恒温槽恒温性能的测试.docx
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恒温槽恒温性能的测试
实验一恒温槽恒温性能的测试
、实验目的
1.了解恒温槽的构造及恒温原理，掌握恒温操作技术。
2.绘制恒温槽的灵敏度曲线，学会分析恒温槽的性能。
二、实验原理
许多物理化学量都与温度有关，要准确测量其数值，必须在恒温下进行。
实验室最常用的是用恒温槽来控制温度维持恒温，它是以某种液体为介质的恒温装置，依靠温度控制器来自动调节其热平衡。
图1—1恒温槽装置图
1—浴槽；2—电热丝；3—搅拌器；4—温度计；
5—接触温度计；6—温度控制器
恒温槽一般是由浴槽、搅拌器、加热器、接触温度计、温度控制器和温度计等部分组成，现分别介绍如下：
（如图所示）实验开始时，先将搅拌器3启动，
将实验目标温度调至所需恒温温度（例如25C），若此时浴槽1内的水温低于25C,则接触温度计5的两条引出线断路，贝U温度控制器6发出指令对加热器2通电加热，使浴槽1内的水温升高，当浴槽1内的水温达到25°C时，接触温度计5的两条引线导通，则温度控制器6发出指令对加热器2停止加热。
以后当浴槽1内的水因对外散热使温度低于25C时，则接触温度计5的两条引线再次断路，则加热器2重新工作。
这样周而复始就可使介质的温度在一定范围内保持恒定。
由于这种温度控制装置属于“通”“断”类型，当加热器接通后传热使介质
温度上升并传递质温度上升并传递给接触温度计，使它的水银柱上升。
由于传质、传热都需要一定时间，因此，会出现温度传递的滞后现象。
即当接触温度计的水银触及钨丝时，实际上电热器附近的水温已超过了指定温度，因此，恒温槽温度必高于指定温度。
同理，降温时也会出现滞后现象。
由此可知，恒温槽控制的温
图1-2温度控制器的电路图
T-电源变压器；D、D2、D3、D4-2AP3晶体二级管；J-121型灵敢朱D菇;
Cl、C-滤波电容；Li-工作指示氖炮；「电源指示灯炮。
度有一个波动范围，而不是控制在某一固定不变的温度，并且恒温槽内各处的温度也会因搅拌效果的优劣而不同。
控制温度的波动范围越小，各处的温度越均匀，恒温槽的灵敏度越高。
灵敏度是衡量恒温槽性能的主要标志，它除与感温元件、电子继电器有关外，还受搅拌器的效率、加热器的功率等因素的影响
恒温槽灵敏度的测定是在指定温度下，用较灵敏的温度计，如贝克曼温度计或精密温差测量仪，记录恒温槽温度随时间的变化，若最高温度为ti,最低温度为t2，则恒温槽的灵敏度tE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。
图1-3灵敏度曲线
在图1-3中曲线（a）表示恒温槽灵敏度较高；（b）表示加热器功率太大；（c）表示加热器功率太小或散热太快。
（b）、（c）>
为了提高恒温槽的灵敏度，在设计恒温槽时要注意以下几点：
1•恒温槽的容量要大些，其热容量越大越好。
2.尽可能加快电热器与接触温度计间传热的速率。
为此要使：
（1）感温元件
的热容尽可能小，感温元件与电热器间距离要近一些；
（2）搅拌效率要高。
3•作调节温度用的加热器功率要小些。
三、仪器与试剂
玻璃恒温水浴玻璃缸1个
精密温差测量仪1台
停表1块
四、实验步骤
1.将蒸馏水注入浴槽至容积的2/3处，将接触温度计、搅拌器、电热器、温度计和精密电子温差测量仪的温度探头等安装好。
2.将恒温槽控制面板上的测量/设定开关打倒设定档，将温度设定为目标温度，如25C。
3.将恒温槽控制面板上的测量/设定开关打倒测量挡，此时恒温槽的加热器开始工作。
4.测定恒温槽的灵敏度。
待恒温槽温度恒定在30C时的10min后，按精密电子温差测量仪上的置零键置零，然后用手表每隔30秒记录一次贝克曼温度计的读数，测定30min。
5.同法测定另一温度（如30C）下恒温槽的灵敏度和灵敏度曲线。
五、数据记录和处理
1、将实验测定的数据记录于表中：
（室温：
C压力：
_a）
2、以时间为横坐标，以温度为纵坐标，绘制温度-时间曲线；取最高点与最低点温度计算恒温槽的灵敏度tE。
六、讨论
1.本实验的恒温装置属于常温区的装置，且恒温温度只能高于室温，所以不能用于低于室温的恒温要求，若需在低于室温下恒温则要另外配备其他元件。
另
外，本实验装置只能通过控温系统使恒温槽的温度升温达到所指定的温度并维持恒定。
而不能通过温控系统使高于指定温度的恒温槽中水浴的温度降温达到所指定的温度。
遇到这种情况只能通过自然降温的方式或向水浴中添加较低温度的蒸馏水办法来实现。
2.本实验所使用的恒温槽是自组装的，实验室还经常使用一种由生产厂家组装好的恒温槽，称之为超级恒温槽。
其恒温原理与基本构造与自组装的基本相同。
不同之处在于超级恒温槽有循环水泵，能使恒温水循环流经待测体系，使待测体系得以恒温。
值得注意的是，超级恒温槽中的用水同样应使用蒸馏水，以防对金属槽体的腐蚀破坏。
附实验报告参考格式：
实验一恒温槽恒温性能测试
一、实验目的
通过恒温槽的构造了解恒温原理，掌握恒温调节的技术，并学会贝克曼温度计的使用方法和分析恒温槽的恒温性能。
二、实验原理
恒温槽是以某种液体为介质的恒温装置。
依靠恒温控制器来自动调节其热平衡，当恒温槽因对外散热而使介质温度降低时，恒温控制器就使恒温槽内的加热器工作。
待加热到设定温度时，它又使加热器停止加热，这样周而复始就可以使液体介质的温度在一定范围内保持恒定。
恒温槽的构造包括浴槽、加热器、搅拌器、温度计、感温元件和恒温控制器。
恒温操作是通过调节感温元件（接触温度计）的“通”“断”实现继电器对
加热器控制加热。
恒温槽控制的温度有一个波动范围，而不是控制在某一固定不变的温度，灵敏度是衡量恒温槽恒温性能的标志。
灵敏度•工为
f_勺1兮
迟一2
其中■■-分别为贝克曼温度计的读数最高值与最低值。
灵敏度曲线是以温
度为纵坐标，以时间为横坐标，绘制的“温度一时间”曲线。
三、实验操作
1•将蒸馏水注入浴槽至容积的2/3处，将接触温度计、搅拌器、电热器、温度计和精密电子温差测量仪的温度探头等安装好。
2•将恒温槽控制面板上的测量/设定开关打倒设定档，将温度设定为25C。
3.将恒温槽控制面板上的测量/设定开关打倒测量挡，此时恒温槽的加热器开始工作。
4.测定恒温槽的灵敏度。
待恒温槽温度恒定在30C时的10min后，按精密电子温差测量仪上的置零键置零，然后用手表每隔2分钟记录一次贝克曼温度计的读数，测定60min。
5.同法将温度设定为30r测恒温槽的灵敏度和灵敏度曲线。
四、数据记录和处理
1、实验测定的数据记录于表1中：
（室温：
22.2r压力：
98.5kpa）
时间ftrun
0
2
4
6
■
8
10
12
贝克量温匿计读魏
2.382
2.294
2.276
2348
2292
2.3S0
2340
14
16
13
20
22
24
2（5
23
30
2.292
2.254
2302
2.30（5
2.356
2.362
2.310
2.348
2372
32
34
36
38
40
42
44
46
船
2.318
2.282
2J7Q
2.324
2.2^4
3.J70
2.334
2.280
2.354
50
52
54
56
58
60
2.318
2.303
2.324
2.348
2.234
1316
2.恒温槽的灵敏度
2.382-2.254
、-°C=0.064°C
以上表中的时间为横坐标，贝克曼温度计读数为纵坐标，绘制恒温槽的灵敏度曲线如下图所示：
五、实验结果与讨论
从上面的灵敏度曲线可能看出，恒温槽的温度是在设定温度（30C）上下波
动，最大波动幅度小于土0.1C，说明此恒温槽的恒温效果良好；感温元件灵敏；恒温槽的热容量与加热功率搭配合理；搅拌器、接触温度计与加热器之间的距离合适。
应当指出的是，本实验所绘制的灵敏度曲线只是粗略地反映了恒温槽温度的
波动情况，因为在2分钟的测量间隔内，可能会发生接触温度计的“通”、“断”
情况，这时贝克曼温度计读数将会发生变化。
若测量间隔很短，且其他条件（搅拌速率、环境温度等）不变，则灵敏度曲线是很规则的、周期性变化的曲线。
本实验是以水作为恒温介质，控制温度范围0~90C。
对于其它的控制温度范围，应选用别的介质，经查阅文献（吕惠娟等：
《物理化学实验》，吉林大学出版社，1999:
18）可知，控温范围为-60~30C，使用乙醇或乙醇水溶液；80~160C，甘油；70~120C，液体石蜡或硅油。
另外，对于低于室温恒温的控制，应配上循环冷却装置（罗澄源等，物理化学（第二版），高等教育出版社，1991:
256）。
通过本实验我们了解到，恒温控制原理在现实生活中的应用比比皆是，如电冰箱、空调、洗浴热水器和电饭褒等。
所不同的是，它们所用的感温元件不同。
七、思考题
1、恒温槽主要由哪几个部分组成的？
各部分的作用是什么？
答：
恒温槽主要由浴槽、加热器、搅拌器、温度计、感温元件、温度控制器等部分组成的。
各部分的作用如下：
浴槽：
用来盛装恒温介质；加热器：
通过电加热使介质的温度升高，以弥补热量的散失；搅拌器：
通过机器搅拌保持浴槽内的介质各部分温度均匀；温度计：
指示恒温槽的温度，恒温槽的温度高低一定要以此温度计为准；感温元件；设定恒温槽所需的恒温温度，常用接触温度计作为感温元件；温度控制器：
通过感温元件发出的“通”、“断”指令，对加热器实施控制加热，常用继电器作温度控制器。
2、影响恒温槽灵敏度的主要因素有哪些？
答：
影响恒温槽灵敏度的因素很多，大体有：
（1）恒温介质：
流动性好，传热性能好，则控温灵敏度高；
（2）加热器：
功率适宜，热容量小，则控温灵敏度高；
（3）搅拌器：
搅拌速率要足够大，才能保证恒温槽内温度均匀；
（4）温度控制器：
电磁吸引电键，电键发生机械作用的时间越短，断电时线圈中的铁心剩余磁性愈小，则控温灵敏度就越高；
（5）接触温度计：
热容小，对温度的变化敏感，则灵敏度高；
（6）环境温度与设定温度的差值越小，控温效果越好。
3、欲提高恒温槽的控温精确度，应采取哪些措施？
答：
为了提高恒温槽的控温精确度，在设计恒温槽时要注意以下几点：
（1）恒温槽的热容量要大些，传热介质的热容量越大越好。
（2）尽可能加快电热器与接触温度计之间传热的速率。
为此要使：
（1）感
温元件的热容尽可能小，感温元件与电热器间距离要近一些；
（2）搅拌器效果要高。
（3）作调节温度用的加热器功率要小些。
4、普通（玻璃浴槽）恒温槽与超级恒温槽的区别是什么？
答：
普通（玻璃浴槽）恒温槽与超级恒温槽的恒温原理和基本构造大体相同。
主要区别是：
（1）普通恒温槽的槽体是玻璃浴槽，因为透明，所以便于观察待测体系。
（2）超级恒温槽配有循环水泵，能使恒温水循环流经待测体系，使待测体系得以恒温。
（3）部分超级恒温槽配有冷水循环或致冷系统，可以通过温控系统使恒温槽的温度设置在低于室温下恒温，而普通恒温槽一般不具备这种功能
实验一恒温槽恒温性能测试
姓名：
学号：
地点：
实验日期：
室温：
气压：
一、实验目的
通过恒温槽的构造了解恒温原理，掌握恒温调节的技术，并学会贝克曼温度计的使用方法和分析恒温槽的恒温性能。
二、实验原理
恒温槽是以某种液体为介质的恒温装置。
依靠恒温控制器来自动调节其热平衡，当恒温槽因对外散热而使介质温度降低时，恒温控制器就使恒温槽内的加热器工作。
待加热到设定温度时，它又使加热器停止加热，这样周而复始就可以使液体介质的温度在一定范围内保持恒定。
恒温槽的构造包括浴槽、加热器、搅拌器、温度计、感温元件和恒温控制器。
恒温操作是通过调节感温元件（接触温度计）的“通”“断”实现继电器对
加热器控制加热。
恒温槽控制的温度有一个波动范围，而不是控制在某一固定不变的温度，灵敏度是衡量恒温槽恒温性能的标志。
灵敏度•工为
%-2
其中'、》分别为电子温差测量仪上的的读数最高值与最低值。
灵敏度曲线是以温度为纵坐标，以时间为横坐标，绘制的“温度一时间”曲线。
三、实验操作
1•将蒸馏水注入浴槽至容积的2/3处，将接触温度计、搅拌器、电热器、温度计和精密电子温差测量仪的温度探头等安装好。
2.将恒温槽控制面板上的测量/设定开关打倒设定档，将温度设定为40C。
3.将恒温槽控制面板上的测量/设定开关打倒测量挡，此时恒温槽的加热器开始工作。
4.测定恒温槽的灵敏度。
待恒温槽温度恒定在40C时的10min后，按精密电子温差测量仪上的置零键置零，然后每隔2分钟记录一次电子温差测量仪上的读数，测定60min。
四、数据记录和处理
1实验测定的数据记录于表1中:
室温：
37.6C压力：
98.5kpa
实验时间/min
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58
6（
△T
-0.006
-0.015
0.026
0.018
0.007
-0.012
0.001
0.016
0.024
-0.001
0.006
-0.004
-0.006
-0.018
-0.027
-0.015
0.01
-0.006
-0.009
0.016
-0.01
-0.018
-0.025
-0.018
0.008
-0.012
-0.028
-0.021
-0.013
0.009
2•计算恒温槽的灵敏度
°C
te=0.024-（-0.025）/2=0.0125
3.以上表中的时间为横坐标，贝克曼温度计读数为纵坐标，绘制恒温槽的灵敏度曲线
恒温槽时间-温度曲线
五、实验结果与讨论
从上面的灵敏度曲线可能看出，恒温槽的温度是在设定温度（40C）上下波
动，最大波动幅度小于土0.1C，说明此恒温槽的恒温效果良好；感温元件灵敏；恒温槽的热容量与加热功率搭配合理；搅拌器、接触温度计与加热器之间的距离合适。
应当指出的是，本实验所绘制的灵敏度曲线只是粗略地反映了恒温槽温度的波动情况，因为在2分钟的测量间隔内，可能会发生接触温度计的“通”、“断”情况，这时贝克曼温度计读数将会发生变化。
若测量间隔很短，且其他条件（搅拌速率、环境温度等）不变，则灵敏度曲线是很规则的、周期性变化的曲线。
本实验是以水作为恒温介质，控制温度范围0~90C。
对于其它的控制温度范围，应选用别的介质，经查阅文献（吕惠娟等：
《物理化学实验》，吉林大学出版社，1999:
18）可知，控温范围为-60~30C,使用乙醇或乙醇水溶液；80~160C,甘油；70~120C，液体石蜡或硅油。
另外，对于低于室温恒温的控制，应配上循环冷却装置（罗澄源等，物理化学（第二版），高等教育出版社，1991：
256）。
通过本实验我们了解到，恒温控制原理在现实生活中的应用比比皆是，如电冰箱、空调、洗浴热水器和电饭褒等。
所不同的是，它们所用的感温元件不同。
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