实验一 恒温槽的装配与性能测试

实验一 恒温槽的装配与性能测试

一．实验目的：

1. 了解恒温槽的构造及恒温原理，初步掌握其装配和调试的基本技术。 2. 绘制恒温槽灵敏度曲线。

3. 掌握水银接点温度计，继电器的基本测量原理和使用方法。

二．实验原理：

恒温控制可分为两类，一类是利用物质的相变点温度来获得恒温，如冰水混合物（0℃）、液氮（77.3℃）、沸点丙酮（56.5℃）、沸点萘（56.5℃）等。另一类是利用电子调节器加以自动调节。在近代实验技术中普遍应用后者。其优点是温度可以任意选定，控温精度高。

恒温槽是实验工作中常用的一种以液体为介质的恒温装置。用液体作介质的优点是热容量大和导热性好，从而使温度控制的稳定性和灵敏度大为提高。根据温度控制的范围，可采用下列液体介质：

-60℃~30℃ ——乙醇或乙醇水溶液； 0℃~90℃ ——水；

80℃~160℃ ——甘油或甘油水溶液；

70℃~200℃ ——液体石蜡、汽缸润滑油、硅油。 恒温槽通常由下列构件组成：

1、浴槽

2、加热器 3、搅拌器 4、水银温度计

5、电接触温度计（导电表） 6、继电器（控制器） 7、贝克曼温度计

图1-1 恒温水浴的控温示意图

1. 槽体：如果控制的温度同室温相差不是太大，用敞口大玻璃缸作为槽体是比较满意的。对于较高和较低温度，则应考虑保温问题。具有循环泵的超级恒温槽，有时仅作供给恒温液体之用，而实验则在另一工作槽中进行。

2. 加热器及冷却器：如果要求恒温的温度高于室温，则须不断向槽中供给热量以补偿其向四周散失的热量；如恒温的温度低于室温，则须不断从恒温槽取走热量，以抵偿环境向槽中的传热。在前一种情况下，通常采用电加热器间歇加热来实现恒温控制。对电加热器的要求是热容量小、导热性好，功率适当。选择加热器的功率最好能使加热和停止的时间约各占一半。

3. 温度调节器：温度调节器的作用是当恒温槽的温度被加热或冷却到指定值时发出信号，命令执行机构停止加热或冷却；离开指定温度时则发出信号，命令执行机构继续工作。

目前普遍使用的温度调节器是汞定温计(接点温度计) 。它与汞温度计不同之处在于毛细管中悬有一根可上下移动的金属丝，金属丝再与温度控制系统连接。

4. 温度控制器：温度控制器常由继电器和控制电路组成，故又称电子继电器。从汞定温计传来的信号，经控制电路放大后，推动继电器去开关电热器。

5. 搅拌器：加强液体介质的搅拌，对保证恒温槽温度均匀起着非常重要的作用。 设计一个优良的恒温槽应满足的基本条件是：（1）定温计灵敏度高，（2）搅拌强烈而均匀，（3）加热器导热良好而且功率适当，（4）搅拌器、汞定温计和加热器相互接近，使被加热的液体能立即搅拌均匀并流经定温计及时进行温度控制。

本实验是应用电子继电器和电接点温度计共同完成控温目的的。如图1-1所示，电接点

温度计（Ｔr ）有两个电极，其中一个电极是可调电极，由上部伸入毛细管内，末端可由磁性螺旋杆随意调节；另一个电极为固定电极，它伸入温度计底部与水银柱相接。这样，将电接点温度计置于水浴中，利用磁性螺旋杆可将标铁调节到欲控制的温度上。当水浴中的液体温度升高时，水银柱上升，两极导通，反之则断开。两电极的通断又影响着电子继电器（虚线框部分）中通过线圈Ｊ的电流的大小。Ｊ的电流大时，则产生的磁力强，克服弹簧（Ｓ）的弹力而吸下开关Ｋ使加热器（Ｈ）导通工作，反之则停止加热。

恒温槽的灵敏度及其测定

恒温槽的灵敏度是衡量恒温槽恒温性能好坏的主要标志。灵敏度与水银接点温度计中毛细管的粗细，金属丝与水银接触处是否清洁，搅拌器的效果，加热器功率的大小，恒温槽的体积大小及其热量散失，继电器的灵敏度等诸多因素有关。

为了测定恒温槽的灵敏度，可在指定温度下，采用贝克曼温度计来测定恒温槽温度的微小变化，作出恒温槽温度Ｔ随时间t 变化的曲线，如图1-1所示。图1-1曲线a 表示恒温槽的灵敏度良好，温度的波动极微小；曲线b 表示灵敏度较差，需要更换较灵敏的水银接点温度计；曲线c 表示加热器的功率太大；曲线d 表示加热器的功率太小。

图1-2 恒温槽的灵敏度曲线

若灵敏度曲线上的最高温度为T 高，最低温度为T 低，则恒温槽的灵敏度T E 可表示为

（1-1）

槽温是由槽内的0.1℃分度的精密温度计指示的，以Ｔ表示，则恒温槽的温度以 T± TE

表示。

三．实验步骤：

1. 根据所给元件和仪器，安装恒温槽，并接好线路。经教师检查完毕，方可接通电源。 2. 槽体中放入约4/5容积的蒸馏水。

3. 旋松汞定温计上端的调节帽固定螺丝，旋转调节帽，使汞定温计的温度较希望控制的温度低一定温度，打开搅拌器，继电器，然后加热。加热过程中要严格观察恒温槽中的精密温度计，以防实际温度超过设定温度。

4. 仔细观察恒温槽中的精密温度计，根椐其与控制温度差值的大小，进一步调节帽调节接点温度计，反复进行，直到实际温度在设定温度的一定范围内波动。调节时开始可以调节幅度大些，当实际温度快接近设定温度时，调节幅度要很小，不然很容易冲温。

5. 将调节帽固定螺丝旋紧，使之不再转动。

6. 记录温度随时间的变化值，以时间作为横坐标，实际温度与设定温度的温差作为纵坐标，绘制恒温槽灵敏度曲线。

7. 实验完毕后，关闭电源，整理实验台。

8. 注意：加热时最后插加热管的插头，关闭电源时首先拔掉加热管的插头。

四．数据记录计处理：

1. 数据记录：所需要控制的温度：25℃。

2. 数据处理，分析实验结果。

五．讨论及思考

1. 为什么开动恒温槽之前，要将温度指示控制仪控温旋扭使所指的温度调节到低于所需温度处，如果高了会产生什么后果？

2. 对于提高恒温槽的灵敏度，可从哪些方面进行改进? 答 1 因为当断开后，还会有余热继续升温，如果调高了，就会高出所需温度，降温是非常麻烦的一件事；

3. 影响恒温槽的灵敏度的因素主要有：（1）恒温介质：介质流动性好，热容大，则精度高；（2）定温计：定温计的热容小，与恒温介质的接触面积大，水银与铂丝和毛细管壁间的粘附作用小，则精度好；（3）加热器：在功率足以补充恒温槽单位时间内向环境散失能量的前提下，加热器功率愈小，精度愈好。另外，加热器本身的热容越小，加热器管壁的导热效率越高，则精度越好。（4）继电器：电磁吸引电键，后者发生机械运动所需时间越短，断电时线圈中的铁芯剩磁越小，精度越好。（5）搅拌器：搅拌速度需足够大，使恒温介质各部分温度能尽量一致。（6）部件的位置：加热器需放在搅拌器附近，以使加热器发出的热量能迅速传到恒温介质的各个部分。定温计要放在加热器附近，并且让恒温介质的旋转能使加热器附近的恒温介质不断地冲向定温计的水银球。被研究体系一般要放在槽中精度最好的区域。测定温度的温度计应放置在被研究体系的附近。 六．讲课重点：

恒温槽的用途、结构、装配及其工作原理；恒温槽性能的测试。