恒溫槽裝配性能測(cè)試及恒溫操作

1、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)講義恒溫槽裝配、性能測(cè)試及恒溫操作預(yù)習(xí)題：1. 玻璃恒溫水浴槽包括哪些部件？它們的作用？2. 如何操作溫度控制儀調(diào)節(jié)溫度？如何確定水浴溫度已恒溫于某一溫度？3. 電加熱器加熱過(guò)程中，加熱電壓如何調(diào)節(jié)？4. 如何防止水浴溫度超過(guò)所需要的恒溫溫度？5. 一個(gè)優(yōu)良的恒溫水浴槽應(yīng)具備哪些基本條件？6. 繪制恒溫槽靈敏度曲線(xiàn)的溫度如何讀取？ 7. 恒溫槽靈敏度E的意義是什么？如何求得？8. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，感溫元件（熱敏電阻）應(yīng)如何處理？9. 實(shí)驗(yàn)中三個(gè)測(cè)量溫度的元件（水銀溫度計(jì)、溫度指示控制儀、貝克曼溫度計(jì)）的作用分別是什么？哪一個(gè)溫度顯示值是水浴的準(zhǔn)確溫度？一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解恒溫槽的構(gòu)造及恒

2、溫原理，初步掌握其裝配和調(diào)試的基本操作技術(shù)。2. 繪制恒溫槽的靈敏度曲線(xiàn)。3. 掌握貝克曼溫度計(jì)的使用方法。二實(shí)驗(yàn)原理圖1-1 恒溫槽裝置圖1-浴槽；2-加熱器；3-攪拌器；4-水銀溫度計(jì)；5-溫度控制儀傳感器（感溫元件）；6-恒溫控制儀；7-貝克曼溫度計(jì)傳感器在許多物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，由于欲測(cè)的數(shù)據(jù)，如折射率、蒸汽壓、電導(dǎo)、粘度、化學(xué)反應(yīng)速率等都隨溫度而變化，因此，這些實(shí)驗(yàn)都必須在恒溫條件下進(jìn)行。一般常用恒溫槽達(dá)到熱平衡條件。當(dāng)恒溫槽的溫度低于所需的恒定溫度時(shí)，恒溫控制器通過(guò)繼電器的作用，使加熱器工作，對(duì)恒溫槽加熱，待溫度升高至所需的恒定溫度時(shí)，加熱器停止加熱，從而使恒溫槽的溫度僅在一微小的區(qū)間

3、內(nèi)波動(dòng)，本實(shí)驗(yàn)所用恒溫槽的裝置如圖1-1所示。現(xiàn)將恒溫槽各部分的設(shè)備分別介紹于下：1浴槽。通常有金屬槽和玻璃槽兩種，槽的容量及形狀視需要而定。槽內(nèi)盛有為熱容較大的液體作為工作物質(zhì)，一般所需恒定溫度1100之間時(shí)，多采用蒸餾水；所需恒定溫度在100以上時(shí)，常采用石蠟油，甘油等。2感溫元件。它是恒溫槽的感覺(jué)中樞，其作用在于感知恒溫物質(zhì)的溫度，并傳輸給溫度控制儀。它是影響恒溫槽靈敏度的關(guān)鍵元件之一。其種類(lèi)很多，如半導(dǎo)體、熱敏電阻等，原理為利用材料電阻對(duì)溫度變化的敏感性達(dá)到控制溫度的目的。圖1-2溫度控制儀面板1電源，2溫度設(shè)定旋鈕，3加熱指示燈，4恒溫指示燈，5溫度指示刻度盤(pán)3溫度控制儀。如圖1-2

4、為WMZK-01型溫度指示控制儀面板。使用時(shí)需先將溫度指示控制儀與加熱器（必要時(shí)還需連接調(diào)壓器），再將所連接的傳感器探頭（即感溫元件）浸入恒溫槽內(nèi)的水中，接通電源后，調(diào)節(jié)旋鈕2設(shè)定加熱溫度?？潭缺P(pán)5顯示的是恒溫槽中水的溫度。當(dāng)水溫低于設(shè)定的溫度時(shí)，加熱器加熱，此時(shí)加熱指示燈3（綠燈）亮；而當(dāng)水溫達(dá)到所設(shè)定的溫度時(shí)，加熱器即停止加熱，此時(shí)恒溫指示燈4（紅燈）亮。4加熱器。常用的是電加熱器，其功率大小可視浴槽的容量及所需恒定溫度與環(huán)境溫度的差值大小而定。若采用功率可調(diào)的加熱器則效果較好，在開(kāi)始時(shí)，加熱器的功率可大一些，以使槽內(nèi)溫度較快升高，當(dāng)槽溫接近所需溫度時(shí)，再適當(dāng)減小加熱器的功率。5攪拌器。一

5、般采用功率為40W的電動(dòng)攪拌器，并用變速器來(lái)調(diào)節(jié)攪拌速度，以使槽內(nèi)各處溫度盡可能保持相同。6溫度計(jì)。常用最小分度為0.1的溫度計(jì)作為觀察溫度用。本實(shí)驗(yàn)又另用一支貝克曼溫度計(jì)來(lái)測(cè)定恒溫槽的靈敏度。 綜上所述，恒溫條件是通過(guò)一系列元件的動(dòng)作來(lái)獲得的。因此，不可避免地將存在著許多滯后現(xiàn)象，如溫度傳遞，感溫元件、溫度控制儀、電熱器等的滯后。因此，裝置時(shí)對(duì)上述元件的靈敏度應(yīng)有一定的要求，另外注意各元件在恒溫槽中的布局應(yīng)合理，如果各零件都很靈敏，但沒(méi)有很好的布局，仍不能達(dá)到很好的恒溫目的。在恒溫槽中，電熱器和攪拌器應(yīng)放得較近，這樣一有熱量放出立即能傳到恒溫槽各部。感溫元件要放在電熱器和攪拌器的附近，不能放

6、遠(yuǎn)，因?yàn)檫@一區(qū)域溫度變化幅度最大，若放遠(yuǎn)處，則幅度小，會(huì)減弱感溫元件的作用。至于測(cè)量系統(tǒng)，不宜放在邊緣。顯然，恒溫槽控制的溫度有一個(gè)波動(dòng)的范圍，波動(dòng)的范圍越小，各處的溫度越均勻，恒溫槽的靈敏度越好。靈敏度是衡量恒溫槽好壞的主要標(biāo)志，一般是指在達(dá)到恒溫狀態(tài)后，采用貝克曼溫度計(jì)，觀察槽溫隨時(shí)間的變化，以始，停分別表示達(dá)到恒溫狀態(tài)后加熱器開(kāi)始加熱和停止加熱時(shí)槽內(nèi)水的溫度（貝克曼溫度計(jì)上的相對(duì)溫度，可準(zhǔn)確到小數(shù)點(diǎn)后三位）的平均值，以為縱坐標(biāo)的中值，作出溫度時(shí)間曲線(xiàn)，即靈敏度曲線(xiàn)。通過(guò)對(duì)曲線(xiàn)的分析，可以對(duì)恒溫槽的靈敏度作出評(píng)價(jià)，若最高溫度為高，最低溫度為低，則恒溫槽的靈敏度E為： 。三儀器與藥品玻璃缸（

7、20 L） 1個(gè)； 半導(dǎo)體熱敏電阻 1個(gè)；攪拌器（40 W） 1個(gè)； 加熱器（1000 W） 1個(gè)；溫度指示控制儀 1個(gè)； 秒表 1個(gè)；溫度計(jì)（050，最小分度為0.1） 1支；貝克曼溫度計(jì)（數(shù)顯或玻璃） 1支； 調(diào)壓變壓器（1000 W） 1個(gè)；四實(shí)驗(yàn)步驟 1. 恒溫槽的裝配 在玻璃缸中加入蒸餾水至容積的2/3處，按圖1-1將各部件裝置好，接好線(xiàn)路。 2. 恒溫槽的調(diào)試調(diào)節(jié)溫度控制儀，使指針稍低于30，經(jīng)教師允許后，接通電源，開(kāi)動(dòng)攪拌器，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速適當(dāng)。隨即進(jìn)行加熱，開(kāi)始時(shí)可將加熱電壓調(diào)到200 V左右，注意觀察最小分度為0.1的溫度計(jì)汞面，待槽溫達(dá)到29時(shí)，將加熱電壓調(diào)至100 V左右，微調(diào)

8、控溫儀指針，如指示綠燈自動(dòng)滅掉時(shí)，水銀溫度計(jì)讀數(shù)剛好為30，則表示恒溫槽處于30恒溫狀態(tài)。溫度指示控制儀的指示值存在誤差，指針調(diào)節(jié)在30，可能實(shí)際恒定的溫度是32或者27等等，所以開(kāi)始調(diào)節(jié)時(shí)指針對(duì)應(yīng)的溫度應(yīng)低于所恒定的溫度，而是否恒溫到30應(yīng)以水銀溫度計(jì)的讀數(shù)為準(zhǔn)。再次調(diào)節(jié)加熱電壓，使加熱時(shí)間與停止加熱時(shí)間近似相等（即綠燈亮的時(shí)間和紅燈亮的時(shí)間幾乎相等）。然后從貝克曼溫度計(jì)（用溫差檔）讀出開(kāi)始加熱和停止加熱時(shí)水的溫度始、停，各記錄2次。 3. 恒溫槽靈敏度的測(cè)定 待恒溫槽在30下恒溫5 min后，用秒表計(jì)時(shí)，每隔2 min從貝克曼溫度計(jì)（溫差檔）上讀一次水的溫度，測(cè)定60 min。 將恒溫槽溫

9、度調(diào)至35，再相同步驟測(cè)定35下恒溫槽的靈敏度。實(shí)驗(yàn)完畢，切斷電源，將溫度控制儀傳感器及貝克曼溫度計(jì)傳感器從水浴中拿出并擦干，溫度控制儀傳感器還需套上塑料帽，以防損壞。五數(shù)據(jù)記錄和處理 1. 列表記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 室溫 大氣壓恒溫槽溫度30恒溫槽溫度35始/停/始/停/恒溫槽溫度30恒溫槽溫度35t/min/t/min/2. 求出恒溫槽溫度為30時(shí)的始、停的算術(shù)平均值、。3. 以時(shí)間t為橫坐標(biāo)，溫度（溫差檔讀數(shù)）為縱坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)中值，繪出恒溫槽的靈敏度曲線(xiàn)。4. 在靈敏度曲線(xiàn)上，找出達(dá)到恒溫后的最高溫度高，最低溫度低，求出該恒溫槽在30時(shí)的靈敏度E（30），并對(duì)其靈敏度作出評(píng)價(jià)。5同上，繪出35

10、時(shí)恒溫槽的靈敏度曲線(xiàn)，求出E（35），并對(duì)其靈敏度作出評(píng)價(jià)。六. 思考題 1. 欲提高恒溫槽的靈敏度，主要通過(guò)哪些途徑？ 2. 開(kāi)動(dòng)恒溫槽之后，為什么要將溫度控制儀上的指針調(diào)節(jié)到低于所需溫度處，如果高了會(huì)產(chǎn)生什么后果？ 3. 如何使用溫度控制儀調(diào)節(jié)溫度并達(dá)到恒溫? 4. 貝克曼溫度計(jì)的零點(diǎn)誤差會(huì)不會(huì)影響恒溫槽靈敏度的測(cè)量？七實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)1水銀大氣壓計(jì)的用法。許多物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)受溫度、大氣壓等環(huán)境條件影響，所以每次物化實(shí)驗(yàn)需記錄當(dāng)時(shí)的室溫和大氣壓，不論實(shí)驗(yàn)是否特殊要求記錄。使用水銀大氣壓計(jì)測(cè)量大氣壓時(shí)，先旋轉(zhuǎn)大氣壓計(jì)底部手柄，調(diào)節(jié)水銀槽中水銀面的高度，使得水銀面恰好和上方倒三角形象牙針的尖相接觸（

11、可平視觀察象牙針和水銀中象牙針的倒影），這一調(diào)節(jié)會(huì)使上方水銀柱的高度發(fā)生變化；再調(diào)節(jié)氣壓計(jì)中間的標(biāo)尺，使得標(biāo)尺的下沿恰好與氣壓計(jì)中間水銀柱的凸液面相切；再讀出大氣壓的大小，讀數(shù)時(shí)先讀出小標(biāo)尺0刻度線(xiàn)下方最近的大標(biāo)尺上的刻度（假設(shè)為1011），再觀察小標(biāo)尺上哪一個(gè)刻度線(xiàn)恰好與旁邊大標(biāo)尺上的刻度相平（假設(shè)為3），則當(dāng)時(shí)的大氣壓為1011.3 hPa（1hPa100Pa）。 2數(shù)字貝克曼溫度計(jì)用法簡(jiǎn)介。相對(duì)于水銀溫度計(jì)，貝克曼溫度計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于其測(cè)量值精確度高：其中“溫度”檔可測(cè)至小數(shù)點(diǎn)后兩位，溫差檔可測(cè)至小數(shù)點(diǎn)后三位；但是所顯示的具體溫度值卻與當(dāng)時(shí)的實(shí)際溫度之間有一定偏差，即零點(diǎn)誤差（該誤差的數(shù)值是

12、固定的，可用貝克曼溫度計(jì)的測(cè)量值與水銀溫度計(jì)測(cè)量值之差求出）。如實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一個(gè)溫度差，那么兩溫度相減時(shí)零點(diǎn)誤差即被抵消，例如本實(shí)驗(yàn)中的靈敏度即為兩溫度差的一半，所以貝克曼溫度計(jì)的零點(diǎn)誤差不會(huì)影響恒溫槽靈敏度的測(cè)量。3. 恒溫槽靈敏度曲線(xiàn)。：開(kāi)始加熱時(shí)的相對(duì)平均溫度，即達(dá)恒溫后綠燈亮?xí)r兩次由貝克曼溫度計(jì)溫差檔讀出溫度的平均值；此時(shí)溫度較低。：停止加熱時(shí)的相對(duì)平均溫度，即紅燈亮?xí)r兩次由貝克曼溫度計(jì)溫差檔讀出溫度的平均值，此時(shí)溫度較高。：水浴的相對(duì)平均溫度。恒溫槽靈敏度：。高、低從靈敏度曲線(xiàn)上讀??；相當(dāng)于水浴溫度的最大波動(dòng)范圍；E：恒溫槽溫度最大波動(dòng)范圍的一半。E越小，恒溫槽靈敏度越高，恒溫溫度波動(dòng)范圍越小，恒溫性能越好。 4注意事項(xiàng)。（1）恒溫槽