焊接）中，都应考虑到.否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度.考虑失当，甚至会造成工程的毁损，仪表的失灵，以及加工焊
35、接中的缺陷和失败等等。一、实验目的1. 学习测量金属线膨胀系数的一种方法2. 学会使用千分表二、实验仪器金属线膨胀系数测量实验装置、YJ-RZ-4A数字智能化热学综合实验仪(特别注意实验仪、加热盘的成套性)金属线膨胀系数测量的实验装置如图4所示千分表 加热引线 温度传感器引线图图1YJ-RZ-4A数字智能化热学综合实验仪面板如图所示 图2三、实验原理材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。线膨胀系数是选用材料的一项重要指标。特别是研制新材料，对材料膨胀系数的测定非常重要的参数指标。固体受热后其长度的增加称为线膨胀。经验表明，在一定的温度范围内，原长为L的物体，受热后其伸长量DL与其温度
36、的增加量Dt近似成正比，与原长L亦成正比，即：DL=a L Dt （1）式中的比例系数a称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数）。大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，朔料的线胀系数最大，金属次之，殷钢、熔融石英的线胀系数很小。殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。几种材料的线胀系数材料铜、铁、铝普通玻璃、陶瓷殷钢熔凝石英数量级105(C)1106(C)12106(C)1107(C)1实验还发现，同一材料在不同温度区域，其线胀系数不一定相同.某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变.因此测定线胀系数也是了解材料持性的一种手段.但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数
37、仍可认为是一常量.为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状.由（1）式可知，测量出时杆长、受热后温度达时的伸长量和受热前后的温度及，则该材料在（，）温区的线胀系数为 （2）其物理意义是固体材料在（t1,t2）温区内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为（）-1.测线胀系数的主要问题是如何测伸长量L.先粗估算出L的大小，若L250mm，温度变化t2t1100，金属的a数量级为10-5（）-1，则可估算出L0.25mm.对于这么微小的伸长量，用普通量具如钢尺或游标卡尺是测不准的，可采用千分表（分度值为0.001mm）、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法.本实验中采用千分表测微小的线胀量。千
38、分表是一种通过磁力的多极增速作用，把一微小的位移，转换为读数圆盘上指针的读数变化的微小长度测量工具，它的传动原理如图3所示，结构如图4所示，千分表在使用前，都需要进行调零，调零方法是：在测头无伸缩时，松开“调零固定旋钮”，旋转表壳，使主表盘的零刻度对准主指针，然后固定“调零固定旋钮”。调零好后，毫米指针与主指针都应该对准相应的0刻度。千分表的读数方法：本实验中使用的千分表，其测量范围是0-1 mm。当测杆伸缩0.1 mm时，主指针转动一周，且毫米指针转动一小格，而表盘被分成了100个小格，所以主指针可以精确到0.1 mm的1/100，即0.001 mm，可以估读到0.0001 mm。即：千分表
39、读数=毫米表盘读数+主表盘读数 （单位：mm）（毫米表盘读数不需要估读，主表盘读数需要估读）例如：图5中千分表读数为：0.2+59.8=0.2598 mm四、实验步骤（1）开机 安装好实验装置，连接好电缆线，打开电源开关. 将“测量选择”开关按到“上盘 ” 档，顺时针调节“温度粗选”和“温度细选”钮到底，打开加热开关, 加热指示灯发亮（加热状态），同时观察恒温加热盘的温度变化，当恒温加热盘温度即将达到所需温度（如50.0）时逆时针调节“温度粗选”和“温度细选”钮使指示灯闪烁（恒温状态），仔细调节“温度细选”使恒温加热盘温度恒定在所需温度（如50.0）.（2）测量当加热盘温度恒定在设定温度50.
40、0，读出千分表数值L1，然后调节“温度粗选”和“温度细选”钮使加热盘温度恒定为55.0、60.0、65.0、70.0、75.0、80.0、85.0、90.0、95.0时，分别记下在这些温度下千分表读数L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10（3）用逐差法求出20时金属棒的平均伸长量，由（2）式 即可 求出金属棒在（50,95）温区内的线胀系数。四、实验记录1、测量铜杆原长L测量次数123平均值L0（mm）2、记录对应温度时的千分表读数温度（C）4045505560千分表读数Li（mm）温度（C）6570758085千分表读数Li+5（mm）Li+5- Li（mm）3、计算得到铜杆
41、的线胀系数铜杆在（T1= C，T10= C）温区的线胀系数为(C)-1五、思考题1. 试分析哪一个量是影响实验结果精度的主要因素？2. 试举出几个在日常生活和工程技术中应用线胀系数的实例。3. 若实验中加热时间过长，仪器支架受热膨胀，对实验结果有何影响？实验十二 非良导体热导率的测量导热系数（又称热导率）是反映材料热性能的重要物理量，热传导是热交换的三种（热传导、对流和辐射）基本形式之一，是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域的课题，材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移，在金属中电子流起支配作用，在绝缘体
42、和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用.在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定.一、实验目的了解热传导现象的物理过程，学习用稳态平板法测量非良导体的导热系数并用作图法求冷却速率.二、实验仪器与用具热导率测量实验装置、YJ-RZ-4A数字智能化热学综合实验仪(特别注意实验仪、加热盘的成套性)1. 热导率测量的实验装置如图1所示 加热引线 温度传感器引线温度传感器引线加热圆盘C待测材料B散热铝盘A图12. YJ-RZ-4A数字智能化热学综合实验仪的面板如图2所示图2三、实验原理1882年法国科学家傅立叶（J.Fourier）建立了热传导理论，目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅立叶热传导定律的基础之上.测量的方法可以分为两大类：稳态法和瞬态法，本实验采用的是稳态平板法测量不良导体的导热系数.当物体内部有温度梯度存在时，就有热量从高温处传递到低温处，这种现象被称为热传导.傅立叶指出，在dt时间内通过dS面积的热量dQ，正比于物体内的温度梯度，其比例系数是导热系数，即： （1）式中为传热速率，是与面积dS相垂直的方向上的温度梯度，“”号表示热量由高温区域传向