07007胡煥婷恒溫槽的裝配與性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、恒溫槽的裝配與性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)一恒溫槽的裝配與性能測(cè)定pb07007320 胡煥婷 中國(guó)科大地空系【摘要】本實(shí)驗(yàn)對(duì)恒溫槽的構(gòu)造、恒溫原理及其裝配和調(diào)試的基本技術(shù)進(jìn)行探討。通過繪制恒溫槽靈敏度曲線 (溫度時(shí)間曲線)，分析恒溫槽的性能，并探討貝克曼溫度計(jì)和溫控儀的調(diào)試與使用方法?！綼bstract 】in this experiment, we choose different conditions (difference in temperature margin and heat voltage) to examine the fluctuate of the temperature of the

2、 thermostat, in order to analyzed the factors taking effect on the sensitivity of the thermostat and grasp its theory and the method to operate this equipment. 【關(guān)鍵詞】恒溫槽靈敏度曲線貝克曼溫度計(jì)溫控儀【key-words 】thermostatic bath temperature margin beckmann thermometer sensitivity 【前言】物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)，如折射率、粘度、電導(dǎo)、蒸汽壓，以及反應(yīng)中的

3、電動(dòng)勢(shì)、化學(xué)反應(yīng)的速度常數(shù)、 電離平衡常數(shù)等都與溫度有關(guān)。因此，這些實(shí)驗(yàn)都必須在恒溫的條件下進(jìn)行，通常用恒溫槽來控制溫度維持恒溫。快速控制好恒溫槽的溫度,可為許多物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造好的條件 (節(jié)省時(shí)間 ,避免因溫度而產(chǎn)生誤差)。一般恒溫槽的溫度都相對(duì)的穩(wěn)定，多少總有一定的波動(dòng)，大約在0.1，如果稍加改進(jìn)也可達(dá)到0.01，在 1993 年，北京市計(jì)量科學(xué)研究所溫度室就已成功研制出我國(guó)第一臺(tái)數(shù)顯和控制分辨力均為0.001 的標(biāo)準(zhǔn)恒溫槽1。要使恒溫設(shè)備維持在高于室溫的某一溫度，就必須不斷補(bǔ)充一定的熱量，使由于散熱等原因引起的熱損失得到補(bǔ)償。恒溫槽之所以能夠恒溫，主要是依靠恒溫控制器來控制恒溫槽的熱平衡

4、。 當(dāng)恒溫槽的熱量由于對(duì)外散失而使其溫度降低時(shí)，恒溫控制器就驅(qū)使恒溫槽中的電加熱器工作，待加熱到所需要的溫度時(shí)，它又會(huì)使其停止加熱，使恒溫槽溫度保持恒定。本實(shí)驗(yàn)對(duì)恒溫槽的構(gòu)造、恒溫原理及其其裝配和調(diào)試的基本技術(shù)進(jìn)行探討，并通過繪制恒溫槽靈敏度曲線(溫度時(shí)間曲線)，分析恒溫槽的性能。此外，盡管試驗(yàn)中并沒有用到貝克曼溫度計(jì)，但仍了解了貝克曼溫度計(jì)和溫控儀的調(diào)試與使用方法?！緦?shí)驗(yàn)部分】一、儀器與藥品玻璃缸1 個(gè)秒表1 個(gè)恒溫槽的裝配與性能測(cè)定貝克曼溫度計(jì)1 支溫控儀1 臺(tái)050的 1/10 的溫度計(jì)1 支攪拌馬達(dá)1 個(gè)電加熱絲1 個(gè)蒸餾水導(dǎo)線若干恒溫槽結(jié)構(gòu)恒溫槽的裝置是多種多樣的。它主要包括下面的幾

5、個(gè)部件：1.敏感元件，也稱感溫元件；2.控制元件； 3.加熱元件。感溫元件將溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)而輸送給控制元件，然后由控制元件發(fā)出指令讓電加熱元件加熱或停止加熱。圖1-1。恒溫槽由浴槽、加熱器、攪拌器、溫度計(jì)、感溫元件、恒溫控制器等組成（圖 1-1） 。圖 1-1 恒溫槽裝置圖1-浴槽; 2-加熱器 ; 3-攪拌器 ; 4-溫度計(jì) ; 5-感溫元件 (熱敏電阻探頭 ) 6-恒溫控制器 ; 7-貝克曼溫度計(jì)。1.浴槽：是 10dm3的圓柱形玻璃容器，本實(shí)驗(yàn)中使用蒸餾水。注意不可以使用自來水，否則會(huì)在電加熱絲上形成水垢，難以清理。2.加熱器：我們用的電加熱器把電阻絲放入環(huán)形的玻璃管中，根據(jù)浴槽的直徑

6、大小彎曲成圓環(huán)制成， 這樣可以把加熱絲放出的熱量均勻地分布在圓形恒溫槽的周圍。由電子繼電器可以進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)恒溫。圖 1-2 恒溫槽電路圖實(shí)驗(yàn)開始時(shí)， 由于室溫距恒定溫度的溫差較大，為了盡快升溫達(dá)到恒定溫度，我們就把串接的輸出電壓調(diào)高一些，但不能超過200v。而待其溫度逐漸接近恒溫溫度時(shí)，為了減少恒溫槽的裝配與性能測(cè)定滯后現(xiàn)象，要把可調(diào)變壓器的輸出電壓降低一些，這樣能較好地提高恒溫槽控溫的精度。3.攪拌器：一般采用功率為40w 的電動(dòng)攪拌器，并將該電動(dòng)攪拌器串聯(lián)在一個(gè)可調(diào)變壓器上用來調(diào)節(jié)攪拌的速度，使恒溫槽各處的溫度盡可能地相同。同時(shí)， 攪拌速度應(yīng)適中，在確定攪拌速度后，實(shí)驗(yàn)之中不可以隨

7、意改變，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)條件的變化。4.溫度計(jì)： 恒溫槽中以一支1/10的溫度計(jì)測(cè)量恒溫槽的溫度。用數(shù)字貝克曼溫度計(jì)測(cè)量恒溫槽的靈敏度。 所用的溫度計(jì)在使用前都必須進(jìn)行校正和標(biāo)化。若接觸式溫度計(jì)與水銀溫度計(jì)讀數(shù)不一致，在剛剛接通時(shí)要進(jìn)行對(duì)照，以水銀溫度計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)。5.電子繼電器：為恒溫槽的控溫器，實(shí)際上是一個(gè)自動(dòng)開關(guān)，它與接觸式溫度計(jì)相配合，當(dāng)恒溫槽的溫度低于接觸式溫度計(jì)所設(shè)定的溫度時(shí)，水銀柱與觸針不接觸，繼電器由于沒電流通過或電流很小，這時(shí)繼電器中的電磁鐵磁性消失，銜鐵靠自身彈力自動(dòng)彈開，將加熱回路接通進(jìn)行加熱。反之則停止加熱，這樣交替地導(dǎo)通、斷開、加熱與停止加熱，使恒溫水浴達(dá)到恒定溫度的效果。控溫精

8、度一般達(dá)0.1，最高可達(dá)0.05。6.接觸式溫度計(jì)：該溫度計(jì)為感溫裝置，其下半段類似于一支水銀溫度計(jì)，上半段是控制用的指示裝置，溫度計(jì)的毛細(xì)管內(nèi)有一根金屬絲和上半段的螺母相連，它的頂部放置一磁鐵，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵時(shí)， 螺母即帶動(dòng)金屬絲沿螺桿向上或向下移動(dòng)，由此來調(diào)節(jié)觸針的位置。在接點(diǎn)溫度計(jì)中有兩根導(dǎo)線，這兩根導(dǎo)線的一端與金屬絲和水銀柱相連，另一端則與溫度的控制部分相連。為使恒溫槽溫度恒定， 接觸溫度計(jì)調(diào)至某一位置時(shí)，應(yīng)將調(diào)節(jié)帽上的固定螺釘擰緊，以免使之因振動(dòng)而發(fā)生偏移。二、實(shí)驗(yàn)步驟圖 1-4 接觸溫度計(jì)的構(gòu)造圖1-調(diào)節(jié)帽； 2-調(diào)節(jié)固定螺絲； 3-磁鐵； 4-螺桿引出線；4 -水銀槽引出線；5-標(biāo)鐵

9、；6-觸針； 7-刻度板；8-螺絲桿； 9-水銀槽。恒溫槽的裝配與性能測(cè)定1、將蒸餾水注入水浴槽中，根據(jù)恒溫槽組裝的原則，按圖1-1 分別將所需各部件按要求裝備好。2、將貝克曼溫度計(jì)調(diào)節(jié)好，使其水銀柱在25時(shí)停止在中間位置。(見附錄貝克曼溫度計(jì)的調(diào)節(jié)與使用)3、將溫控儀、250v 可調(diào)變壓器、電加熱絲按電路圖1-2 連接好 ,并將攪拌馬達(dá)接到另一只 1kv 的可調(diào)變壓器的輸出端，接好電源線。4、將控溫儀熱敏探頭固定在恒溫槽的一定位置，注意可浸入部分不可超過200mm,并將所有調(diào)壓器電壓調(diào)至最低。5、經(jīng)老師許可后插好電源，調(diào)電壓開啟攪拌使其有一快慢適中的攪拌速度。打開溫控儀電源，控制溫控儀使之黃

10、紅燈交替明亮息滅，這時(shí)恒溫槽處于恒溫狀態(tài)。6、恒溫槽靈敏度測(cè)量：（1）機(jī)械自動(dòng)化控制 低溫、不同加熱電壓情況下的恒溫控制及其恒溫槽性能比較在既使用調(diào)壓器和發(fā)熱管，也使用控溫器的情況下，將溫度控制并恒溫到某個(gè)高于室溫的溫度上，如25（冬天），30（夏天）。達(dá)到指定溫度后，分別將調(diào)壓器調(diào)節(jié)為175v（或 180v）和 100v 兩個(gè)加熱電壓，等繼電器不斷地開關(guān)跳動(dòng)表現(xiàn)恒溫以后，然后自行選用一種溫差計(jì)（貝克曼溫差計(jì)和電子數(shù)字溫差計(jì)） 測(cè)量溫差 t 與時(shí)間 t 的變化曲線：t（） t（sec ） 高溫、不同加熱電壓情況下的恒溫控制及其恒溫槽性能比較在既使用調(diào)壓器和發(fā)熱管，也使用控溫器的情況下，將溫度控

11、制并恒溫到某個(gè)高于室溫的溫度上，如40（冬天），45（夏天）。達(dá)到指定溫度后，分別將調(diào)壓器調(diào)節(jié)為175v（或 180v）和 100v 兩個(gè)加熱電壓，等繼電器不斷地開關(guān)跳動(dòng)表現(xiàn)恒溫以后，自行選用一種溫差計(jì) 測(cè)量溫差 t 與時(shí)間t 的變化曲線：t（） t（sec ）（2）人工手動(dòng)控制 沒有控溫器時(shí)的恒溫控制及其恒溫槽性能及比較：在只使用調(diào)壓器和發(fā)熱管，而 不使用控溫器的情況下（相當(dāng)于將接觸溫度計(jì)的位置調(diào)節(jié)到50，并使發(fā)熱管始終處于加熱狀態(tài)即可），不斷調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出電壓值使溫度恒溫到某個(gè)高于室溫的溫度上，如 40（冬天），45（夏天） 。等溫度穩(wěn)定以后，停止調(diào)壓器輸出電壓調(diào)節(jié)，自行選用一種溫差計(jì)

12、測(cè)量溫差 t 與時(shí)間 t 的變化曲線：t（） t（sec ）將這條變化曲線與中的兩條變化曲線比較說明觀察到的現(xiàn)象。三、 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)恒溫槽的裝配與性能測(cè)定1、為使恒溫槽溫度恒定， 接觸溫度計(jì)調(diào)至某一位置時(shí)，應(yīng)將調(diào)節(jié)帽上的固定螺釘擰緊，以免使之因振動(dòng)而發(fā)生偏移。2、當(dāng)恒溫槽的溫度和所要求的溫度相差較大時(shí)，可以適當(dāng)加大加熱功率，但當(dāng)溫度接近指定溫度時(shí)，應(yīng)將加熱功率降到合適的功率?！窘Y(jié)果與討論】一、 數(shù)據(jù)記錄及處理1. 20，175v 時(shí)溫度（t/）時(shí)間（ t/sec）曲線 : 由曲線可知：tmax tmin2minmaxttt1 0.065 -0.061 0.063 2 0.079 -0.062

13、0.070 3 0.082 -0.058 0.070 則恒溫槽的靈敏度為：cttt068.03/)070.0070.0063.0(2minmax恒溫槽的裝配與性能測(cè)定2. 20，100v 時(shí)溫度（t/）時(shí)間（ t/sec）曲線 : 由曲線可知：tmax tmin2minmaxttt1 0.024 -0.057 0.040 2 0.015 -0.057 0.036 3 0.008 -0.057 0.032 則恒溫槽的靈敏度為：cttt036.03/)032.0036.0040.0(2minmax3. 35，175v 時(shí)溫度（t/）時(shí)間（ t/sec）曲線 : 恒溫槽的裝配與性能測(cè)定由曲線可知：t

14、max tmin2minmaxttt1 0.046 -0.087 0.066 2 0.043 -0.080 0.062 3 0.073 -0.097 0.085 則恒溫槽的靈敏度為：cttt071.0)085.0062.0066.0(2minmax4. 35，100v 時(shí)溫度（t/）時(shí)間（ t/sec）曲線 : 恒溫槽的裝配與性能測(cè)定由曲線可知：tmax tmin2minmaxttt1 -0.025 -0.083 0.029 2 -0.027 -0.084 0.028 3 -0.030 -0.082 0.026 則恒溫槽的靈敏度為：cttt028.0)026.0028.0029.0(2minm

15、ax5. 40，人工手動(dòng)控制時(shí)溫度（ t/）時(shí)間（ t/sec ）曲線 : 恒溫槽的裝配與性能測(cè)定二、 結(jié)果分析1.加熱功率對(duì)恒溫槽靈敏度的影響20下，不同功率恒溫槽靈敏度比較：175v 時(shí)恒溫槽的靈敏度為：ct068.01100v 時(shí)恒溫槽的靈敏度為：ct036.02|12tt即加熱功率低（100v）的恒溫槽靈敏度較高。35下，不同功率恒溫槽靈敏度比較：175v 時(shí)恒溫槽的靈敏度為：ct071.01100v 時(shí)恒溫槽的靈敏度為：ct028.02恒溫槽的裝配與性能測(cè)定|12tt即加熱功率低（100v）的恒溫槽靈敏度較高。由上兩圖易得，在相同溫度下,不同加熱電壓時(shí), 溫度變化t 隨著時(shí)間t 呈周

16、期性變化。當(dāng)加熱功率大時(shí)(即 175v 時(shí))，溫度變化周期較大，且溫度波動(dòng)幅度較大。這是由于當(dāng)加熱功率較大時(shí)，液體溫度變化快，而滯后作用較大，故周期較長(zhǎng)，且溫度波幅度較大，恒溫效果較差，即恒溫槽靈敏度低。因此可以得到結(jié)論：同溫度下， 加熱功率低的恒溫槽靈敏度較高。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)選用較低的加熱功率， 這樣在低能耗的前提下還保證了溫差變化周期較小和更高的靈敏度，恒溫效果更好。2.溫度對(duì)恒溫槽靈敏度的影響175v 時(shí)，不同溫度恒溫槽靈敏度比較：20時(shí)恒溫槽的靈敏度為：ct068.0135時(shí)恒溫槽的靈敏度為：ct071.02恒溫槽的裝配與性能測(cè)定兩溫度下靈敏度相差不大。變化曲線比較如下圖：100v

17、時(shí)，不同溫度恒溫槽靈敏度比較：20時(shí)恒溫槽的靈敏度為：ct036.0135時(shí)恒溫槽的靈敏度為：ct028.02兩溫度下靈敏度相差不大。變化曲線比較如下圖：恒溫槽的裝配與性能測(cè)定由上面兩圖可得，溫度變化幅度兩不同溫度條件下相差不大，但溫度變化周期都是溫度較高（即35）的較短。這是由于在同一室溫下，恒定在較高溫度散熱速度較快，故體系溫度下降也較快， 反映在數(shù)據(jù)上就是溫度變化的周期變短。溫度變化周期反映了加熱器對(duì)體系間斷性加熱以維持恒溫的頻率。3. 40時(shí)手動(dòng)控溫與恒溫控制器性能比較手動(dòng)控溫時(shí),操作者需根據(jù)溫度偏離設(shè)定溫度的情況,實(shí)時(shí)改變加熱功率,控制加熱與散熱之間的關(guān)系，盡量維持溫度恒定,這樣得出

18、的溫度變化曲線沒有明顯的周期性.但由于恒溫儀器的滯后作用，曲線也呈高低變化。恒溫槽的裝配與性能測(cè)定手動(dòng)控制時(shí)， 沒有控溫器時(shí)的恒溫控制，在只使用調(diào)壓器和發(fā)熱管的情況下（即將接觸溫度計(jì)的位置調(diào)節(jié)到50，并使發(fā)熱管始終處于加熱狀態(tài)即可），不斷調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出電壓值（大約65v 左右）使溫度恒溫到35。可以看出溫度波動(dòng)相較不明顯，峰值間差距相對(duì)不大。 說明維持在特定的加熱功率時(shí)，恒溫槽的散失熱量大約與電加熱絲提供熱量相等，恒溫槽溫度趨于穩(wěn)定。與有恒溫控制器時(shí)的曲線進(jìn)行比較可以看出，手動(dòng)控制恒溫槽溫度變化的周期比有恒溫控制器時(shí)的周期小，且溫度的波動(dòng)也比有恒溫控制器時(shí)小，這說明手動(dòng)控制克服了繼電器和固定的加熱功率的影響,實(shí)時(shí)控制使溫度保持恒定。但手動(dòng)操作也有不可避免的缺點(diǎn)，如耗費(fèi)更多的人力且受人為影響極大，可能會(huì)有很大的偶然誤差。三、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及拓展1. 使某一體系維持在高于室溫的恒溫狀態(tài)的方法：環(huán)境體系間理想的靜態(tài)絕熱；環(huán)境體系間近似的動(dòng)態(tài)絕熱，當(dāng)體系不斷向環(huán)境散發(fā)熱量時(shí)，環(huán)境以另外的形式連續(xù)的向體系供給相等的熱量；實(shí)驗(yàn)中采用的自動(dòng)控溫裝置。三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：第一種方法原理最為簡(jiǎn)單，但很難實(shí)現(xiàn)；第二種方法從上圖可看出，溫度波動(dòng)范圍明顯比自動(dòng)控溫裝置要小，但是， 一旦外界因素發(fā)生改變 ( 如室溫降低)， 平衡很容