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1、物理化学实验温度第1页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置(一)(一)测温方法与测温仪器的分类测温方法与测温仪器的分类 按照所用方法之不同,温度测量分为接触式和非接触式两大类。按照所用方法之不同,温度测量分为接触式和非接触式两大类。1.1.接触式测温接触式测温 接接触触式式的的特特点点是是测测温温元元件件直直接接与与被被测测对对象象相相接接触触,两两者者之之间间进进行行充充分分的的热热交交换换,最最后后达达到到热热平平衡衡,这这时时感感温温元元件件的的某某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。优点优点:直观可靠。:直观可靠。缺缺
2、点点:是是感感温温元元件件影影响响被被测测温温度度场场的的分分布布,接接触触不不良良等等都都会会带带来来测测量量误误差差,另另外外温温度度太太高高和和腐腐蚀蚀性性介介质质对对感感温温元元件件的的性性能和寿命会产生不利影响。能和寿命会产生不利影响。第2页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置2.非接触式非接触式测测温温 非非接接触触测测温温的的特特点点是是感感温温元元件件不不与与被被测测对对象象相相接接触触,而而是是通通过过辐辐射射进进行行热热交交换换,故故可可避避免免接接触触测测温温法法的的缺缺点点,具具有有较较高高的的测测温温上上限限。此此外外,非非接接触触测测温温法法热热
3、惯惯性性小小,可可达达千千分分之之一一秒秒,故故便于便于测测量运量运动动物体的温度和快速物体的温度和快速变变化的温度。化的温度。按按照照温温度度测测量量范范围围,可可分分为为超超低低温温、低低温温、中中高高温温和和超超高高温温温温度度测测量量。超超低低温温一一般般是是指指010K,低低温温指指10800K,中中温温指指8001900K,高高温温指指19002800K的的温温度度,2800K以以上上被被认为认为是超高温。是超高温。第3页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置 对应对应于两种于两种测测温方法,温方法,测测温温仪仪器亦分器亦分为为接触式和非接触式两大接触式和非接触式
4、两大类类。接触式仪器接触式仪器可分为可分为:膨胀式温度计膨胀式温度计 包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计 电阻式温度计电阻式温度计 包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计 热电式温度计热电式温度计 包括热电偶和包括热电偶和P-NP-N结温度计结温度计 其它原理的温度计其它原理的温度计非接触式温度计非接触式温度计可分为:可分为:辐射温度计、亮度温度计和比色温度计辐射温度计、亮度温度计和比色温度计,由于,由于它们都是以光辐射为基础,故也统称为它们都是以光辐射为基础,故也统称为辐射温度计。辐射温度计。第4页,
5、共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置(二)(二)膨胀式温度计膨胀式温度计1.1.固体膨胀式温度计固体膨胀式温度计 这种温度计是利用两种不同膨这种温度计是利用两种不同膨胀系数的材料制成,分为杆式和双胀系数的材料制成,分为杆式和双金属式两大类。金属式两大类。右图为杆式温度计的原理图。右图为杆式温度计的原理图。由于芯杆材料的膨胀系数比与基座由于芯杆材料的膨胀系数比与基座相连的外套大,故当温度变化时芯相连的外套大,故当温度变化时芯杆对基座产生相对位移,经简单的杆对基座产生相对位移,经简单的机械放大后,就可直接指示温度值。机械放大后,就可直接指示温度值。第5页,共51页,编辑于2022
6、年,星期日一、温度计和恒温装置 双金属感温元件是由膨胀系数不同的两种金属片牢固结合在一起双金属感温元件是由膨胀系数不同的两种金属片牢固结合在一起而制成,一端固定,另一端为自由端。当温度变化时,由于两种材而制成,一端固定,另一端为自由端。当温度变化时,由于两种材料的膨胀系数不同而使双金属片的曲率发生变化,自由料的膨胀系数不同而使双金属片的曲率发生变化,自由端产生位移,经传端产生位移,经传动放大机构带动指动放大机构带动指针指示温度值。为针指示温度值。为了满足不同用途的了满足不同用途的要求,双金属元件要求,双金属元件制成各种不同的形制成各种不同的形状,如右图所示。状,如右图所示。第6页,共51页,编
7、辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置2.2.液体膨胀式温度计液体膨胀式温度计 这这是是应应用用最最早早而而且且当当前前使使用用最最广广泛泛的的一一种种温温度度计计,它它由由液液体体储储存器、毛细管和标尺组成。存器、毛细管和标尺组成。液液体体玻玻璃璃温温度度计计的的测测温温上上限限取取决决于于所所用用液液体体汽汽化化点点的的温温度度,下下限限受受液液体体凝凝点点温温度度的的限限制制为为了了防防止止毛毛细细管管中中液液注注出出现现断断续续现现象象,并并提提高高测测温温液液体体的的沸沸点点温温度度,常常在在毛毛细细管管中中液液体体上上部充以一定压力的气体。部充以一定压力的气体。第7页,共51页
8、,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置 水水银银-玻玻璃璃温温度度计计是是最最常常用用的的液液体体膨膨胀胀式式温温度度计计。因因为为水水银银具具备备易易提提纯纯、导导热热率率大大、比比热热小小、膨膨胀胀系系数数均均匀匀、不不易易附附着着在在玻玻璃璃壁壁上上、不不透透明明便便于于读读数数等等性性能能。一一般般适适用用测测温温范范围围是是35360(熔熔点点38.7,沸沸点点356.7);如如果果采采用用特特硬硬玻玻璃璃,且且在在水水银银面面上上充充以以N2或或Ar气气,可可以以使使测测温温范范围围上上限限扩扩大大到到600,甚甚至至750;若若在在水水银银内内掺掺入入8.5%的的Tl,则
9、则可可以以使使测测温范温范围围下限降到下限降到60。第8页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置(1)水)水银银-玻璃温度玻璃温度计计的种的种类类和使用范和使用范围围 一般条件:由一般条件:由5105,150,250,360等,等,每格每格1或或0.5;量量热热学用:由学用:由915,1218,1521,1824,2030 等,每格等,每格0.01或或0.002;测测温差的温差的贝贝克曼温度克曼温度计计:有升高和降低两种;:有升高和降低两种;分段温度分段温度计计:从:从-10200分分为为21支,每支温度范支,每支温度范围围10,分格分格0.1。另外有。另外有-40 400,
10、每隔,每隔50 一支,分格一支,分格0.1;测测量冰点降用:量冰点降用:-5050,分格,分格0.01。第9页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置(2)引起)引起误误差的主要因素差的主要因素 球体球体积积的改的改变变 水水银银温温度度计计内内一一般般容容纳纳约约6000刻刻度度量量的的水水银银,体体积积的的微微小小变变化化会会很很灵灵敏敏地地反反映映到到温温度度计计上上。在在温温度度计计受受热热后后水水银银球球的的体体积积往往往往会会稍稍有有改改变变,而而玻玻璃璃的的流流动动很很慢慢,冷冷却却时时体体积积的的回回缩缩需需要要几几天的天的时间时间,此,此现现象称象称为为“滞后
11、滞后现现象象”。水水银银柱露出待柱露出待测测体系体系 按按温温度度计计在在分分度度时时的的条条件件不不同同可可分分为为“全全浸浸式式”和和“局局浸浸式式”两两种。种。第10页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置 “局局浸浸式式”温温度度计计是是按按将将水水银银球球插插入入待待测测介介质质,但但有有部部分分水水银银柱柱露露在在待待测测介介质质外外时时的的条条件件对对温温度度计计的的刻刻度度进进行行校校正正标标注注的的。这这种种温温度度计计一一般般在在其其背背面面刻刻有有校校正正标标注注刻刻度度时时的的浸浸入入量量,当当使使用用时时的的室室温温及及浸浸入入量量与与校校正正标标注
12、注刻刻度度时时的的一一致致时时,温温度度计计所所指指示示的的读读数数就就是是严严格格准准确确的的。显显然然,使使用用全全浸浸式式温温度度计计是是不不可可能能达达到到此此条条件件,局局浸浸式式温温度度计计通通常常也也达达不不到到此此条条件件,此此时时就就需需要要对对温度温度计进计进行行“露茎校正露茎校正”。校正公式。校正公式为为:第11页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置式中式中t露茎露茎=t正确正确 t观观,是,是对观测对观测(读读数数)值值的校的校正,正,则则温度的正确温度的正确值为值为:t正确正确=t观观t露茎露茎t环环是露出待是露出待测测体系之外水体系之外水银银柱的
13、有效温度,通柱的有效温度,通过过放置在露出待放置在露出待测测体系水体系水银银柱柱一半之一半之处处(0.5n)的的温度温度计读计读出;出;n 是露出待是露出待测测体系之外水体系之外水银银柱的柱的读读数;数;K是水是水银对银对于玻璃的相于玻璃的相对对膨膨胀胀系数,用系数,用摄摄氏温氏温标时标时K=0.00016,所以有,所以有Kn 0,则则E(tn,0)0,故,故E(t,tn)E(t,0),表明,表明仪仪表指示偏表指示偏低,低,应应加上加上E(tn,0)的校正的校正值值。第28页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置例例用用镍铬镍铬-镍镍硅硅热电热电偶偶(EU-2)测测一炉温,若
14、冷端温度一炉温,若冷端温度为为30,测测得得E(t,30)=23.71mV,求真,求真实实炉温。炉温。解:从附表中解:从附表中查查得得E(30,0)=1.2mV,则则E(t,0)=32.71+1.20=24.91mV,再再查查表得表得24.91mV对应对应温度温度约为约为600,而,而23.71mV对应对应温温度度为为572。一般粗略地考一般粗略地考虑虑就是在就是在测测量出的温度上加上量出的温度上加上t,但有一定,但有一定误误差,如差,如572+30=602。测量值再加上冷端温度到测量值再加上冷端温度到0 的热电势,现可利用计算的热电势,现可利用计算机进行自动计算补偿。机进行自动计算补偿。第2
15、9页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置(3)冷端)冷端处处在温度波在温度波动动的的环环境中境中 此此时时可采用可采用补偿导线补偿导线或冷端或冷端补偿补偿器来校正。器来校正。补补偿偿导导线线:由由于于受受到到材材料料价价格格的的限限制制热热电电偶偶不不可可能能做做很很长长,而而要要使使其其冷冷端端不不受受测测温温对对象象的的温温度度影影响响,必必须须使使冷冷端端远远离离温温度度对对象象。所所谓谓补补偿偿导导线线,就就是是在在一一定定温温度度范范围围内内(0150)将将一一根根热热电电性性能能与与热热电电偶偶相相近近的的金金属属导导线线同同极极相相连连,然然后后把把冷冷端端延
16、延伸伸到到温温度度恒恒定定的的场场所所(如如仪仪表表室室,冰冰水水浴浴等等)即即可可克克服服冷冷端端温温度度的的波波动动,其其实实质质是是相相当当于于将将热热电电极极延延长长。根根据据中中间间温温度度定定律律,只只要要热热电电偶偶和和补补偿偿导导线线的的二二个个接接点点温温度度一一致致,是是不不会会影影响响热热电动势输出的。电动势输出的。第30页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置例例 采采用用镍镍铬铬-镍镍硅硅热热电电偶偶测测炉炉温温,热热端端为为800,冷冷端端为为50 ,仪仪表室表室为为20 ,求炉温。,求炉温。解:先分解:先分别查别查表得:表得:E(800,0)=3
17、3.277mV,E(50,0)=2.022mV,E(20,0)=0.798mV。则则不不补偿时输补偿时输入入仪仪表的表的热电势为热电势为:E(800,50)=33.2772.022=31.255mV(相当于相当于751)采用采用补偿导线补偿导线后后则为则为:E(800,20)=33.2770.798=32.479mV(相当于相当于781)第31页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置冷端冷端补偿补偿器器(电桥补偿电桥补偿法法)冷端冷端补偿补偿器是一个串器是一个串联联在在热电热电偶偶测测温温电电路中可以路中可以输输出毫伏信号的直流不平衡出毫伏信号的直流不平衡电桥电桥,它的特点是
18、,它的特点是输输出的毫伏出的毫伏值值随冷端温度而随冷端温度而变变化,从而达到冷端温度的自化,从而达到冷端温度的自动补偿动补偿。此此类补偿类补偿方法多用于自方法多用于自动动化温度化温度测测量量仪仪器中,器中,这这种种仪仪器器如果使用正常的如果使用正常的话话,可以直接从,可以直接从仪仪器上器上读读取温度取温度值值,而不必,而不必进进行校正。行校正。第32页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置 热电热电偶的偶的电势电势与温度与温度为为非非线线性关系;而性关系;而电电阻与温度的关系阻与温度的关系是是线线性的,故是近似关系。性的,故是近似关系。补偿补偿原理原理见见下下图图:图图中中R
19、1与与R2阻阻值远值远大于其它大于其它电电阻,使阻,使桥桥路具有恒流性路具有恒流性质质,并使:,并使:I1=I2=0.5mA因此,其因此,其输输出出电压电压:U=e+URCMUR5利用利用e与与URCM的相反的相反变变化来化来补补偿热电偿热电偶冷端温度的改偶冷端温度的改变变,自,自动补偿动补偿的条件的条件为为:e=I1RCMt第33页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置(四)(四)电电阻温度阻温度计计 电电阻温度阻温度计计的的测测温原理是利用金属或半温原理是利用金属或半导导体的体的电电阻随温度阻随温度变变化的特性而化的特性而设计设计的。的。大多数金属在温度升高大多数金属在温
20、度升高1 C 时电时电阻将增加阻将增加0.40.6,即金属,即金属的的电电阻具有正的温度系数。金属阻具有正的温度系数。金属电电阻温度阻温度计测计测温范温范围围广,重广,重现现性性好;好;半半导导体体电电阻一般具有阻一般具有负负的温度系数,每升高的温度系数,每升高1 C,电电阻阻约约减减小小26。半。半导导体的体的电电阻灵敏度比金属高,但重阻灵敏度比金属高,但重现现性性较较差,差,测测温范温范围围窄;窄;第34页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置 因此金属因此金属电电阻温度阻温度计计仍是使用最普遍的。仍是使用最普遍的。目前由纯金属制造的目前由纯金属制造的热电阻的主要材料是铂
21、、铜和镍,它们已得到广泛的应用。热电阻的主要材料是铂、铜和镍,它们已得到广泛的应用。电电阻温度阻温度计计的的实际测实际测温一般不超温一般不超过过1000,在,在较较低温度下,低温度下,电电阻温度阻温度计计是是最准确、最灵敏和最最准确、最灵敏和最稳稳定定的温度的温度计计,如在,如在800以以下下铂电铂电阻温度阻温度计计的灵敏度比的灵敏度比热电热电偶的高一个数量偶的高一个数量级级,但,但电电阻温度阻温度计计的制作比的制作比较较麻麻烦烦和复和复杂杂。常用的。常用的电电阻温度阻温度计计有有铂电铂电阻温度阻温度计计,热热敏敏电电阻温度阻温度计计(金属氧化物半金属氧化物半导导体材料制成体材料制成)。第35
22、页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置 铂铂是一种是一种贵贵金属。它的特点是金属。它的特点是精度高,精度高,稳稳定性好,性能可靠定性好,性能可靠,尤,尤其是其是耐氧化性能耐氧化性能很很强强。铂铂在很在很宽宽的温度范的温度范围围内内约约1200 C以下都能保以下都能保证证上上述特性。述特性。铂铂很容易提很容易提纯纯,复,复现现性好,有良好的工性好,有良好的工艺艺性,可制成很性,可制成很细细的的铂铂丝丝(0.02mm或更或更细细)或极薄的或极薄的铂铂箔。与其它材料相比,箔。与其它材料相比,铂铂有有较较高的高的电电阻率阻率,因此普遍,因此普遍认为认为是一种是一种较较好的好的热电热
23、电阻材料。缺点是阻材料。缺点是铂铂的的电电阻温度系阻温度系数比数比较较小;价格小;价格贵贵。在在0 C 以上以上,其,其电电阻与温度的关系接近于直阻与温度的关系接近于直线线,其,其电电阻温度系数阻温度系数A=3.9103/C。我国已采用。我国已采用IEC标标准制作工准制作工业铂电业铂电阻。按阻。按IEC标标淮,淮,使用温度已使用温度已扩扩大到大到-200850 C,初始,初始电电阻有阻有100 和和50 两种。两种。第36页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置(五)(五)辐辐射高温射高温计计 其其测测温原理是:当温原理是:当辐辐射物体接近射物体接近热热力学平衡力学平衡时时,
24、通,通过过分析分析物体的物体的辐辐射能量确定物体的温度。此法的射能量确定物体的温度。此法的优优点是点是测测温器可温器可远远离离热热源,并可源,并可测测至至4000K的温度,但的温度,但辐辐射射测测温的温的测测量精密度不及量精密度不及热电热电偶,只有在偶,只有在热电热电偶不能使用的高温区才会使用。偶不能使用的高温区才会使用。辐辐射法射法测测温分温分为为光光谱测谱测温和温和辐辐射射测测温两温两类类。光。光谱测谱测温用于非光密物温用于非光密物质质,测测定气体或等离子体定气体或等离子体辐辐射射谱线谱线,由,由谱线谱线强强度和度和宽宽度确定体系温度确定体系温度。度。辐辐射射测测温用于光密物温用于光密物质
25、质,又分,又分为为光学光学测测温、全温、全辐辐射射测测温和温和多色多波多色多波长长式比色高温式比色高温测测温三种方法,其中光学温三种方法,其中光学测测温法最准确、温法最准确、最重要。最重要。第37页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置(六)(六)蒸气蒸气压压温度温度计计 常用于室温下的低温常用于室温下的低温测测量,如氧蒸量,如氧蒸气气压压温度温度计计用于用于测测量液氮的温度。量液氮的温度。测测量量时时将温度将温度计计泡浸于待泡浸于待测测物物质质中,此中,此时时泡泡内氧气凝成液内氧气凝成液态态氧,泡内空氧,泡内空间间被被饱饱和的和的氧蒸气充氧蒸气充满满,通,通过过与泡相与泡相
26、连连的的压压力力计计可可以以测测出此出此时时的氧的氧饱饱和蒸气,根据此和蒸气,根据此压压力力值值就可就可获获得待得待测测物物质质的温度。的温度。第38页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置(七)温差(七)温差测测量量1.贝贝克曼温度克曼温度计计 用于精密用于精密测测量温度差量温度差值值。它的温度。它的温度测测量量范范围围与它的最小分度有矛盾,很与它的最小分度有矛盾,很难难两全其美,两全其美,但一般更多关注其最小分度但一般更多关注其最小分度值值。其量程一般。其量程一般有有56度和度和1度两种,度两种,对应对应的最小分度的最小分度值值分分别为别为0.01度和度和0.002度,可
27、度,可读读到到0.002度和度和0.0004度。度。为为了便于了便于读读数,数,贝贝克曼温度克曼温度计计的刻度有两种的刻度有两种标标法,法,一种是最小刻度一种是最小刻度值值在上端,用于在上端,用于测测温度下降温度下降值值;另;另一种是最小刻度一种是最小刻度值值在下端,用于在下端,用于测测温度上升温度上升值值。严严格格说说,贝贝克曼温度克曼温度计计的的读读数也需要校正。数也需要校正。上升式上升式贝贝克曼温度克曼温度计计贮汞槽贮汞槽毛细管毛细管刻度尺刻度尺水银球水银球刻度尺刻度尺第39页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置 水水银贝银贝克曼温度克曼温度计计是是较较易易损损坏的坏
28、的仪仪器,目前我校本科物器,目前我校本科物理化学理化学实验实验所采用的所采用的贝贝克曼温度克曼温度计计是是 SWC-型数字型数字贝贝克曼温克曼温度度计计,其特点是:,其特点是:具有具有0.001的高分辨率,的高分辨率,长长期期稳稳定性好;定性好;既可既可测测量温差又可量温差又可测测量温度。温度量温度。温度测测量范量范围围和温差基温范和温差基温范围围均可达到均可达到50150,根据需要可以,根据需要可以扩扩展到展到199.99;操作操作简单简单,读读数准确,消除了汞数准确,消除了汞污污染,安全可靠。染,安全可靠。第40页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置SWC-型数字型数字
29、贝贝克曼温度克曼温度计计的使用方法:的使用方法:准准备备工作。将工作。将仪仪器后面板器后面板电电源源线线接入接入电电网;网;检查检查探探头编头编号号(应应与与仪仪器后面板器后面板编编号相号相符符),并与后面板上,并与后面板上“Rt”端子端子连连接,接,测测温温时时探探头应头应插入被插入被测测物中的深度物中的深度约约50mm,打,打开开电电源开关。源开关。测测温。将温度温。将温度/温差按温差按钮钮置于置于“温度温度”位位置,同置,同时时将将测测量量/保持按保持按钮钮置于置于“测测量量”处处。测测温差。将温度温差。将温度/温差按温差按钮钮置于置于“温差温差”位置,同位置,同时时将将测测量量/保持按
30、保持按钮钮置于置于“测测量量”位置,再按被位置,再按被测测物的物的实际实际温度温度调节调节“基温基温选择选择”,使,使读读数的数的绝对值绝对值尽可能小。尽可能小。第41页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置2.电电阻法温差阻法温差测测量量 半半导导体体电电阻温度阻温度计计可以用于温差可以用于温差测测量。半量。半导导体体电电阻温度阻温度计计在在常温下具有阻常温下具有阻值值大、灵敏度高、大、灵敏度高、时间时间常数小、体常数小、体积积小以及廉价等小以及廉价等优优点。数字点。数字贝贝克曼温度克曼温度计应该计应该就是利用就是利用电电阻温度阻温度计计作作为为温差温差测测量量探探头头的。
31、的。3.热电势热电势温差温差测测量量 主要以主要以“热电热电堆堆”为测为测量元件。几十量元件。几十对对到上千到上千对热电对热电偶构成的偶构成的“热电热电堆堆”测测量精度大增,甚至可以量精度大增,甚至可以检测检测到百万分之一度到百万分之一度(10-6)以以下的温度下的温度变变化。但其体化。但其体积积随随热电热电偶数量增加而增大,所以用于有偶数量增加而增大,所以用于有限容器中就受到限制。限容器中就受到限制。第42页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置(八)恒温装置(八)恒温装置1.恒温方法恒温方法 要使体系达到某一指定温度并恒定下来,就要控制性地要使体系达到某一指定温度并恒定下
32、来,就要控制性地对对体系体系输输入入/输输出出热热量,通常是通量,通常是通过过恒温槽或控温恒温槽或控温仪仪来来实现实现的。的。恒温槽是能达到恒温目的的理想恒温槽是能达到恒温目的的理想热热源,源,虽虽然它不是一个无限大然它不是一个无限大的理想化的理想化环环境,但它采用了大境,但它采用了大热热容量的工作介容量的工作介质质和可控制的加和可控制的加热热装置,因此,在室温条件下,其恒温精度可能装置,因此,在室温条件下,其恒温精度可能优优于于 0.001;但是在不采用多重恒温套的情况下,在;但是在不采用多重恒温套的情况下,在1000以上恒温精以上恒温精度要度要0.5也是很困也是很困难难的。的。在有限的情况
33、下,可以利用某些物在有限的情况下,可以利用某些物质质相相变变平衡温度平衡温度实现实现恒温,恒温,并能并能获获得很好的恒温精度。得很好的恒温精度。第43页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置2.常温控制常温控制 从室温到从室温到300之之间间的温度控制的温度控制为为常温控制。有恒温箱、真空常温控制。有恒温箱、真空干燥箱、水浴箱、恒温槽等。其中使用最多的是恒温槽,所用介干燥箱、水浴箱、恒温槽等。其中使用最多的是恒温槽,所用介质质可根据不同的温度要求可根据不同的温度要求选选用水(室温用水(室温 95),油脂(熔点),油脂(熔点200),),盐盐(熔点(熔点数百度)。使用植物油数百
34、度)。使用植物油或或矿矿物油作介物油作介质时质时要注意其在高温下要注意其在高温下时间过长时间过长易易变质变质的的问题问题,硅油,硅油系列性系列性质稳质稳定,定,但价格昂但价格昂贵贵。恒温槽由浴槽、温度控制器、恒温槽由浴槽、温度控制器、继电继电器、加器、加热热器、器、搅搅拌器和温度拌器和温度计组计组成。成。第44页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置带带有恒温液循有恒温液循环环装置的恒温槽称装置的恒温槽称为为超超级级恒温槽。浴槽温度低于恒定温度恒温槽。浴槽温度低于恒定温度时时,温度控制器通温度控制器通过继电过继电器作用使加器作用使加热热器工作,达到恒定温度即停止加器工作,达到
35、恒定温度即停止加热热。可。可见见,温度控制器是恒温槽的感温度控制器是恒温槽的感觉觉中枢。中枢。第45页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置(1)浴槽)浴槽 其作用是其作用是为为浸在其中的研究体系提供一个恒温的浸在其中的研究体系提供一个恒温的环环境。境。(2)加)加热热器器 常用常用电电阻阻丝丝加加热热棒。棒。对对于容于容积为积为20L的水浴槽,一般采用功的水浴槽,一般采用功率率约为约为1kW的加的加热热器。器。为为提高控温精度,可以通提高控温精度,可以通过调压过调压器器调节调节其加其加热热功率。功率。(3)水)水银银温度温度计计 供供测测定浴槽定浴槽实际实际温度用,常用分度
36、温度用,常用分度为为1/10的温度的温度计计。(4)搅搅拌器拌器 其作用是促使浴槽内温度均匀。其作用是促使浴槽内温度均匀。第46页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置(5)温度控制器)温度控制器 水水银银接点接点(导电导电)温度温度计计结结构构类类似于一般水似于一般水银银温度温度计计,但其上下两段均有,但其上下两段均有标标尺尺(5和和6),上,上标标尺由尺由标铁标铁3指示温度,它指示温度,它焊焊接了一根接了一根钨钨(或或铂铂)丝丝4,钨丝钨丝下端所下端所处处的位置与的位置与标铁标铁3所指示的温度相同。通所指示的温度相同。通过过温度温度计顶计顶部部调节调节帽帽内的一内的一块块
37、磁磁铁铁旋旋转转来来调节钨丝调节钨丝上下位置,当上下位置,当标铁标铁3所指示的温所指示的温度被度被调调到需要控制的温度到需要控制的温度时时,钨丝钨丝下端位置就确定了,通下端位置就确定了,通电电加加热热使水使水银银球内的水球内的水银银膨膨胀胀,毛,毛细细管中水管中水银银上升,当升高到上升,当升高到钨丝钨丝下端位置与下端位置与钨丝钨丝一接触,温度控制器一接触,温度控制器电电路接通,使路接通,使继电继电器工作,加器工作,加热热回路断开,加回路断开,加热热停止;当温度降低使毛停止;当温度降低使毛细细管中管中水水银银与与钨丝钨丝下端断开下端断开时时,继电继电器器线线圈圈电电流断开,加流断开,加热热回路被
38、回路被接通,加接通,加热热器又开始工作。器又开始工作。11调节帽;调节帽;22电极电极引出线;引出线;33标铁;标铁;44钨丝;钨丝;55上标尺;上标尺;66下标尺下标尺第47页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置 智能数字恒温控制器智能数字恒温控制器 采用数字信号采用数字信号处处理技理技术术,利用微,利用微处处理器理器对对温度温度传传感的信号感的信号进进行行线线形形补偿补偿,测测量准确可靠,操作方便。量准确可靠,操作方便。(6)继电继电器器 常用的常用的继电继电器有器有电电子管和晶体管两子管和晶体管两类类,它,它是自是自动动控温的关控温的关键设备键设备。没达到温度。没达到
39、温度时时,汞柱,汞柱与与铂丝铂丝之之间间断路,回路断路,回路中没有中没有电电流。流。衔铁衔铁 4由由弹弹簧簧5拉住与拉住与A点接触,从而在回路点接触,从而在回路中有中有电电流通流通过电热过电热棒棒进进行加行加热热。当达到温度。当达到温度时时,汞柱,汞柱与与铂丝铂丝接触,回路接触,回路中的中的电电流使流使线线圈圈 6 产产生磁生磁性将性将衔铁衔铁 4 吸起,回路吸起,回路断路。如此循断路。如此循环环往复往复就可使浴槽内的介就可使浴槽内的介质质控制在要求的温度。控制在要求的温度。第48页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置 在上述的控温在上述的控温过过程中,程中,电热电热棒只棒
40、只处处于两种可能的状于两种可能的状态态,加,加热热或或停止,停止,这这种控温属于二位控制作用。种控温属于二位控制作用。实际实际上恒温槽的温度是在一定上恒温槽的温度是在一定范范围围内波内波动动的。因的。因为为控温精度与加控温精度与加热热器的功率、器的功率、环环境温度、温度控制器及境温度、温度控制器及继电继电器器的灵敏度、的灵敏度、搅搅拌的快慢等拌的快慢等诸诸多多因素都有关。因素都有关。右右图图表示了因加表示了因加热热功率不功率不同而同而导导致恒温精度致恒温精度变变化的情况。化的情况。第49页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置3.高温控制高温控制 由于控温由于控温仪仪的的质质
41、量、高温炉的材料与量、高温炉的材料与结结构、工作构、工作环环境等因素的影响,高温境等因素的影响,高温恒温的精度一般恒温的精度一般约为约为12,而且炉内的恒温区也不会很,而且炉内的恒温区也不会很长长,在,在1000K左左右右时时,炉管直径,炉管直径3厘米左右的管状炉内部的恒温区一般只有几到十几厘米。厘米左右的管状炉内部的恒温区一般只有几到十几厘米。高温控制一般采用高温控制一般采用调调流式自流式自动动控温手段。就是控温手段。就是对负载对负载(电电阻阻丝丝)的)的电电流流进进行自行自动调动调整,当炉温接近指定温度整,当炉温接近指定温度时时,电电流逐步减小;高于指定温度流逐步减小;高于指定温度时时,电
42、电流流为为零,零,这这种控温方式又称种控温方式又称为为PID温度控制。温度控制。P比例比例调节调节,加,加热电热电流与偏差信流与偏差信号呈正比;号呈正比;I积积分分调节调节,加,加热电热电流与偏差信号及偏差存在流与偏差信号及偏差存在时间时间有关;有关;D微分微分调节调节,加,加热电热电流正比于偏差流正比于偏差对时间对时间的的导导数;将三种数;将三种调节调节方式方式结结合,可合,可实现实现精密精密控温,控温,这这种种调节调节是通是通过过可控硅可控硅电电路路实现实现的。的。第50页,共51页,编辑于2022年,星期日一、温度计和恒温装置4.程序控温程序控温 某些研究某些研究实验实验,如差,如差热热
43、分析、分析、热热重分析、重分析、变变温温动动力学研究等需要力学研究等需要对对温温度的升、降速度加以控制,度的升、降速度加以控制,这这就是程序控温。程序控温比恒温控制复就是程序控温。程序控温比恒温控制复杂杂,因因为为:(1)加)加热热功率与加功率与加热电压热电压不成不成线线性关系;性关系;(2)升温速度与加)升温速度与加热热功率的关系复功率的关系复杂杂;(3)电电阻阻丝丝的阻的阻值对值对温度的关系与材料的种温度的关系与材料的种类类有关,即阻有关,即阻值值随温度随温度变变化而化而变变化;化;(4)升、降温速度与炉子的材料性能、)升、降温速度与炉子的材料性能、结结构及构及环环境状况有关。境状况有关。对对一定的炉子和一定的炉子和环环境状况,要使其境状况,要使其时间时间-温度呈温度呈线线性关系。一般是性关系。一般是先摸索出先摸索出电压电压-时间经验时间经验关系,然后按关系,然后按该经验该经验关系关系调节输调节输入入电压电压,实现实现以以某一速度的程序升温。某一速度的程序升温。第51页,共51页,编辑于2022年,星期日
限制150内