TW-RG756铂丝表面黑度测定仪

探索热辐射奥秘：TW-RG756铂丝表面黑度测定仪教学实践

在传热学实验教学中，精密仪器往往能揭开抽象理论的神秘面纱。

作为职业院校热工课程教师，我有幸在教学中使用了多种实验设备，而TW-RG756铂丝表面黑度测定仪以其精确的测量和稳定的性能，成为我讲解热辐射原理的得力助手。今天，我想与大家分享这款仪器在教学中的应用与价值。

一、仪器介绍与实验目的

TW-RG756铂丝表面黑度测定仪是专门针对传热学教学开发的实验设备，主要用于研究固体材料的热辐射特性。在热工课程中，学生通过这台仪器可以直观理解黑度的物理意义，掌握辐射换热的基本规律。

通过本实验，学生能够达成以下几个学习目标：

• 熟悉测定铂丝黑度的实验方法，定量测定铂丝表面温度在100～500℃范围内的黑度值

• 理解真空辐射法的工作原理，掌握固体表面黑度的测量技术

• 分析温度对黑度的影响，探索黑度随温度变化的规律

• 掌握热工实验的基本技巧及相关仪表的工作原理和使用方法

二、工作原理与理论基础

在热辐射理论中，黑度（发射率） 是描述物体表面辐射能力的物理量，定义为实际物体与同温度黑体的辐射力之比。铂丝作为一种典型金属材料，其表面黑度受多种因素影响，正是研究热辐射规律的理想样品。

根据辐射换热理论，在真空环境下，两个表面之间的辐射换热量可以用以下公式计算：

其中：

• ${\mathrm{\Phi }}_{12}$为辐射换热量（W）

• $A_1$为铂丝表面积（m²）

• ${\epsilon }_1$为铂丝表面黑度

• $\sigma$为斯特藩-玻尔兹曼常数（$5.67\times {10}^{-8}{\text{W/m}}^2\cdot {\text{K}}^4$）

• $T_1$、$T_2$分别为铂丝和周围环境的绝对温度（K）

基于这一原理，TW-RG756通过测量铂丝的加热功率、表面温度和环境温度，反算出铂丝在特定温度下的黑度值。

三、仪器特点与技术参数

TW-RG756铂丝表面黑度测定仪集成了多项先进技术，确保了实验数据的准确性和可靠性。与传统设备相比，它具有以下几个突出特点：

1. 精确的温控系统

仪器采用高精度PID温度控制器，控温精度可达±0.1℃，配合双LED数字显示屏，使学生能够清晰直观地读取实时温度数据。

2. 真空辐射环境

仪器配置了专用玻璃真空腔，真空度可达10 Pa以下，有效消除了对流换热的影响，确保测量的是纯辐射换热。

3. 人性化操作界面

仪器配备了数显电压表和电流表，操作简单直观，学生可以轻松调节铂丝加热功率，观察不同温度下的黑度变化。

主要技术参数：

• 工作电源：AC220V±10%，50Hz

• 测量温度范围：100～500℃

• 铂丝规格：直径0.2mm，实验段长度100mm

• 真空腔：玻璃材质，具有良好的密封性和强度

• 安全保护：具有接地保护、漏电保护、过流保护

四、实验步骤与操作方法

在实际教学过程中，我总结了以下操作流程，帮助学生规范实验操作：

1. 实验前准备：检查仪器各部件连接是否正确，特别是真空系统的密封性。打开循环水泵，确保冷却系统正常工作。

2. 系统启动：将电控箱调压旋钮左旋到底，接通电源。缓慢调节稳压电源输出，使电压指示初始值（约0.15V）。

3. 数据记录：待铂丝温度稳定后，记录电流、电压及出水口温度。每组数据应等待足够时间，确保系统达到热平衡状态。

4. 多工况测量：逐步增加电压（每次增量0.2～0.3V），测量不同温度下的黑度值。注意不要使铂丝过热而烧成红色。

5. 数据处理：根据测量结果计算不同温度下铂丝的黑度，分析黑度随温度的变化规律。

五、实验数据处理与分析

在实验数据处理环节，我要求学生将测量数据记录在特定表格中，包括电压、电流、铂丝电阻值、铂丝温度等参数。

铂丝表面温度通过电阻法测定，计算公式为：

其中：

• $R_0$为铂丝在0℃时的电阻（0.28Ω）

• $R_t$为铂丝在t℃时的电阻

• $\alpha$为铂丝的电阻温度系数（$3.9\times {10}^{-3}\text{1/℃}$）

辐射换热量通过测量电功率计算，考虑端部导热损失后，实际辐射换热量为：

其中B为经验系数，通过大量实验得出。

最终，学生需要绘制黑度-温度关系曲线，分析铂丝黑度随温度的变化趋势。通常情况下，铂丝的黑度会随温度升高而略微增加，这与理论预测一致。

六、教学应用与注意事项

TW-RG756测定仪在职业院校教学中具有广泛的应用价值：

• 热工基础课程实验：帮助学生理解黑度、辐射换热等抽象概念

• 科研能力培养：通过实验设计、数据测量和分析，培养学生的科研素养

• 职业技能训练：学习精密仪器的操作技巧，提高工程实践能力

使用注意事项：

• 实验前必须检查电气安全，确保接地可靠

• 升温过程应逐步缓慢进行，避免铂丝因温度骤变而断裂

• 真空腔应定期检查密封性，维持高真空度

• 实验结束后应先切断加热电源，待系统冷却后再关闭冷却水

通过一学期的教学实践，我发现学生对热辐射理论的理解深度明显提升，能够将抽象的数学公式与实际物理现象联系起来，这种直观认识是纯理论教学难以达到的。

在职业院校的热工课程教学中，TW-RG756铂丝表面黑度测定仪不仅仅是一台测量设备，更是连接理论与实践的桥梁。通过亲手操作、观察现象、分析数据，学生们能够深入理解热辐射的本质，培养严谨的科学态度和实践能力——这正是我们职业教育的价值所在。

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