温度的测量与控制

t校 = t 测 + △t 露 ⑶其它因素的校正
温度计露茎校正示意图
h
贝克曼温度计
⒉贝克曼温度计（Beckmam ) 用来精密测量温差变化的，故又称示差温计 。 ⑴构造和特点：其构造如图
特点：刻度精细刻至0.01℃的间隔，用放大镜可估
读至0.002℃，量程较短，一般为50C，可供-6—120℃ 之间使用，不能测定温度的绝对值，只能粗略的表示 温度数值。刻度有两种标法：上升式，最大刻度在上， 最小刻度在下；下降式，则反之。 与水银温度计的区别：测量温差、水银量可调、测 温精度高、测量范围较大.
热电偶温度计
⒊热电偶温度计 ① 优点 结构简单、使用方便、测量精度高、 测温范围宽、便于远距离传送与集中检 测等优点。
热电偶温度计
② 原理 两种不同的导体接触构成回路时，回路中将产生电势，这种 电势的大小直接与两个接点之间的温度差有关，这种现象称为热 电效应。 利用热电效应制成的感温元件就是热电偶，利用热电偶作为 感温元件组成的温度计就是热电偶温度计。 在古典电子理论中， 热电势由温差电势和接触电势两部分构成。 温差电势是由均质导 体的两端温度差引起的。接触电势是当两种不同的导体A与B接触 时，因两者的自由电子密度不同，在接触点产生电子扩散，而形 成的电势。接触电势不但是温度t的函数，其对热电势的贡献也远 比温差电势大。 测出热电偶因为温度变化产生的热电势，根据热 电势和温度变化之间的函数关系就能知道引起热电势的温度值。
二位控温品质的分析１
有两种极为矛盾的情况： 一是：当设定温度与体系温度偏差较大时， 按控温要求，加热器应立即输出较大功率的热 量，以使被控对象的温度迅速回升至设定值所 需的时间不致过长，以免在外界扰动的影响下， 使温度长时间不能达到设定值，为了使达到设 定值的时间尽量缩短，则必须加大加热器固有 功率。
贝克曼温度计
d另一恒温浴，将其调至毛细管末端弯头所应到 达的温度，把贝克曼温度计臵于该恒温水浴中， 恒温5分钟以上。 e取出温度计，用右手紧握它的中部，使其近乎 垂直，用左手轻击右手小臂。水银柱即可在弯 头处断开。 f 将调节好的温度计臵于欲测温度的恒温浴中， 观察其读数值，并估计量程是否符合要求。
T/ K = 273.15+ t / 0C
3.华氏(Fahrenheit ) 温标
规定：在标准压力下，水的凝固点为32 度，沸点为212度作为两定点，定点间划 分为180等份，每一等份为一度。 符号: tF ，单位： 0F 华氏温标与摄氏温标的换算关系： tF/ 0F = 32 + 9/5 t / 0C 三种温标的关系为： t/ 0C = ( 9/5 t +32) / 0F= (t +273.15)/ K
⑶水银温度计的校正方法
⑴示值校正（零点校正） 方法一：用纯物质的相变点进行校正。 方法二：与标准温度计进行比较。 ⑵露茎校正 校正公式： △t 露茎 = k h ( t测 – t环）
式中:k = 0.000157 水银对玻璃的相对膨胀系数 t测 :测量温度计读数; t环: 辅助温度计读数;
h :露茎高度。
4.国际实用温标
国际实用温标以一些可复现的平衡态（定义 固定点）的指定值以及在这些温度点上分度的 标准仪器作为基础的。 ⒈固定点 ：通常以一定条件下某些高纯物质的相 变温度作为温标的定义固定点。 ⒉温度计：规定从高温到低温划分成四个温区， 在各温区分别选用一个高度稳定的标准温度计 来度量各固定点之间的温度值。 ⒊分度法 ：在固定点之间的温度值采用一些比较 严格的内插公式求得，力求与热力学温标相一 致。
曲线（d）加热器功率太小或散热太快的情况。
灵敏度曲线
灵敏度曲线
T (c) (b) (a) (d) t
灵敏度曲线
测定恒温水浴灵敏度的方法：在设定的温 度下，观察温度随时间变动情况。采用精密度 较高的贝克曼温度计，记录温度作为纵坐标， 同时记录相应的时间作为横坐标，再绘制灵敏 度曲线。 如图：Ts为设定温度，波动最低温度为T1, 最高温度为T2 ,则该恒温水浴的灵敏度为：
温度的测量与控制
第一节 温度的测量 第二节 温度的控制
第一节 温度的测量
一、温标的确立 二、温标: 温度的数值表示法叫做温标 三、温度计 ⒈ 水银—玻璃温度计 ⒉ 贝克曼温度计（Beckmam） ⒊ 热电偶温度计
一、温标的确立
温标是温度数值的表示方法。 确立一种温标主要包括以下三个方面： ①选择测温仪器 ②确定基准点 ③划分温度值
热电偶温度计
③ 条件和要求 首先 组成热电偶的金属性质要稳定 其次 应有较大的温度系数 第三 构成的热电偶重现性要好 ④ 制作方法 ⑤ 测量 ⑥ 种类
热电偶示意图
示意图
mV T1 T2
第二节 温度的控制
物质的物理性质和化学性质，如折光率、粘度、蒸 气压、表面张力、化学反应速率常数等，都与温度有 关。许多物化实验都需在恒温的条件下进行,所以就需 要掌握一定的控温技术。 按其控温范围： 高温控制（250 c 以上） 中温控制（250 c ——室温） 低温控制（室温—— -269c ） 按控温原理 ：恒温介质浴 电子器件控温
S = ±(T2 –T1) /2
其数值愈小表示该恒温槽性能愈好。
灵敏度曲线
T2 Ts T1 t
２.比例—积分—微分调节器控温
断续式—位置温度控制，这种控温方式虽 然比较简便，但加热器内的电流只有通和断两 种状态，电流的大小并不自动调节，因此在外 界环境条件变化比较大时，往往控温的精度比 较差. 利用可控硅的特性并采用比例—积分—微 分(PID, Proportion Integration Differentiation )调节器， 使加热器能随着偏差信号的大小用相应的变化 从而达到较高的控温精度。
接触温度计
电子调节系统
变换器
电子调节器
执行机构
被控对象
断续式二位置控温
⑴ ⑵ ⑶ ⑷ 电子管继电器 晶体管继电器 动圈式温度控制器 二位控温品质的分析
晶体管继电器
晶体管继电器电路图
-
D
Rk
J Ic
K
加热电源
Tr
Ib +
晶体管继电器
接触温度计Tr断开, Ec通过 Rk给锗三 极管BG注入电流 Ib, 使BG饱和导通,继电 器J的处点 K闭合,接通加热电源; 温度升高Tr接通,基极和发射极短路, 三极管BG截止, K打开,加热器不再加热.
贝克曼温度计
贝克曼温度计
⑵温度量程的调节 调节有两种方法 一、恒温浴调节法 a 首先确定所使用的温度范围。 b 根据使用范围，估计水银柱升至毛细管末端弯 头处的温度值。 c 将贝克曼温度计浸在温度较高的恒温浴中，使 毛细管内的水银柱升至弯头，并在球形出口处 形成滴状，然后取出温度计，将其倒臵，使它 与水银贮槽中的水银连接。
分类
一、恒温介质浴 二、电子调节系统 1. 断续式二位臵控温 2. 比例—积分—微分调节器控温(PID）
恒温介质浴
利用纯物质在相变时温度恒定这一原理来达 到控温的目的的。 常用于中温控制的恒温介质有： Na2SO4`10H2O(32.38℃)，沸点丙酮（56.5℃）， 沸点水（100℃），沸点萘（218.0℃）等； 高温控制的介质有：沸点硫（444.6℃）等， 低温控制的介质有：液氦（-269℃）、液氢 （-253℃）、氮（-196℃）、干冰—三氯乙烯 （-78℃）、冰—水（0℃）等。
贝克曼温度计
c 若估计值高于室温，可用温水，或倒臵温度 计利用重力作用，让水银流入水银贮槽，当温 度标尺处的水银面到达所需温度时，轻轻敲击， 使水银柱在弯头处断开；若估计值低于室温， 可将温度计浸于较低的恒温浴中，让水银面下 降至温度标尺上的读数正好达到所需温度的估 计值，同法使水银柱断开。 d 与上法相同，试验调节的水银量是否合适。
二、温标
⒈摄氏(Ceslius )温标： 在标准压力下，以水的凝固点（ 00C ） 和水的沸点（100 0C）为两个定点，两定 点之间划分为100等份,每一等份为一度。 符号: t ， 单位: 0C 。 ⒉热力学温标： ⒊ 华氏(Fahrenheit ) 温标： ⒋国际实用温标：
2.热力学温标
热力学温标也称开尔文（Kelvin）温标 或绝对温标。 定义水的三相点的热力学温度为273.16 度，水的三相点到绝对零度之间1/273.16 为热力学温标的1度。 符号:T ，单位：K 换算关系：
三、温度计
分类：
按测温性质分 ：
①水银—玻璃温度计（利用体积的改变）
②热电偶温度计（利用热电势的差异） ③电阻温度计 （利用电阻的改变） ④定容氢温度计（利用压力的改变 ） ⑤光学温度计 （利用光强的改变）
分类
按测温方式分：
①接触式温度计 （热平衡原理 ）利 用物质的体积、电阻、热电势等物理性 质与温度之间函数关系制成的。 ②非接触式温度计 利用光辐射的波长 分布或强度变化与温度的关系制成的。 按用途分：温度测量和温差测量两类。
２.比例—积分—微分调节器控温
PID 控制能在整段过度时间内,按照偏差信号的变化规律, 自动地调节通过加热器的电流,故又称 ―自动调流‖.温度 偏差大,加热电流大,温度偏差小,加热电流小,有比例调 节规律.但是当偏差为零时,不在加热,但由于环境的温度, 体系温度会下降. 在比例调节的基础上,加上微分调节规律,则在过度时 间的一开始,输出较大的加热电流,体系温度迅速回升,缩 短过度时间,随时间延长,加热电流逐渐下降,从微分调节 规律过度到比例,积分调节规律. PID调节器能按比例,积分,微分调节规律自动地调节 加热电流,加热电流是通过一个可控硅电路来实现的.
二位控温品质的分析２
二是：当被控对象体系的温度回升至
偏离设定值很小时，由于加热器输出功 率是固定的，则产生的热量超过实际需 要，导致体系温度超过设定值，这就要 求加热器输出的功率作相应的减小。
灵敏度曲线
在使用恒温槽时，用灵敏度曲线来判断控温性 能的优劣： 曲线（a），恒温槽的加热功率适中，介质的 热惰性小，因此温度波动小，控温精度高，是 良好的恒温槽的灵敏度曲线。 曲线（b） 加热器功率适中，但介质的热惰性 大，使得控温精度降低。 曲线（c）加热器功率过大，热惰性小。
几类常用的温度计构造和使用
⒈水银—玻璃温度计 ⑴水银温度计的分类
按其用途、量程和精度可分为 :
①普通水银温度计 ②精密水银温度计 ③高温水银温度计 ④分段温度计
几类常用的温度计构造和使用
⑵ 引起水银温度计误差的主要因素
①（直径、刻度） ②（滞后现象、体积改变） ③（外露） ④（压力）
几类常用的温度计构造和使用
恒温水浴Baidu Nhomakorabea
恒温水浴装置示意图
1.浴槽； 2.加热器； 3.搅拌器； 4.温度计； 5.电接点温度计； 6.继电器； 7.贝克曼温度计
电子调节系统
是目前普遍采用的控温装臵，具有控 温范围宽、控温精度高、温度可随意调 节等优点。 电子调节系统种类很多，但基本部件 都相同，包括变换器、电子调节器和执 行机构三个部件。其控温原理如图
贝克曼温度计
二、 标尺读数法 对操作比较熟练的人可以采用此法。该法 是直接利用贝克曼温度计上部的温度标尺，而 不必另外用恒温浴来调节，其操作步骤如下： a 首先估计最高使用温度值。 b 将温度计倒臵，使水银球和毛细管中的 水银徐徐注入毛细管末端的球部，再把温度计 慢慢倾斜，使贮槽中的水银与之相连接。