恒温槽装备及性能测定文档格式.docx

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（一般是-40℃～100℃）、超级恒温槽（一般是室温～300℃）。

又因为100℃以上的液体介质不能用水而用油，通常又称为油槽。

快速控制好恒温槽的温度，可为许多物理化学实验创造好的条件（节省时间，避免因温度而产生误差）。

恒温槽要求对槽内液体的温度精确控温（控温精度是0.1℃甚至是0.01℃）。

最常用的是用电阻丝加热、压缩机制冷的方法，辅以PID微机自整定精确温度控制方式，将恒温槽的温度稳定在所需要的设定温度上。

各种恒温槽广泛使用于精细化工、生物工程、医药食品、冶金、石油、农业等领域。

为用户提供高精度的恒温场源，是研究院、高等院校、工矿企业实验室、质检部门理想的恒温设备。

2.实验原理

恒温槽的装置是多种多样的。

它主要包括下面的几个部件：

1敏感元件，也称感温元件；

2控制元件；

3加热元件。

感温元件将温度转化为电信号而输送给控制元件，然后由控制元件发出指令让电加热元件加热或停止加热。

下图即是一恒温装置。

它由浴槽、加热器、搅拌器、温度计、感温元件、恒温控制器等组成，现分别介绍如下：

1.浴槽：

通常用的是10dm3的圆柱形玻璃容器。

槽内一般放蒸馏水，如恒温的温度超过了100℃可采用液体石腊和甘油。

温度控制的范围不同，水浴槽中介质也不同，一般来说：

-60℃～30℃时用乙醇或乙醇水溶液。

0℃～90℃时用水。

80℃～160℃时用甘油或甘油水溶液。

70℃～200℃时用液体石蜡、硅油等。

恒温槽装置图

1-浴槽;

2-加热器;

3-搅拌器;

4-温度计;

5-感温元件（热敏电阻探头）6-恒温控制器;

7-贝克曼温度计。

2.加热器：

常用的是电热器，我们用的电加热器把电阻丝放入环形的玻璃管中，根据浴槽的直径大小弯曲成圆环制成。

它可以把加热丝放出的热量均匀地分布在圆形恒温槽的周围。

电加热器由电子继电器进行自动调节，以实现恒温。

电加热器的功率是根据恒温槽的容量、恒温控制的温度以及和环境的温差大小来决定的。

最好能使加热和停止加热的时间各占一半。

为了提高恒温的效果和精度，我们在恒温控制器和电加热器之间串接一只1kV的可调变压器，其恒温槽的电路图设计如图所示。

实验开始时，由于室温距恒定温度的温差较大，为了尽快升温达到恒定温度，我们就把串接的输出电压调高一些，而待其温度逐渐接近恒温温度时，为了减少滞后现象，要把可调变压器的输出电压降低一些，这样能较好地提高恒温槽控温的精度。

3.搅拌器：

一般采用功率为40W的电动搅拌器，并将该电动搅拌器串联在一个可调变压器上用来调节搅拌的速度，使恒温槽各处的温度尽可能地相同。

搅拌器安装的位置，桨叶的形状对搅拌效果都有很大的影响。

为此搅拌桨叶应是螺旋桨式的或涡轮式的，且有适当的片数、直径和面积，以使液体在恒温槽中循环，保证恒温槽整体温度的均匀性。

4.温度计：

恒温槽中常以一支1/10℃的温度计测量恒温槽的温度。

用贝克曼温度计测量恒温槽的灵敏度。

所用的温度计在使用前都必须进行校正和标化。

5.恒温控制器：

我们实验室采用的温控仪是7151-DM型有测温部件的控温仪。

它采用

稳定性能较好的热敏电阻作为感温元件，感温时间较短、使用方便、调速快、精度高并能进行遥控遥测。

这个感温元件又因使用了特殊的烧结工艺，故只需要将此感温元件（探头）放在所需的控温部位，就能在控温的同时，从测温仪表上精确地反应出被控温部位的温度值。

由图我们可知控温仪是由感温电桥、交流放大器、相敏放大器、控温执行继电器四部分组成。

热敏电阻Rt及R11、R12、R16和电位器Rp组成交流感温电桥，当热敏电阻探头感受的实际温度低于给定温度时，桥路输出变为负信号，使J1开始动作，并触发J2启动闭合，接通外接加热回路，这时加热器导通开始对体系加热，当感受到的温度与给定温度相同时，桥路平衡，无信号输出，J1恢复常开状态，使J2失去触发信号而恢复常开状态，断开加热回路，加热停止。

当实际温度再下降时控温执行继电器再次动作，重复上述过程达到控温目的。

该仪器的测温系统是利用直流电桥的不平衡从而在电表上迅速指示精确的温度值，而得到测温结果。

恒温槽灵敏度的测定是在指定温度下观察温度的波动情况。

也可在同一温度下改变恒温槽内各部件的布局来测量，从而找出恒温槽的最佳和最差布局。

也可选定某一布局，改变加热器电压和搅拌速度测定对恒温槽温度波动曲线的影响。

该实验用较灵敏的贝克曼温度计，在一定的温度下，记录温度随时间的变化。

如记最高温度为t1，最低温度为t2，恒温槽的灵敏度为：

灵敏度常以温度为纵坐标，以时间为横坐标绘制成温度——时间曲线来表示：

（a）表示恒温槽灵敏度较高；

（c）表示加热器功率太大；

（b）灵敏度较低；

（d）表示加热器功率太小或散热太快。

3.实验部分

（一）实验仪器与试剂

仪器：

玻璃缸1个秒表1个

电子温度计1支温控仪1台

电加热丝1个搅拌马达1个

导线若干

试剂：

蒸馏水

（二）.实验步骤

1）实验准备

连接仪器设备，插好电源，调电压开启搅拌使其有一快慢适中的搅拌速度。

打开温控仪电源，控制温控仪使之黄红灯交替明亮息灭，这时恒温槽处于恒温状态。

2）恒温槽灵敏度测量：

（1）机械自动化控制

①低温、不同加热电压情况下的恒温控制及其恒温槽性能比较

在既使用调压器和发热管，也使用控温器的情况下，将温度控制并恒温到30℃。

达到指定温度后，分别将调压器调节为175V（或180V）和100V两个加热电压，等继电器不断地开关跳动表现恒温以后，然后用电子数字温差计测量温差△T与时间t的变化曲线：

△T（℃）～t（sec）

②高温、不同加热电压情况下的恒温控制及其恒温槽性能比较

在既使用调压器和发热管，也使用控温器的情况下，将温度控制并恒温到45℃。

达到指定温度后，分别将调压器调节为175V（或180V）和100V两个加热电压，等继电器不断地开关跳动表现恒温以后，然后选用电子温差计测量温差△T与时间t的变化曲线：

（2）人工手动控制

③没有控温器时的恒温控制及其恒温槽性能及比较：

在只使用调压器和发热管，而不使用控温器的情况下（相当于将接触温度计的位置调节到50℃，并使发热管始终处于加热状态即可），不断调节调压器的输出电压值使温度恒温到45℃。

等温度稳定以后，停止调压器输出电压调节，然后选用电子温差计测量温差△T与时间t的变化曲线：

4.实验结果

（1）计算各种使用条件下的恒温槽的灵敏度（计算过程见附件）

有附件中计算可得灵敏度：

175v@30℃t=±

0.054℃

100v@30℃t=±

0.022℃

175v@45℃t=±

0.058℃

100v@45℃t=±

0.020℃

手动控温45℃t=±

0.0068℃

（2）机械自动控温

-----为175v@30℃，t=±

--为100v@30℃，t=±

将30℃100v，175v时的温差—时间关系曲线坐在同一坐标系得：

温差/℃

时间/s

由图可知，在低温下（30℃），电压高时恒温槽的加热周期大，温度波动范围大灵敏度低；

电压低时恒温槽的加热周期小，温度波动范围小灵敏度高。

这是因为在恒温到相同温度时，电压越高加热惯性越大，当温度达到预设温度时仍有一定的滞后效应或惯性，导致温度在预设温度附近的波动越大，温差越大，灵敏度越小。

同时电压越大，波动越大，加热频率越小，导致周期也就越大。

-----为175v@45℃，t=±

0.058℃

--为100v@45℃，t=±

将45℃100v，175v时的温差—时间关系曲线坐在同一坐标系得：

由图可知，在高温下（45℃），电压高时恒温槽的加热周期大，温度波动范围大灵敏度低；

其原因与在低温下的情况一样。

（见上面）

③几乎相同的低加热电压（100v），不同温度时的恒温控制及其恒温槽性能比较

-----为100v@45℃，t=±

0.020℃

将100v，30℃,45℃时的温差—时间关系曲线坐在同一坐标系得：

由上图可知，在低电压（100v）下，温度低时加热周期大，温度波动范围大，灵敏度低;

温度高时加热周期小，温度波动范围小，灵敏度高。

这时因为在相同加热电压下体系温度越高，体系与环境的热交换越厉害，体系损失的热量越多越快，因此体系降温越快，故加热周期越小。

另外，在一样的低加热电压下，恒温体系高温，低温下所得的灵敏度大小差不多。

由本次试验所得在高温下曲线效果不太理想，在第三个最低点明显低于周围的两个，从而导致该条件下所得的灵敏度较低。

④几乎相同的高加热电压（175），不同温度时的恒温控制及其恒温槽性能比较

将175v，30℃,45℃时的温差—时间关系曲线坐在同一坐标系得

---为175v@30℃，t=±

0.054℃

由上图可知，在高电压（175v）下，温度低时加热周期大，温度波动范围大，灵敏度高;

温度高时加热周期小，温度波动范围小，灵敏度低。

另外，在一样的高加热电压下，恒温体系高温，低温下所得的灵敏度大小差不多。

综合③④可知，在加热电压相同的条件下，高温低温恒温体系的灵敏度相差不大。

故体系灵敏度主要取决于加热电压，电压越高灵敏度越低。

（3）人工手动控制

⑤没有控温器时的恒温控制及其恒温槽性能及比较：

--为100v@45℃，t=±

----为手动控温45℃，t=±

由上图可知，手动控温与机械自动控温相比，温度波动更小，灵敏度更高。

这是因为手动控温时电阻丝加热管处于持续加热状态，从而没有所谓的加热惯性和滞后效应。

选定好电压后，此时温度恒定于45℃，只有小数点后第三位稍有变化，故加热丝恒定的向体系做功，体系相对恒定的向环境放热，整个体系恒温效果好，灵敏度自然比机械自动调节高得多。

5.综合分析讨论

1）将各种使用条件下的恒温槽温差—时间曲线和灵敏度统一作图得：

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