物化实验报告_恒温槽的装配和性能测试

恒温槽的装配和性能测试

张鹏翔2013012030 材33

实验日期：2015年5月14日提交报告日期：2015年5月20日

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，

图1恒温槽工作原理图

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

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