恒温槽的装配和性能测试

恒温槽的装配和性能测试

丛乐2005011007 生51班

实验日期：2007年10月27日星期六提交报告日期：2007年11月3日星期六

助教老师：刘马林同组实验同学：韩益平

1 引言

1.1实验目的

1．了解恒温槽的原理，初步掌握其装配和调试的基本技术。

2．分析恒温槽的性能，找出合理的最佳布局。

3．掌握水银接点温度计、热敏电阻温度计、继电器、自动平衡记录仪的基本测量原理和使用方法。

1.2 实验原理

许多物理化学实验都需要在恒温条件下进行。欲控制被研究体系的某一温度，通常采取两种方法：一是利用物质相变时温度的恒定性来实现，叫介质浴。如：液氮（-195.9℃）、冰－水（0℃）、沸点水（100℃）、干冰－丙酮（-78。5℃）、沸点萘（218℃）等等。相变点介质浴的最大优点是装置简单、温度恒定。缺点是对温度的选择有一定限制，无法任意调节。另一种是利用电子调节系统，对加热或制冷器的工作状态进行自动调节，使被控对象处于设定的温度之下。

本实验讨论的恒温水浴就是一种常用的控温装置，它通过继电器、温度调节器（水银接点温度计）和加热器配合工作而达到恒温的目的。其简单恒温原理线路如图2-1-1所示。当水槽温度低于设定值时，线路I是通路，因此加热器工作，使水槽温度上升；当水槽温度升高到设定值时，温度调节器接通，此时线路II为通路，因电磁作用将弹簧片D吸下，线路I断开，加热器停止加热；当水槽温度低于设定值时，温度调节器断开，线路II断路，此时电磁铁失去磁性，弹簧片回到原来的位置，使线路I又成为通路。如此反复进行，从而使恒温槽维持在所需恒定的温度。

恒温槽由浴槽、温度计、接点温度计、继电器、加热器、搅拌器等部

件组成。如图2-1-2所示。为了对恒温槽的性能进行测试，图中还包括一

套热敏电阻测温装置。现将恒温槽主要部件简述如下。

1.浴槽浴槽包括容器和液体介质。根据实验要求选择容器大小，一

般选择10L或者20L的圆形玻璃缸做为容器。若设定温度与室温差距较

大时，则应对整个缸体保温。以减少热量传递，提高恒温精度。

恒温槽液体介质根据控温范围选择，如：乙醇或乙醇水溶液（-60－30℃）、水（0－100℃）、甘油或甘油水溶液（80－160℃）、石蜡油、硅油（70－200℃）。本实验采用去离子水为工作介质，如恒温在50℃以上时，可在水面上加一层液体石蜡，避免水分蒸发。

2.温度计观察恒温浴槽的温度可选择

1/10℃水银温度计，测量恒温槽灵敏度则

采用热敏电阻测温装置。将热敏电阻与

1/10温度计绑在一起，安装位置应尽量靠

近被测系统。

3.接点温度计（温度调节器）接点

温度计又称接触温度计或水银导电表，如

图2-1-3所示。它的下半段是水银温度计，

上半段是控制指示装置。温度计上部的毛

细管内有一根金属丝和上半段的螺母相

连，螺母套在一根长螺杆上。顶部是磁性

调节冒，当转动磁性调节冒时螺杆转动，

可带动螺母和金属丝上下移动，螺母在温

度调节指示标尺的位置就是要控制温度的

大致温度值。顶部引出的两根导线，分别图1恒温槽工作原理图

图2恒温槽装置图

接在水银温度计和上部金属丝上，这两根导线再与继电器相连。当浴槽温度升高时，水银膨胀上升，与上面的金属丝接触，继电器内线圈通电产生磁场，加热线路弹簧片吸下，加热器停止加热。随着浴槽热量的散失，温度下降，水银收缩并与上面的金属丝脱离，继电器电磁效应消失，弹簧片回到原来位置，接通加热电路，系统温度回升。如此反复，从而使系统温度得到控制。

需要注意的是，温度调节指示标尺的刻度一般不是很准确，恒温槽温度的设定和测量需要1/10℃温度计来完成。

接点温度计是恒温槽重要部件，其灵敏度对控温精度起关键作用。 4.继电器 继电器与加热器和接点温度计和加热器相连，组成温度控制系统。实验室常用的继电器有晶体管继电器和电子管继电器。典型的晶体管继电器电路如图2-1-4所示，它是利用晶体管工作在截止区以及饱和区呈现的开关特性制成的。其工作过程是：当接点温度计T r 断开时时，E c 通过R k 给锗三极管BG 的基极注入正向电流I b ，使BG 饱和导通，继电器J 的触点K 闭合，接通加热电源。当温度升高至设定温度，接点温度计T r 接通，BG 的基极和发射极被短路，使BG 截至，触点K 断开，加热停止。当继电器J 线圈中的电流突然变小时，会感生出一个较高的反电动势，二极管D 的作用是将它短路，避免晶体管被击穿。必须注意的是，晶体管继电器不能在高温下工作，因此不能用于烘箱等高温场合。

5.加热器 常用的是电加热器。加热器的选择原则是热容量小、导热性能好、功率适当。加热器功率的大小是根据恒温槽的大小和所需控制温度的高低来选择的。通常我们都在加热器前加一个和加热器功率相适应的调压器，这样加热功率可根据需要自由调节。

6.搅拌器 搅拌器的选择与工作介质的粘度有关，如：水、乙醇类粘度较小的工作介质选择功率40W 左右的搅拌器。若工作介质粘度或搅拌棒的叶片较大时，应选择功率大一些的搅拌器。

7.热敏电阻测温装置 用来对恒温槽的性能进行测试，测温原理见附录温度的测量与控制。

综上所述，恒温效果是通过一系列元件的动作来获得的。因此不可

避免地存在着滞后现象，如温度传递、感温元件、继电器、加热器等的

滞后。因此，装配时除对上述各元件的灵敏度有一定要求外，还应根据各元件在恒温槽中作用，选择合理的摆放位置，合理的布局才能达到理想的恒温效果。灵敏度是恒温槽恒温好坏的一个重要标志。一般在指定温度下，以T 始、T 停分别表示开始加热和停止加热时槽内水的温度（相对值），以1/2()T T T =-始停为纵坐标，时间t 为横坐标，记录仪自动画出灵敏度曲线如图2-1-5。

若最高温度为T 高，最低温度为T 低，测得恒温槽的灵敏度为

2

E T T T -=±

低

高

通过对上述曲线分析可以看出图中（a ）表示灵敏度较高；（b ）表示灵敏度较低；（c ）表示加热功率偏大。如果加热器功率偏小，则达不到设定的温度值。

图3水银接触温度计示意图 图4晶体管继电器工作原理 示意图 图5几种形状的灵敏度曲线