物理实验中试管怎样加热

实验二十二　综合应用实验——控温电路研究

一、实验目的

1．学习用各种基本电路组成实用电路的方法。

2．学会系统测量和调试。

二、实验仪器

1．万用表

2．温度计

三、实验原理

1．控制系统构成

实验系统如图5－77所示，它是由负温度系数电阻特性的热敏电阻（NTC元件）R_t为一臂组成测温电桥，其输出经测量放大器（A₁、A₂、A₃组成）放大后由滞回比较器进行比较处理，得到“加热”与“停止”信号。最后由输出电路T₁、T₂通过R₁₆进行系统加热。改变测温电桥U_A值（调R_W1）即可改变控温点，而控温的精度则由滞回比较器的滞环宽度确定。R_t和R₁₆（100／2W）困绑在一起。

2．控制温度的标定

首先确定控制温度的范围。设控温范围的t₁～t₂（℃），严密的标定形式为：将NTC元件R_t置于恒温槽中，使恒温槽温度为室温t₁，调整R_W1使U_C＝U_D，此时的R_W位置标为t₁，同理可标定t₂的位置。根据控温精度要求，可在t₁～t₂之间标作若干点，在电位器R_W1上标注相应的温度刻度即可。控温电路工作时只要将R_W1对准所要求温度，即可实现恒温控制。实际试验时，由于不具备恒温槽条件，此实验仅模拟恒温控制的原理，对精度要求不高，另外受NTC元件限制，只能升温，不能制冷，但控制原理是一样的。我们调节R_W1在t₁（室温）和t₂（模拟升温，设定U_AB＝30mV）进行比较、调试和原理的说明。

图5－77　控温实验电路

3．实验电路分析

（1）设系统开始工作时温度较低，由于R_t的负温度特性，温度低则R_t较大，U_AB亦大。设B点电位不变，A点电位相应升高，由电路A₁、A₂、A₃的组态可看出，U_c输出电位很低。此时，U_E为高电位，T₁、T₂导通，系统开始加热，温度升高，且U_D维持在U_D高状态。

（2）温度的升高，使R_t下降，U_AB下降，U_C有上升趋势，但刚开始时仍然是U_C＜U_D高，滞回

比较器维持在U_E高电平输出，系统继续加热。

（3）温度继续升高，U_C上升到一定值，此时U_C≈U_D高。滞回比较器状态翻转，U_E变为低

电平，停止加热并有U_D低状态。

（4）停止加热后温度下降，U_C有下降趋势，但刚开始仍然是U_C＞U_D低，比较器维持在输出U_E低电平状态，继续停止加热，一直到U_C下降到满足U_C≈U_D低，比较器状态又翻转，U_E输出重新变为高电平，系统开始加热，电路回复到状态（1）。

图5－78　过程分析

实验中的加热装置用一个100Ω／2W的电阻模拟，将此电阻靠近R_t即可，调节R_W2使U_R＝4V，当调节R_W1由最大值逐渐减小到灯息和灯亮临界状态时为t₁，跟据滞回比较器的传输特性，此时U_C＝U_D，而此时100Ω／2W电阻的温度就是当前室温。继续调小R_W1，系统可以在新的控温点t₂上实现自动控制（见图5－78）。

四、实验内容与步骤

1．电桥电路连接与试验

R_W1取22kΩ电位器，连接电路，接入电桥电路＋5V电源，调节AR_W1使电桥工作电压为1V，调节R_W1，使U_AB≈0。

2．放大电路连接与试验

连接放大电路输入端3、5脚与A、B间的连线，U_J口左侧供＋12V和－12V电源，微调R_W1使U_AB电位少量增大，用示波器（Y通道，DC输入方式）可看到U_C电位较大幅度变化。

3．滞回比较器连接及调试

接通滞回放大器输入端电路，连入R_W2，通电后调节R_W2，设定U_W2为4V。改变R_W1，测U_C～U_E，列表记录数据并作图表达滞回曲线。

4．全系统调试

接通J₃与T₂发射极连线，给功率级集电极供＋12V电压，接通功率级输入，通电。将R_W1从大到小调节至U_AB＝30mV，用万用表测量并列表记录“系统加热”和“停止加热”两种情况下A、B、C、D、E各点电压值，然后观察并描述控温过程。

5．数据记录