实验28空气热机.DOC

实验28空气热机实验 热机是将热能转换为机械能的机器。历史上对热机循环过程及热机效率的研究，曾为热力学第2定律的确立起了奠基性的作用。斯特林1816年发明的空气热机，以空气作为工作介质，是最古老的热机之一。虽然现在已发展了内燃机，燃气轮机等新型热机，但空气热机结构简单，便于帮助理解热机原理与卡诺循环等热力学中的重要内容，是很好的热学实验教学仪器。 【实验目的】 理解热机原理及循环过程 测量不同冷热端温度时的热功转换值，验证卡诺定理 测量热机输出功率随负载及转速的变化关系，计算热机实际效率 【实验仪器】 空气热机实验仪(电热源)，空气热机测试仪，双踪示波器。 【仪器介绍】 仪器主要包括空气热机实验仪（实验装置部分）和空气热机测试仪两部分。 Ⅰ.空气热机实验仪 1．电加热型热机实验仪如图28－2所示 飞轮下部装有双光电门，上边的一个用以定位工作活塞的最低位置，下边一个用以测量飞轮转动角度。热机测试仪以光电门信号为采样触发信号。 汽缸的体积随工作活塞的位移而变化，而工作活塞的位移与飞轮的位置有对应关系，在飞轮边缘均匀排列45个挡光片，采用光电门信号上下沿均触发方式，飞轮每转4度给出一个触发信号，由光电门信号可确定飞轮位置，进而计算汽缸体积。 压力传感器通过管道在工作汽缸底部与汽缸连通，测量汽缸内的压力。在高温和低温区都装有温度传感器，测量高低温区的温度。底座上的三个插座分别输出转速/转角信号、压力信号和高低端温度信号，使用专门的线和实验测试仪相连，传送实时的测量信号。电加热器上的输入电压接线柱分别使用黄、黑两种线连接到电加热器电源的电压输出正负极上。 热机实验仪采集光电门信号，压力信号和温度信号，经微处理器处理后，在仪器显示窗口显示热机转速和高低温区的温度。在仪器前面板上提供压力和体积的模拟信号，供连接示波器显示P-V图。所有信号均可经仪器前面板上的串行接口连接到计算机。 加热器电源为加热电阻提供能量，输出电压从24V~36V连续可调，可以根据实验的实际需要调节加热电压。 力矩计悬挂在飞轮轴上，调节螺钉可调节力矩计与轮轴之间的摩擦力，由力矩计可读出摩擦力矩M，并进而算出摩擦力和热机克服摩擦力所做的功。经简单推导可得热机输出功率P=2πnM，式中n为热机每秒的转速，即输出功率为单位时间内的角位移与力矩的乘积。 2．电加热器电源 加热器电源前面板简介（见图28－3） 1－电流输出指示灯：当显示表显示电流输出时，该指示灯亮； 2－电压输出指示灯：当显示表显示电压输出时，该指示灯亮； 3－电流电压输出显示表：可以按切换方式显示加热器的电流或电压； 4－电压输出旋钮：可以根据加热需要调节电源的输出电压，调节范围为“24V~36V”，共分做11档； 5－电压输出“－”接线柱：加热器的加热电压的负端接口； 6－电压输出“＋”接线柱：加热器的加热电压的正端接口； 7－电流电压切换按键：按下显示表显示电流，弹出显示表显示电压； 8－电源开关按键：打开和关闭仪器。 ②．加热器电源后面板简介（见图28－4） 9－电源输入插座：输入AC220V 电源，配3.15A保险丝； 10－转速限制接口：当热机转速超过15 n/s后，主机会输出信号将电加热器电源输出电压断开，停止加热。 Ⅱ. 空气热机测试仪 空气热机测试仪分为微机型和智能型两种型号。微机型测试仪可以通过串口和计算机通讯，并配有热机软件，可以通过该软件在计算机上显示并读取P-V图面积等参数和观测热机波形；本实验用智能型测试仪，不能和计算机通讯，只能用示波器观测热机波形。 ①．测试仪前面板简介（见图28－5） 1－T1指示灯：该灯亮表示当前的显示数值为热源端绝对温度； 2－ΔT指示灯：该灯亮表示当前显示数值为热源端和冷源端绝对温度差； 3－转速显示：显示热机的实时转速，单位为“转/每秒（n/s）”； 4－T1 /ΔT显示：可以根据需要显示热源端绝对温度或冷热两端绝对温度差，单位“开尔文（K）”； 5－T2显示：显示冷源端的绝对温度值，单位“开尔文（K）”； 6－T1 /ΔT显示切换按键：按键通常为弹出状态，表示4中显示的数值为热源端绝对温度T1，同时T1指示灯亮。当按键按下后显示为冷热端绝对温度差ΔT，同时ΔT指示灯亮； 7－通信接口：使用1394线热机通信器相连，再用USB线将通信器和计算机USB接口相连。如此可以通过热机软件观测热机运转参数和热机波形（仅适用于微机型）； 8－示波器压力接口：通过Q9线和示波器Y通道连接，可以观测压力信号波形； 9－示波器体积接口：通过Q9线和示波器X通道连接，可以观测体积信号波形； 10－压力信号输入口（四芯）：用四芯连接线和热机相应的接口相连，输入压力信号； 11－T1 / T2输入口（五芯）：用六芯连接线和热机相应的接口相连，输入T1 / T2温度信号；