恒溫槽的裝配和性能測(cè)試

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1、恒溫槽的裝配和性能測(cè)試叢樂(lè)2005011007生51班實(shí)驗(yàn)日期：2007年10月27日星期六提交報(bào)告日期：2007年11月3日星期六助教老師：劉馬林同組實(shí)驗(yàn)同學(xué)：韓益平1引言1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解恒溫槽的原理，初步掌握其裝配和調(diào)試的基本技術(shù)。2．分析恒溫槽的性能，找出合理的最佳布局。3．掌握水銀接點(diǎn)溫度計(jì)、熱敏電阻溫度計(jì)、繼電器、自動(dòng)平衡記錄儀的基本測(cè)量原理和使用方法。1.2實(shí)驗(yàn)原理許多物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)都需要在恒溫條件下進(jìn)行。欲控制被研究體系的某一溫度，通常采取兩種方法：一是利用物質(zhì)相變時(shí)溫度的恒定性來(lái)實(shí)現(xiàn)，叫介質(zhì)浴。如：液氮（-195.9℃）、冰－水（

2、0℃）、沸點(diǎn)水（100℃）、干冰－丙酮（-78。5℃）、沸點(diǎn)萘（218℃）等等。相變點(diǎn)介質(zhì)浴的最大優(yōu)點(diǎn)是裝置簡(jiǎn)單、溫度恒定。缺點(diǎn)是對(duì)溫度的選擇有一定限制，無(wú)法任意調(diào)節(jié)。另一種是利用電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對(duì)加熱或制冷器的工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使被控對(duì)象處于設(shè)定的溫度之下。本實(shí)驗(yàn)討論的恒溫水浴就是一種常用的控溫裝置，它通過(guò)繼電器、溫度調(diào)節(jié)器（水銀接點(diǎn)溫度計(jì)）和加熱器配合工作而達(dá)到恒溫的目的。其簡(jiǎn)單恒溫原理線路如圖2-1-1所示。當(dāng)水槽溫度低于設(shè)定值時(shí)，線路I是通路，因此加熱器工作，使水槽溫度上升；當(dāng)水槽溫度升高到設(shè)定值時(shí)，溫度調(diào)節(jié)器接通，此時(shí)線路II為通路，因電

3、磁作用將彈簧片D吸下，線路I斷開(kāi)，加熱器停止加熱；當(dāng)水槽溫度低于設(shè)定值時(shí)，溫度調(diào)節(jié)器斷開(kāi)，線路II斷路，此時(shí)電磁鐵失去磁性，彈簧片回到原來(lái)的位置，使線路I又成為通路。如此反復(fù)進(jìn)行，從而使恒溫槽維持在所需恒定的溫度。恒溫槽由浴槽、溫度計(jì)、接點(diǎn)溫度計(jì)、繼電器、加熱器、攪拌器等部件組成。如圖2-1-2所示。為了對(duì)恒溫槽的性能進(jìn)行測(cè)試，圖中還包括一套熱敏電阻測(cè)溫裝置。現(xiàn)將恒溫槽主要部件簡(jiǎn)述如下。圖1恒溫槽工作原理圖1.加熱器2.直流電源3.溫度調(diào)節(jié)器1.浴槽浴槽包括容器和液體介質(zhì)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選擇容器大小，一般選擇10L或者20L的圓形玻璃缸做為容器。若設(shè)定

4、溫度與室溫差距較大時(shí)，則應(yīng)對(duì)整個(gè)缸體保溫。以減少熱量傳遞，提高恒溫精度。恒溫槽液體介質(zhì)根據(jù)控溫范圍選擇，如：乙醇或乙醇水溶液（-60－30℃）、水（0－100℃）、甘油或甘油水溶液（80－160℃）、石蠟油、硅油（70－200℃）。本實(shí)驗(yàn)采用去離子水為工作介質(zhì)，如恒溫在50℃以上時(shí)，可在水面上加一層液體石蠟，避免水分蒸發(fā)。2.溫度計(jì)觀察恒溫浴槽的溫度可選擇1/10℃水銀溫度計(jì)，測(cè)量恒溫槽靈敏度則采用熱敏電阻測(cè)溫裝置。將熱敏電阻與1/10溫度計(jì)綁在一起，安裝位置應(yīng)盡量靠近被測(cè)系統(tǒng)。圖2恒溫槽裝置圖3.接點(diǎn)溫度計(jì)（溫度調(diào)節(jié)器）接點(diǎn)溫度計(jì)又稱接觸溫度計(jì)或水

5、銀導(dǎo)電表，如圖2-1-3所示。它的下半段是水銀溫度計(jì)，上半段是控制指示裝置。溫度計(jì)上部的毛細(xì)管內(nèi)有一根金屬絲和上半段的螺母相連，螺母套在一根長(zhǎng)螺桿上。頂部是磁性調(diào)節(jié)冒，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)磁性調(diào)節(jié)冒時(shí)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，可帶動(dòng)螺母和金屬絲上下移動(dòng)，螺母在溫度調(diào)節(jié)指示標(biāo)尺的位置就是要控制溫度的大致溫度值。頂部引出的兩根導(dǎo)線，分別接在水銀溫度計(jì)和上部金屬絲上，這兩根導(dǎo)線再與繼電器相連。當(dāng)浴槽溫度升高時(shí)，水銀膨脹上升，與上面的金屬絲接觸，繼電器內(nèi)線圈通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，加熱線路彈簧片吸下，加熱器停止加熱。隨著浴槽熱量的散失，溫度下降，水銀收縮并與上面的金屬絲脫離，繼電器電磁效應(yīng)消失，彈

6、簧片回到原來(lái)位置，接通加熱電路，系統(tǒng)溫度回升。如此反復(fù)，從而使系統(tǒng)溫度得到控制。需要注意的是，溫度調(diào)節(jié)指示標(biāo)尺的刻度一般不是很準(zhǔn)確，恒溫槽溫度的設(shè)定和測(cè)量需要1/10℃溫度計(jì)來(lái)完成。接點(diǎn)溫度計(jì)是恒溫槽重要部件，其靈敏度對(duì)控溫精度起關(guān)鍵作用。圖3水銀接觸溫度計(jì)示意圖4.繼電器繼電器與加熱器和接點(diǎn)溫度計(jì)和加熱器相連，組成溫度控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室常用的繼電器有晶體管繼電器和電子管繼電器。典型的晶體管繼電器電路如圖2-1-4所示，它是利用晶體管工作在截止區(qū)以及飽和區(qū)呈現(xiàn)的開(kāi)關(guān)特性制成的。其工作過(guò)程是：當(dāng)接點(diǎn)溫度計(jì)Tr斷開(kāi)時(shí)時(shí)，Ec通過(guò)Rk給鍺三極管BG的基極注入

7、正向電流Ib，使BG飽和導(dǎo)通，繼電器J的觸點(diǎn)K閉合，接通加熱電源。當(dāng)溫度升高至設(shè)定溫度，接點(diǎn)溫度計(jì)Tr接通，BG的基極和發(fā)射極被短路，使BG截至，觸點(diǎn)K斷開(kāi)，加熱停止。當(dāng)繼電器J線圈中的電流突然變小時(shí)，會(huì)感生出一個(gè)較高的反電動(dòng)勢(shì)，二極管D的作用是將它短路，避免晶體管被擊穿。必須注意的是，晶體管繼電器不能在高溫下工作，因此不能用于烘箱等高溫場(chǎng)合。5.加熱器常用的是電加熱器。加熱器的選擇原則是熱容量小、導(dǎo)熱性能好、功率適當(dāng)。加熱器功率的大小是根據(jù)恒溫槽的大小和所需控制溫度的高低來(lái)選擇的。通常我們都在加熱器前加一個(gè)和加熱器功率相適應(yīng)的調(diào)壓器，這樣加熱功率可

8、根據(jù)需要自由調(diào)節(jié)。6.攪拌器攪拌器的選擇與工作介質(zhì)的粘度有關(guān)，如：水、乙醇類(lèi)粘度較小的工作介質(zhì)選擇功率40W