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物化实验报告_恒温槽的装配和性能测试

发布日期: 2019-11-19 03:39
 

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  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, 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 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,皇冠比分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, 图 1 恒温槽工作原理图 1.加热器 2.直流电源 3.温度调节器 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 Tr 断开 时时,Ec 通过 Rk 给锗三极管 BG 的基极注入正向电流 Ib,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 Tr 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 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 T ? 1/ 2(T始 ? T停 ) 为纵坐标,时间 t 为横坐标, 记录仪自动画出灵敏度曲线。 若最高温度为 T高 , 最低温度为 T低 , 测得恒温槽的灵敏度 用来对恒温槽的性能进行测试,测温原理见 图 4

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