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恒温槽装配和性能测试实验报告docx

发布日期: 2020-03-17 12:03
 

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  恒温槽装配和性能测试实验报告 篇一:实验1 恒温槽的装配和性能测试 实验1 恒温槽的装配和性能测定 1. 引言 1.1.实验目的 1.1.1. 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 1.1.2. 绘制恒温槽的灵敏度曲线(温度——时间曲线),学会分析恒温槽的性能 1.1.3. 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 量原理与使用方法 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所示。为了对恒温槽的性能进行测试,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,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的重要部件,它的灵敏度对控温精度起着关键作用。 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 热敏电阻测温装置用来对恒温槽的性能进行测试,测温原理见附录温度的测量 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 和停止加热时槽内水的温度(相对值),以T始、T停分别表示开始加热为纵坐标,时间tT?1/2(T始?T停) 为横坐标,记录仪自动画出灵敏度曲线。 若最高温度为??高,最低温度为??低,测得恒温槽的灵敏度为 TE??T高?T低 2 通过对上述曲线分析可以看出图中(a)表示灵敏度较高;(b)表示灵敏度较低;(c)表示加热功率偏大。如果加热器功率偏小,则达不到设定的温度值。 2. 实验内容 2.1.实验条件 室温实验开始:17.7℃实验结束19.0℃ 气压实验开始:101.87kPa 实验结束:101.79kPa 2.2.实验仪器 恒温槽1套:玻璃缸、电动搅拌器、1/10℃温度计、电加热器、继电器、调压器;热敏电阻温度计、电阻箱、甲电池、电桥盒、记录仪、放大镜等各一个。 2.3.实验操作 2.3.1 2.3.2 恒温槽的装配根据所给原件和仪器,按图2-1-2安装恒温槽,接好线路,经教师检查后方可接通电源。 恒温槽的调试玻璃缸中加入去离子水,约总容积的4/5。打开搅拌器(中速搅拌)、 继电器,旋开接点温度计上端磁性调节帽固定螺丝,调节设定温度至比要实际设定的温度低一些的位置(因为温度调节指示标尺的刻度一般不是很准确,适当调低一点防止超过需要设定的温度)。为了保证恒温效果,单加热型恒温槽温度设定最低值一般要高于室温8~10℃,加热开始。开始可将加热电压调到200V左右,待接近设定温度时,适当降低加热电压。仔细观察1/10℃温度计,当水槽温度将要达到设定值时,旋转磁性调节帽,使接点温度计上部的金属丝与水银处于通断的临界状态,可通过继电器指示灯判断。再观察1/10℃温度计,所示温度是否是要设定的温度,进行进一步调整。最后拧紧磁性调节帽的固定螺钉。 2.3.3 温度波动曲线的测定打开记录仪和电桥盒上的开关,用电阻箱将电桥调平衡, 使记录笔停在记录纸的中部。判断电桥电源极性是否连接正确,增大阻值,记录笔应向右侧移动,升高温度,记录笔也应向右侧移动。反之则需将甲电池正负接线对调。记录仪走纸速度定在定在4mm/min,开始记录,记录7~8 个周期 即可停止。 2.3.4 2.3.5 2.3.6 2.3.7 布局对恒温槽灵敏度的影响改变各元件间的相互位置,重复测定温度波动曲线,找出一个合理的最佳布局。 影响温度波动曲线的因素选定某个布局,分别改变加热电压(加热功率)和搅拌速度,测定温度波动曲线与未改变条件的温度波动曲线比较。 测定热敏电阻温度计的仪器常数(℃/格)将恒温槽温度升高,用放大镜观察1/10℃温度计,记录温度升高0.3~0.5℃记录笔移动的格数。 实验结束。剪下记录纸,将仪器复原。 2.4.注意事项 2.4.1. 1/10℃温度计所在位置就将来利用这个恒温槽做实验的系统所在区域。 2.4.2. 温度设定时要留有提前量,避免水槽温度高于欲设定值。 2.4.3. 接点温度计的刻度不是很准确,温度的设定与测量以1/10℃温度计为准。 3. 结果与讨论 3.1.原始结果 3.1.1. 仪器常数探究 个数 10 平均0.008℃/格 3.1.2. 布局探究:走纸速度:4mm/min,加热电压100V 搅拌速度4档,设定温度 25.0℃热敏电阻仪常数:0.0080℃/格。 :(本文来自:小草范文 网:恒温槽装配和性能测试实验报告)控温装置 :水流方向 :热敏电阻:搅拌器:加热器 90 篇二:实验一恒温槽的装配与性能测定报告 恒温槽的装配与性能测定 P王暮寒 中国科学技术大学 生命科学学院 【摘要】本实验通过测量恒温槽恒温后温度随时间的微小波动,分析其灵敏度等性能参数,并且掌握恒温槽的装配及恒温原理。 【关键词】恒温槽 灵敏度 控温 【正文】 一,前言 在许多物理化学实验中,由于待测的数据如折射率、粘度、电导、蒸汽压、电动势、化学反应的速度常数、电离平衡常数等都与温度有关。因此,这些实验都必须在恒温的条件下进行,这就需要各种恒温的设备。通常用恒温槽来控制温度,维持恒温。一般恒温槽的温度都相对的稳定,多少总有一定的波动,大约在±0.1℃,如果稍加改进也可达到0.01℃,要使恒温设备维持在高于室温的某一温度,就必须不断补充一定的热量,使由于散热等原因引起的热损失得到补偿。恒温槽之所以能够恒温,主要是依靠恒温控制器来控制恒温槽的热平衡。当恒温槽的热量由于对外散失而使其温度降低时,恒温控制器就驱使恒温槽中的电加热器工作,待加热到所需要的温度时,它又会使其停止加热,使恒温槽温度保持恒定。本实验即研究电磁继电器控恒温槽的灵敏度等性能。 二,实验部分 (一)仪器与药品 玻璃缸 1个  搅拌马达 1个南京大学应用物理研究所 电加热丝 1个 精密电子温差测量仪 1台南京大学应用物理研究所 调压变压器1台扬州金通电子有限公司 HK-1D型恒温水槽1台 南京大学应用物理研究所 蒸馏水 导线若干 (二)实验步骤 1、将蒸馏水注入水浴槽中,根据恒温槽组装的原则,按图1-1分别将所需各部件按要求装备好。 图1-1 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、将贝克曼温度计调节好,使其水银柱在25℃时停止在中间位置。(见附录贝克曼温度计的调节与使用) 3、将温控仪、250V可调变压器、电加热丝按电路图1-2连接好,并将搅拌马达接到另一只1kV的可调变压器的输出端,接好电源线、将控温仪热敏探头固定在恒温槽的一定位置,注意可浸入部分不可超过200mm,并将所有调压器电压调至最低。 5、经老师许可后插好电源,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。 6、恒温槽灵敏度测量: 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某个高于室温的温度上,如25℃(冬天),30℃(夏天)。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,然后自行选用一种温差计(贝克曼温差计和电子数字温差计)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某个高于室温的温度上,如40℃(冬天),45℃(夏天)。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,自行选用一种温差计测量温差△T与时间t的变化曲线: △T(℃)~t(sec) ③几乎相同的低加热电压,不同温度时的恒温控制及其恒温槽性能比较 这部分不需要进行测量,将①与②中相同的低加热电压(即相同的低加热速度),不同温度(即不同散热速度)下的曲线进行比较,请说明观察到的现象。 ④几乎相同的高加热电压,不同温度时的恒温控制及其恒温槽性能比较 这部分不需要进行测量,将①与②中相同的高加热电压(即相同的高加热速度),不同温度(即不同散热速度)下的曲线进行比较,请说明观察到的现象。 数据处理: 1. 成套恒温水浴(无循环水): 图一 成套恒温水浴无循环水的工作情况 稳定最大温度为: 0.086℃ 稳定最小温度为: 0.063℃ 循环时间大约是250个数据,一秒钟2个数据,即125秒 恒温槽灵敏度: t=0.086?0.063=0.0115℃ 2 2. 自组装恒温水浴175V电压(无循环水): 图二 自组装恒温水浴175V电压无循环水的工作情况 稳定最大温度为: 0.20℃ 稳定最小温度为: -0.025℃ 循环时间大约是2500个数据,一秒钟2个数据,即1250秒 恒温槽灵敏度: t=0.20?(?0.025)=0.1125℃ 2 3. 自组装恒温水浴100V电压(无循环水): 图三 自组装恒温水浴100V电压无循环水的工作情况 稳定最大温度为: 0.075℃ 稳定最小温度为: -0.025℃ 循环时间大约是1250个数据,一秒钟2个数据,即625秒 恒温槽灵敏度: t=0.075?(?0.025)=0.05℃ 2 4. 成套恒温水浴(有循环水 ): 图四 成套恒温水浴有循环水的工作情况 由图可以看出温度的波动一直不稳定,且波动范围也在变化,但是温度的升降速度明显加快,循环时间大约是200个数据,即100秒。 5.自组装恒温水浴175V电压(有循环水): 图五 自组装恒温水浴175V电压有循环水的工作情况 稳定最大温度为: 0.18℃ 稳定最小温度为: -0.03℃ 循环时间大约是3000个数据,一秒钟2个数据,即1500秒 恒温槽灵敏度: t=0.18?(?0.03)=0.105℃ 2 6. 自组装恒温水浴100V电压(有循环水): 图六 自组装恒温水浴100V电压有循环水的工作情况 稳定最大温度为: 0.075℃ 稳定最小温度为: -0.015℃ 循环时间大约是1300个数据,一秒钟2个数据,即650秒 恒温槽灵敏度: t= 0.075?(?0.015)=0.045℃ 2 篇三:恒温槽装配和性能测试 实验一 恒温槽装配和性能测试 【目的要求】 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、绘制恒温槽的灵敏度曲线(温度——时间曲线),学会分析恒温槽的性能 3、掌握精密数字温度温差仪、继电器及接触温度计的基本测量原理和使用方法 【基本原理】 物质的物理化学性质,如粘度、密度、蒸气压、表面张力、折光率等都随温度而改变,要测定这些性质必须在恒温条件下进行。一些物理化学常数如平衡常数、化学反应速率常数等也与温度有关,这些常数的测定也需恒温,因此,掌握恒温技术非常必要。 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,但温度的选择受到很大限制;另外一类是利用电子调节系统进行温度控制,此方法控温范围宽、可以任意调节设定温度。 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,根据温度控制范围,可用以下液体介质:-60度~30度用乙醇或乙醇水溶液;0度~90度用水;80度~160度用甘油或甘油水溶液;70度~300度用液体石蜡、汽缸润滑油、硅油。 恒温槽是由浴槽、电接点温度计、继电器、加热器、搅拌器和温度计组成,具体装置示意图见上图。继电器必须和电接点温度计、加热器配套使用。电接点温度计是一支可以导电的特殊温度计,又称为接触温度计。它有两个电极,一个固定与底部的水银球相连,另一个可调电极D是金属丝,由上部伸入毛细管内。顶端有一磁铁,可以旋转螺旋丝杆,用以调节金属丝的高低位置,从而调节设定温度。当温度升高时,毛细管中水银柱上升与一金属丝接触,两电极导通,使继电器线圈中电流断开,加热器停止加热;当温度降低时,水银柱与金属丝断开,继电器线圈通过电流,使加热器线路接通,温度又回升。如此,不断反复,使恒温槽控制在一个微小的温度区间波动,被测体系的温度也就限制在一个相应的微小区间内,从而达到恒温的目的。 1、浴槽 浴槽包括容器和液体介质。如果要求设定的温度与室温相差不太大,通常可用20dm3的圆形玻璃缸作容器。若设定的温度较高(或较低),则应对整个槽体保温,以减小热量传递速度,提高恒温精度。 恒温水浴以蒸馏水为工作介质。如对装置稍作改动并选用其它合适液体作为工作介质,则上述恒温可在较大的温度范围内使用。 2、温度计 观察恒温浴的温度可选用分度值为0.1℃的水银温度计,而测量恒温浴的灵敏度时应采用贝克曼温度计。温度计的安装位置应尽量靠近被测系统。所用的水银温度计读数都应加以校正。 3、搅拌器 搅拌器以小型电动机带动,其功率可40W,用变 速器或变压器来调节搅拌速度。搅拌器一般应安装在加热器附近,使热量迅速传递,以使槽内各部位温度均匀。 4、加热器 在要求设定温度比室温高的情况下,必须不断供给热量以及补偿水浴向环境散失的热量。电加热器的选择原则是热容量小、导热性能好、功率适当。 5、感温元件 感温元件种类很多,本实验采用接触温度计 (又称水银电导表)作为感温元件,其结构如图所示。 接触温度计示意图 接触温度计的下半段是一支温度计,上半段是控制用的指示装置。温度计的毛细管内有一根金属丝和上半段的螺母相连。它的顶部放置一磁铁,当转动磁铁时,螺母即带动金属丝眼螺杆向上或向下移动。在接点温度计中有两根导线。这两根导线的一端与金属丝相连,另一端则与温度控制器联接。 松开磁铁上的固定螺丝,旋转磁铁,把螺母调到设定值。例如要控制温度在35℃时,将螺母上沿调到35 ℃处。当水银柱上升到35℃时,恰与金属丝接触,加热器停止加热。但由于水银接点温度计的温度标尺刻度不够准确,需另用一支1/10℃温度计来准确测量恒温槽的温度。 6、继电器 继电器必须与加热器和接触温度计相连,才能起到控温作用。实验室常用的继电器有电子管继电器和晶体管继电器。 晶体管继电器电路图如下图所示。当接触温度计中水银柱与触针未接触时,1、2断开,在回路中产生电流,三极管的集电器电流使继电器工作,产生一个磁场,迫使开关K接通,加热器工作;当温度上升,使接触温度计中水银柱与触针接触时,1、2短路,继电器停止工作,磁场消失,开关K断开,加热器停止工作,如此反复,就使水温恒定在某一个温度范围。 晶体管继电器电路图 恒温槽的温度控制装置属于“通”“断”类型,当加热器接通后,恒温介质温度上升,热量的传递使水银温度计中的水银柱上升。但热量的传递需要时间,因此常出现温度传递的滞后,往往是加热器附近介质的温度超过设定温度,所以恒温槽的温度超过设定温度。同理,降温时也会出现滞后现象。由此可知,恒温槽控制的温度有一个波动范围,并不是控制在某一固定不变的温度。控温效果可以用灵敏度Δt表示: Δt = ±( t1 - t2 )/2 式中,t1为恒温过程中水浴的最高温度,t2为恒温过程中水浴的最低温度。可以看出:曲线(A)表示恒温槽灵敏度较高;(B)表示恒温槽灵敏度较差;(C)表示加热器功率太大;(D)表示加热器功率太小或散热太快。 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,控温灵敏度就高; 2.加热器功率要适宜,热容量要小,控温灵敏度就高; 3.搅拌器搅拌速度要足够大,才能保证恒温槽内温度均匀; 4.继电器电磁吸引电键,后者发生机械作用的时间愈短,断电时线圈中的铁芯剩磁愈小,控温灵敏度就高; 5.电接点温度计热容小,对温度的变化敏感,则灵敏度高;

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