實(shí)驗(yàn)1 恒溫槽的裝配與性能的測定

1、恒溫槽的裝配與性能的測定 【摘 要】 本實(shí)驗(yàn)通過測定恒溫槽恒在不同條件下（不同加熱電壓）溫度隨時間的波動情況，分析影響恒溫槽靈敏度的因素，并在實(shí)驗(yàn)過程中初步掌握恒溫槽的裝配及恒溫原理。 【Abstract】 In this experiment, we choose different conditions (difference in heat voltage) to examine the fluctuate of the temperature of the thermostat , in order to analyzed the factors taking effect on th

2、e sensitivity of the thermostat and grasp its theory and the method to operate this equipment. 【關(guān) 鍵 詞】 恒溫槽 加熱電壓 靈敏度 【Keywords】 thermostat heat voltage sensitivity 【前 言】 在許多物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，待測數(shù)據(jù)如折射率、粘度、電導(dǎo)、蒸汽壓等都與溫度有關(guān)，這些實(shí)驗(yàn)都要在恒溫條件下進(jìn)行，通常用恒溫槽設(shè)備來控制溫度，目前恒溫槽主要靠恒溫控制器控制電加熱器工作，溫度都是相對的穩(wěn)定，多少總有一定的波動。所以在實(shí)驗(yàn)過程中，恒溫槽的靈敏度很重要，測量恒

3、溫槽的靈敏度對分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以及對恒溫槽的改進(jìn)都有著重要的意義。本實(shí)驗(yàn)就是通過電磁繼電器控恒溫槽靈敏度的測量，并進(jìn)行討論，來研究恒溫槽的改進(jìn)。 【實(shí)驗(yàn)過程】 實(shí)驗(yàn)原理 一、 恒溫槽通過電子及電器對加熱器自動調(diào)節(jié)，當(dāng)恒溫槽因熱量向外擴(kuò)散等原因使體系 又自動停止加熱。到體系再次達(dá)到設(shè)定值時，溫度低于設(shè)定值時，繼電器控制加熱器工作，精確地反映了被控溫部位恒溫控制器在控溫的同時，加熱過程中通過攪拌器使熱量均勻。即是一恒溫裝置。它由浴槽、加熱器、攪拌器、溫度計(jì)、感溫元件、恒1-1的溫度值。圖 溫控制器等組成。 恒溫槽裝置圖圖1-1 7-貝克曼溫度計(jì)6-恒溫控制器 感溫元件（熱敏電阻探頭）3-攪拌器 4-

4、溫度計(jì) 5- 1-浴槽 2-加熱器 實(shí)驗(yàn)儀器二、 儀器名稱 型號 產(chǎn)地 通州市滬通實(shí)驗(yàn)儀器廠 型(220V 50 10A) 6402電子繼電器 南京大學(xué)應(yīng)用物理研究所3F JDW精密電子溫差測量儀 江蘇金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠1(40W) 增力電動攪拌器 JJ天津市東風(fēng)電器廠 TDGC-1/0.5 調(diào)壓變壓器 恒溫槽裝置 實(shí)驗(yàn)步驟 三、1、 將電腦主機(jī)及相關(guān)電源插座通電，熟悉各部件功能（已經(jīng)裝配好） ； 2、 使用恒溫槽內(nèi)置的恒溫控制器，將溫度調(diào)為 30，將電子溫差測量儀置零打自己的測量通道，進(jìn)行測量，并不時的用 ORIGIN 作圖，當(dāng)圖顯示一定的規(guī)律時即可停止測量； 3、 將恒溫裝置換為由電子繼

5、電器控制的恒溫裝置，將溫度仍調(diào)為 30，電壓調(diào)為 175V，并將電子溫差測量儀置零打開自己的測量通道，進(jìn)行測量，并不時的用 ORIGIN 作圖，當(dāng)圖顯示一定的規(guī)律時即可停止測量； 4、 同步驟 3（注意要將電壓調(diào)為 100V）； 5、 同步驟 2（注意要將水循環(huán)裝置打開）； 6、 同步驟 3（注意要將水循環(huán)裝置打開）； 7、 同步驟 4（注意要將水循環(huán)裝置打開）； 8、 將所有數(shù)據(jù)上傳并拷貝下來，進(jìn)行處理分析。 四、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 精密電子溫差測量儀每秒鐘記錄 4 個數(shù)據(jù)，在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的過程中由于個別點(diǎn)誤差較大，在作圖的過程中已除去。 1、 恒溫槽內(nèi)置恒溫控制器（無循環(huán)水） 30 ，溫度變化-時

6、間曲線如下： 圖一、恒溫槽內(nèi)置恒溫控制器（有循環(huán)水） 30下溫度差（）-時間（0.25）s關(guān)系圖 0-1500個點(diǎn)時儀器升溫，溫度差不穩(wěn)定，取1500之后計(jì)算，則由origin讀圖知 最高溫度t1=0.075，最低溫度t2=0.066 T=（t1-t2）/2=0.0045 循環(huán)周期t=68s 分析：升溫過程結(jié)束后，恒溫槽內(nèi)的溫度始終在 30邊細(xì)微變化，變化的數(shù)值較小。可以看出恒溫槽內(nèi)置恒溫控制器靈敏度很高，恒溫效果好。 2、 繼電器恒溫控制器（無循環(huán)水） 30 電壓 175V，溫度變化-時間曲線如下： 圖二、繼電器恒溫控制器（無循環(huán)水） 30 電壓 175V下溫度差（）-時間（0.25）s關(guān)系

7、圖 由origin讀圖知 最高溫度t1=0.235，最低溫度t2=-0.024 T=（t1-t2）/2=0.1295 循環(huán)周期t=474s 分析：恒溫槽通過電子及電器對加熱器自動調(diào)節(jié)，當(dāng)恒溫槽因熱量向外擴(kuò)散等原因使體系溫度低于設(shè)定值時，繼電器控制加熱器工作，到體系再次達(dá)到設(shè)定值時，又自動停止加熱。加熱過程中通過攪拌器使熱量均勻。恒溫控制器在控溫的同時，精確地反映了被控溫部位的溫度值。 3、 繼電器恒溫控制器（無循環(huán)水） 30 電壓 100V，溫度變化-時間曲線如下： 圖三、繼電器恒溫控制器（無循環(huán)水） 30 電壓 100V溫度差（）-時間（0.25）s關(guān)系圖 由origin讀圖知 最高溫度t1

8、=0.000，最低溫度t2=-0.099 T=（t1-t2）/2=0.0495 循環(huán)周期t=205s 分析：相比于175V電壓，100V電壓下恒溫槽溫度波動小，恒溫效果佳 時間曲線如下：-，溫度變化 30 恒溫槽內(nèi)置恒溫控制器（有循環(huán)水） 、4 圖四、恒溫槽內(nèi)置恒溫控制器（有循環(huán)水） 30溫度差（）-時間（0.25）s關(guān)系圖 前1000個點(diǎn)是升溫狀態(tài)，取1000之后的點(diǎn) 由origin讀圖知 最高溫度t1=0.160，最低溫度t2=0.051 T=（t1-t2）/2=0.0545 循環(huán)周期t=96s 相比于恒溫槽內(nèi)置恒溫控制器（無循環(huán)水） 30下恒溫槽溫度波動大，恒溫效果差，說明使用恒溫槽自帶

9、恒溫器時，循環(huán)水（溫度低于30）會影響恒溫槽恒溫精確度。 時間曲線如下：-，溫度變化175V 電壓 30 繼電器恒溫控制器（有循環(huán)水） 、5 圖五、繼電器恒溫控制器（有循環(huán)水） 30 電壓 175V下溫度差（）-時間（0.25）s關(guān)系圖 由origin讀圖知 最高溫度t1=0.165，最低溫度t2=-0.06 T=（t1-t2）/2=0.1125 循環(huán)周期t=210s 分析：相比于恒溫槽內(nèi)置恒溫控制器（有循環(huán)水） 30下恒溫槽溫度波動大，恒溫效果差，說明繼電器恒溫控制器（有循環(huán)水）不如恒溫槽自帶恒溫器精度高。6、繼電器恒溫控制器（有循環(huán)水） 30 電壓 100V，溫度變化-時間曲線如下： 圖六

10、、繼電器恒溫控制器（有循環(huán)水） 30 電壓 100V下溫度差（）-時間（0.25）s關(guān)系圖 由origin讀圖知 最高溫度t1=0.0433，最低溫度t2=-0.0437 T=（t1-t2）/2=0.0435 循環(huán)周期t=136s 分析：相比于繼電器恒溫控制器（無循環(huán)水） 30 電壓 175V精度較高，說明使用外接繼電器控制時，電壓低效果好。 總結(jié)： 圖七、六種情況下溫度差（）-時間（0.25）s關(guān)系圖 從圖中可以明顯看出，用近似平衡加熱電壓維持恒溫狀態(tài)，恒溫槽的靈敏度比采用自動控溫 裝置要高得多。 繼電器恒溫繼電器恒溫繼電器恒溫繼電器恒溫恒溫槽內(nèi)置恒溫槽內(nèi)置控制器（無控制器（無控制器（有控制

11、器（有恒溫控制器恒溫控制器 循環(huán)水）循環(huán)水） 循環(huán)水） 循環(huán)水） （無循環(huán)（有循環(huán) 30 電壓30 電壓 30 電壓 30 電壓30 30 水）水） 175V 100V 175V 100V 最高溫度（） 0.1600 0.0000 0.0433 0.0750 0.2350 0.1650 最低溫度（）0.0510 -0.0990 -0.0437 -0.0600 0.0660 -0.0240 T（） 0.0495 0.1295 0.1125 0.0435 0.0045 0.0545 循環(huán)周期（s） 205 96 210 136 68 474 各種情況下的相關(guān)數(shù)據(jù) 從以上數(shù)據(jù)，可得出結(jié)論： 1、有循

12、環(huán)水與無循壞水的區(qū)別：從理論上分析循環(huán)水的加入會使水浴的散熱速率加大，會減少水浴的循環(huán)時間。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上看，除第一、三組對比不符合以外，其他幾組都滿足。 2、電壓的差別： 理論上，電壓低加熱速度慢，循環(huán)周期小，靈敏度也越小，將實(shí)驗(yàn)二與三對比、實(shí)驗(yàn)五與六對比，發(fā)現(xiàn)滿足此規(guī)律； 3、給定的恒溫裝置與自組裝的恒溫裝置的比較：很明顯自組裝的恒溫裝置不論是靈敏度還是循環(huán)周期都沒有給定的恒溫裝置好，說明精密儀器在制造技術(shù)上是很有講究的，不是單純的知道原理用一些廉價的配件就可以實(shí)現(xiàn)相同的效果的。 4、 使某一體系能維持在高于室溫的恒溫狀態(tài)，有三種方法： 1 ) 環(huán)境體系間理想的靜態(tài)絕熱； 2 ) 環(huán)境體系間

13、近似的動態(tài)絕熱，當(dāng)體系不斷向環(huán)境散發(fā)熱量時，環(huán)境以另外的形式連續(xù)的向體系供給相等的熱量； 3 ) 實(shí)驗(yàn)中采用的自動控溫裝置。 三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)， 第一種方法原理最為簡單，但很難實(shí)現(xiàn)； 第二種方法從上圖可看出，溫度波動范圍明顯比自動控溫裝置要小，但是，一旦外界因素發(fā)生改變( 如室溫降低 )，平衡很容易被打破，因此在外界條件變化劇烈時，不能適用； 第三種方法雖然從靈敏度上分析不如第二種，但能克服第二裝配那個方法的缺點(diǎn)，可隨環(huán)境變化實(shí)現(xiàn)自動控溫，因此在一定誤差允許范圍內(nèi)，使用第三種方法更為方便有效。 【感想】 本實(shí)驗(yàn)實(shí)際上采用了控制變量法。物理學(xué)中對于多因素（多變量）的問題，常常采用控制因素（變量）的方法，把多因素的問題變成多個單因素的問題，而只改變其中的某一個因素，從而研究這個因素對事物影響，分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法。它是科學(xué)探究中的重要思