温的测量与控制讲座蔡跃鹏学习教案.pptx

《温的测量与控制讲座蔡跃鹏学习教案.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《温的测量与控制讲座蔡跃鹏学习教案.pptx（29页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、会计学1温的测量与控制温的测量与控制(kngzh)讲座蔡跃鹏讲座蔡跃鹏第一页，共29页。1.温度测量的基本(jbn)依据2.温标3.温度计4.温度控制主要主要(zhyo)(zhyo)内容内容 3第2页/共29页第二页，共29页。1.1.温度测量的基本温度测量的基本温度测量的基本温度测量的基本(jbn)(jbn)依据依据依据依据测温的基本依据测温的基本依据(yj)(yj)：热力学第零定律，它是个经验定：热力学第零定律，它是个经验定律律.热力学第零定律使温度的概念建立(jinl)在稳固的基础上：（1）可以判断两个体系是否已经达到热平衡（2）体系内部的温度均匀分布、具有确定的温度值（3）一个体系的温

2、度可以用与之达到热平衡的体系的温度来表达4第3页/共29页第三页，共29页。2.2.温标温标(wnbio)(wnbio)定义：温度的标准量。确立一种温标，需要确定以下定义：温度的标准量。确立一种温标，需要确定以下定义：温度的标准量。确立一种温标，需要确定以下定义：温度的标准量。确立一种温标，需要确定以下 三点：三点：三点：三点：测量物质测量物质测量物质测量物质(wzh)(wzh)的选择的选择的选择的选择:测温物质测温物质测温物质测温物质(wzh)(wzh)的某种物理性的某种物理性的某种物理性的某种物理性质如质如质如质如:体积、电阻、温差电势以及辐射电磁波的波长体积、电阻、温差电势以及辐射电磁波

3、的波长体积、电阻、温差电势以及辐射电磁波的波长体积、电阻、温差电势以及辐射电磁波的波长等与温度有依赖关系而又有良好的重现性。等与温度有依赖关系而又有良好的重现性。等与温度有依赖关系而又有良好的重现性。等与温度有依赖关系而又有良好的重现性。固定点得选择：物质固定点得选择：物质固定点得选择：物质固定点得选择：物质(wzh)(wzh)的物理特性，只能显示。通的物理特性，只能显示。通的物理特性，只能显示。通的物理特性，只能显示。通常是以某些高纯物质常是以某些高纯物质常是以某些高纯物质常是以某些高纯物质(wzh)(wzh)的相变温度，作为温标的相变温度，作为温标的相变温度，作为温标的相变温度，作为温标的

4、基准点。的基准点。的基准点。的基准点。温度值得划分：确定基准点之间的分隔，如温度值得划分：确定基准点之间的分隔，如温度值得划分：确定基准点之间的分隔，如温度值得划分：确定基准点之间的分隔，如:摄氏温标是摄氏温标是摄氏温标是摄氏温标是以以以以1atm1atm下水的冰点（下水的冰点（下水的冰点（下水的冰点（0 0度）和沸点（度）和沸点（度）和沸点（度）和沸点（100100度）为两个度）为两个度）为两个度）为两个定点，分为定点，分为定点，分为定点，分为100100等份，每一份为等份，每一份为等份，每一份为等份，每一份为1 1度。用外推法或内度。用外推法或内度。用外推法或内度。用外推法或内插法求得其它

5、温度。插法求得其它温度。插法求得其它温度。插法求得其它温度。5第4页/共29页第四页，共29页。常见常见常见常见(chn jin)(chn jin)(chn jin)(chn jin)温标之一温标之一温标之一温标之一摄氏温标摄氏温标摄氏温标摄氏温标n n使用较早，应用方便；n n用t表示，单位；n n测量物质：水n n固定点的选择：在标准压力下，水的凝固点（0）和沸点（100）n n温度值的划分：在以上(yshng)两点之间一百等分。6第5页/共29页第五页，共29页。常见常见(chn jin)(chn jin)温标之二温标之二热力学热力学温标温标 n n18481848年，由开尔文提出，建立

6、在卡诺循环基础上，与测温年，由开尔文提出，建立在卡诺循环基础上，与测温物质物质(wzh)(wzh)无关，是一种理想温标；无关，是一种理想温标；n n用用T T表示，单位表示，单位K K；n n测温物质测温物质(wzh)(wzh)：水；：水；n n固定点：使用单一固定点固定点：使用单一固定点水的三相点（水的三相点（273.16K273.16K）n n温度值的划分：温度值的划分：1K1K是水的三相点热力学温度的是水的三相点热力学温度的1/273.161/273.16。n nT-tT-t之间的对应关系：之间的对应关系：T/K=t/T/K=t/+273.15+273.157第6页/共29页第六页，共2

7、9页。常见常见(chn jin)(chn jin)温标之三温标之三华氏华氏温标温标n n17121712年，德国物理学家华伦凯特提出年，德国物理学家华伦凯特提出(tch)(tch)；n n用用tFtF表示，单位表示，单位FF；n n测温物质：水；测温物质：水；n n固定点：标准大气压下，水的冰点为固定点：标准大气压下，水的冰点为32F32F，水的沸，水的沸点为点为212F212F；n n温度值的划分：在以上两点间温度值的划分：在以上两点间180180等分；等分；n ntF-ttF-t之间的对应关系：之间的对应关系：tF/F=tF/F=（9/5)t/9/5)t/+32+328第7页/共29页第七

8、页，共29页。3.温度计温度计温度计温度计 （1 1 1 1）原原原原理理理理：对对对对温温温温度度度度计计计计来来来来讲讲讲讲，选选选选择择择择作作作作为为为为测测测测量量量量的的的的物物物物质质质质必必必必须须须须是是是是（1 1 1 1）它它它它的的的的某某某某一一一一物物物物理理理理量量量量容容容容易易易易而而而而能能能能准准准准确确确确地地地地测测测测量量量量；（2 2 2 2）测测测测量量量量值值值值与与与与温温温温度度度度成成成成单单单单调调调调变变变变化化化化关关关关系系系系（一一一一般般般般为为为为线线线线性性性性关关关关系系系系）；（3 3 3 3）这这这这种种种种变变变变

9、化化化化的的的的数数数数量量量量关关关关系系系系能能能能重重重重复复复复得得得得到到到到(d(d(d(d do)do)do)do)，这这这这样样样样就就就就可可可可以以以以用用用用这这这这些些些些物物物物质质质质的的的的物物物物理理理理量量量量相相相相对对对对应应应应地地地地表表表表示示示示温温温温度度度度值值值值。根根根根据据据据这这这这些些些些特特特特性性性性设设设设计计计计并并并并制制制制作作作作成成成成各各各各类类类类温温温温度度度度计计计计。如如如如体体体体积积积积，长长长长度度度度，压压压压力力力力，电电电电阻阻阻阻，温温温温差差差差电电电电势，频率和辐射波长等。势，频率和辐射波长

10、等。势，频率和辐射波长等。势，频率和辐射波长等。9第8页/共29页第八页，共29页。(2)(2)温度计的分类温度计的分类温度计的分类温度计的分类(fn li)(fn li)n n按测量方式分类：接触式和非接触式按测量方式分类：接触式和非接触式n n按用途按用途(yngt)(yngt)分类：温度测量和温差测量分类：温度测量和温差测量10国际(guj)温标规定从低温到高温划分为四个温区，分别选用一个高度稳定的标准温度计来度量各固定点之间的温度值。这四个温区及相应的标准温度计如下：温度范围标准温度计13.81273.15K铂电阻温度计273.1903.89K铂电阻温度计903.89K1337.58K

11、铂铑（10%）-铂热电偶1337.58K以上光学高温计第9页/共29页第九页，共29页。(a)(a)玻璃玻璃玻璃玻璃(b l)-(b l)-水银温度计水银温度计水银温度计水银温度计11水银温度计是实验室常用的温度计。它的结构简单，价格低廉，具有较高的精确度，直接读数，使用方便;但是易损坏(snhui)，损坏(snhui)后无法修理。水银温度 计 适 用 范 围 为 235.15K到 633.15K（水 银 的 熔 点 为234.45K，沸点为629.85K），如果用石英玻璃作管壁，充入氮气或氩气，最高使用温度可达到1073.15K。常用的水银温度计刻度间隔有:2K、1K、0.5K、0.2K、0

12、.1K等，与温度计的量程范围有关，可根据测定精度选用。第10页/共29页第十页，共29页。1.普通水银温度计：一般使用-5度105度、150度、250度、360度等等，每分度1度或0.5度。2.精密温度计：供量热学使用有9度15度、12度18度、15度21度、18度24度、20度30度等，每分度0.01度。3.测温差的贝克曼(Beckmann)温度计，是一种移液式的内标温度计，测量范围-20度+150度，专用于测量温差。4.电接点温度计(导电表，电接触温度计），可以在某一温度点上接通或断开，与电子继电器等装置配套，可以用来控制温度。5.分段温度计（成套温度计），从-10度220度，共有(nyu

13、)23只。每支温度范围10度，每分度0.1度，另外有-40度400度，每隔50度1只，每分度0.1度。*水银温度计的种类水银温度计的种类(zhngli)和使用范围和使用范围:12第11页/共29页第十一页，共29页。*玻璃玻璃玻璃玻璃(b l)(b l)水银温度计的校准水银温度计的校准水银温度计的校准水银温度计的校准(1)(1)读数校正读数校正零点校正零点校正以纯物质的熔点或沸点作为标准进行校以纯物质的熔点或沸点作为标准进行校正正定点校正定点校正以标准水银温度计为标准，与待校正的以标准水银温度计为标准，与待校正的温度计同时测定某一体系的温度，将对应值一一温度计同时测定某一体系的温度，将对应值一

14、一记录，做出校正曲线记录，做出校正曲线标准水银温度计由多支温度计组成，各支温度计的测标准水银温度计由多支温度计组成，各支温度计的测量范围不同，交叉组成量范围不同，交叉组成-10-10度到度到360360度范围，每支都度范围，每支都经过经过(jnggu)(jnggu)计量部门的鉴定，读数准确。计量部门的鉴定，读数准确。13第12页/共29页第十二页，共29页。14水银温度计有“全浸”和“非全浸”两种。非全浸式水银温度计常刻有校正时浸入量的刻度，在使用(shyng)时若室温和浸入量均与校正时一致，所示温度是正确的。全浸式水银温度计使用(shyng)时应当全部浸入被测体系中，如不能全部浸没，露出部分

15、与体系温度不同，必须进行校正。称为露茎校正。校正公式为:(2)露茎校正(jiozhng)t kn(t测测-t环环)第13页/共29页第十三页，共29页。(b)温差温差(wnch)温度计温度计贝克曼贝克曼温度计温度计测量体系温度范围测量体系温度范围(fnwi)(fnwi)在在2020 150150 内的微小温差变化；内的微小温差变化；一般只有一般只有5 5量程；量程；它的最小刻度为它的最小刻度为0.010.01，用放大镜可以，用放大镜可以读准到读准到0.0020.002，测量精度较高，测量精度较高 ；需调节才能适合使用。需调节才能适合使用。15第14页/共29页第十四页，共29页。(c)温差温差

16、(wnch)温度计温度计精密温差精密温差(wnch)测量仪测量仪n n代替贝克曼温度计用来测量微小代替贝克曼温度计用来测量微小(wixio)(wixio)温度差的仪器是精密温差测量温度差的仪器是精密温差测量仪。仪。n n测量原理为：温度传感器将温度信号转换成电压信号，经过多极放大器测量原理为：温度传感器将温度信号转换成电压信号，经过多极放大器后传至显示器；后传至显示器；n n常见型号的主要技术指标：准确度常见型号的主要技术指标：准确度0.020.020.0010.001，测量温差的范围，测量温差的范围 20208080。16第15页/共29页第十五页，共29页。电阻温度计是利用感温元件的电阻随

17、温度变化的特性制成的测温器件。任何物体的电阻都与温度有关，因此都可以(ky)用来测量温度。但是，能满足实际要求的并不多。在实际应用中，不仅要求有较高的灵敏度，而且要求有较高的稳定性和重现性。目前，按感温元件的材料来分有金属导体和半导体两大类。金属导体有铂、铜、镍、铁和铑铁合金。目前大量使用的材料为铂、铜和镍。铂制成的为铂电阻温度计，铜制成的为铜电阻温度计，都属于定型产品。半导体有锗、碳和热敏电阻（氧化物）等。电阻温度计的应用范围已经由中、低温度(-200-850C)范围扩展到1-5C的超低温领域和高温(1000-1200C)范围。(d)热电阻温度计热电阻温度计17第16页/共29页第十六页，共

18、29页。两种不同金属导体构成一个闭合线路，如果连接点温度不同，回路中将会产生一个与温差(wnch)有关的电势，称为温差(wnch)电势。这样的一对金属导体称为热电偶，可以利用其温差(wnch)电势测定温度。热电偶根据材质可分为廉价金属、贵金属、难熔金属和非金属四种。(e)热电偶温度计热电偶温度计接触电势：取决于两种不同材料(cilio)的性质；温差电势E：E=f(，T）=f(T）=f(T1）18 热电偶的两根材质不同的偶丝，需要在氧焰或电弧中熔接。为了避免短路，需将电偶丝穿在绝缘套管中。使用时一般是将热电偶的一个接点放在待测物体中(热端)，而 将另一端放在储有冰水的保温瓶中(冷端)，这样可以(

19、ky)保持冷端的温度恒定。为了提高测量精度，可将几支热电偶串联，称为热电堆。热电堆的温差电势等于各个热电偶温差电势之和。第17页/共29页第十七页，共29页。热热电电偶偶是是目目前前工工业业(gngy)(gngy)测测温温中中最最常常用用的的传传感感器器，这这是是由由于于它具有以下优点：它具有以下优点：测温点小，准确度高；测温点小，准确度高；灵敏度高，可达灵敏度高，可达10-410-4；品种规格多，测温范围广，在品种规格多，测温范围广，在27027028002800范围内有相范围内有相应产品可供选用；应产品可供选用；结构简单，使用维修方便，可作为自动控温检测器等。结构简单，使用维修方便，可作为

20、自动控温检测器等。18热电偶的使用热电偶的使用 电偶的五对互连电偶的五对互连 第18页/共29页第十八页，共29页。4.温度温度(wnd)的控制的控制许多化学实验都必须(bx)控制在一定的温度下进行，如化学反应平衡常数的测量、速率常数的测定等，有的实验还需要控制程序升温和程序降温，例如差热分析技术。另外，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(bx)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

21、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。19第19页/共29页第十九页，共29页。20(1)(1)恒温槽恒温槽恒温槽是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(yxi)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。1.浴槽；浴槽；2.加热器；加热器；3.搅拌器；搅拌器；4.温度计；温度计；5.电接点电接点(jidin)温度计；温度计；6.继电器；继电器；7.贝克曼温度计贝克曼温度计第20页/共29页第二十页，共29页。A:

22、磁性(cxng)螺旋调节器；B:电极引出线；C:指示螺母；D:可调电极；E:上标尺；F:下标尺。接触式温度计接触式温度计 工作原理：工作原理：它有两个电极，一个固定与底部水银球相连，另它有两个电极，一个固定与底部水银球相连，另一个可调电极是金属丝，由上部伸入毛细管内。顶一个可调电极是金属丝，由上部伸入毛细管内。顶端有一个磁铁端有一个磁铁(cti)(cti)，可以旋转螺旋丝杆，用以调，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，毛细管仲水银柱上升与金属丝接触，两电升高时，毛细管仲水银柱上升与金属丝接触，两电极被接通，使继

23、电器线圈中电流断开，加热器停止极被接通，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。器线圈通过电流，使加热器线路接通，温度又回升。如此，不断如此，不断反复，使恒温槽控制在一个微小的温度区间内波动，被测体系(tx)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。21第21页/共29页第二十一页，共29页。（2 2）恒温）恒温）恒温）恒温(hngwn)(hngwn)槽槽槽槽恒温恒温恒温恒温(hngwn)(hngwn)介质的选择介质的选择介质的选择介质的选择根据恒温根

24、据恒温(hngwn)(hngwn)范围，可以选用不同的恒温范围，可以选用不同的恒温(hngwn)(hngwn)介介质：质：60603030用乙醇或乙醇水溶液；用乙醇或乙醇水溶液；0 09090用水；用水；8080160160用甘油或甘油水溶液；用甘油或甘油水溶液；7070300300用液体石蜡、汽缸润滑油、硅油。用液体石蜡、汽缸润滑油、硅油。22第22页/共29页第二十二页，共29页。（3 3）恒温槽恒温效果）恒温槽恒温效果）恒温槽恒温效果）恒温槽恒温效果(xiogu)(xiogu)的评价的评价的评价的评价方法方法方法方法 恒恒恒恒温温温温槽槽槽槽的的的的温温温温度度度度控控控控制制制制装装装

25、装置置置置属属属属于于于于“通通通通”“”“断断断断”类类类类型型型型，当当当当加加加加热热热热器器器器接接接接通通通通后后后后，恒恒恒恒温温温温介介介介质质质质温温温温度度度度上上上上升升升升，热热热热量量量量的的的的传传传传递递递递使使使使水水水水银银银银温温温温度度度度计计计计中中中中的的的的水水水水银银银银柱柱柱柱上上上上升升升升。但但但但热热热热量量量量的的的的传传传传递递递递需需需需要要要要时时时时间间间间，因因因因此此此此常常常常出出出出现现现现温温温温度度度度传传传传递递递递的的的的滞滞滞滞后后后后，往往往往往往往往是是是是加加加加热热热热器器器器附附附附近近近近介介介介质质质

26、质的的的的温温温温度度度度超超超超过过过过设设设设定定定定温温温温度度度度，所所所所以以以以恒恒恒恒温温温温槽槽槽槽的的的的温温温温度度度度超超超超过过过过设设设设定定定定温温温温度度度度。同同同同理理理理，降降降降温温温温时时时时也也也也会会会会出出出出现现现现滞滞滞滞后后后后现现现现象象象象。由由由由此此此此可可可可知知知知，恒恒恒恒温温温温槽槽槽槽控控控控制制制制的的的的温温温温度度度度有有有有一一一一个个个个波波波波动动动动范范范范围围围围，并并并并不不不不是是是是控控控控制制制制在在在在某某某某一一一一固固固固定定定定(gdng)(gdng)不变的温度。控温效果可以用灵敏度不变的温度

27、。控温效果可以用灵敏度不变的温度。控温效果可以用灵敏度不变的温度。控温效果可以用灵敏度tt表示表示表示表示:t=(t1 t=(t1 t2)/2 t2)/2 式式式式中中中中t1t1为为为为恒恒恒恒温温温温过过过过程程程程中中中中水水水水浴浴浴浴的的的的最最最最高高高高温温温温度度度度；t2t2为为为为恒恒恒恒温温温温过过过过程程程程中中中中水水水水浴浴浴浴的的的的最低温度。最低温度。最低温度。最低温度。23第23页/共29页第二十三页，共29页。曲线曲线(qxin):(a)表示恒温槽灵敏度较高表示恒温槽灵敏度较高;(b)表示恒温槽灵敏度较差表示恒温槽灵敏度较差;(c)表示加热器功率太大表示加热

28、器功率太大;(d)表示加热器功率太小或散热太快表示加热器功率太小或散热太快控温灵敏度曲线(qxin)影响恒温槽灵敏度的因素很多，大体有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，后者发生机械作用继电器电磁吸引电键，后者发生机械作用(zuyng)的时间愈短，断电时线圈的时间愈短，断电时线圈 中的

29、铁芯剩磁愈小，控温灵敏度就高中的铁芯剩磁愈小，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，则灵敏度高电接点温度计热容小，对温度的变化敏感，则灵敏度高;6.环境温度与设定温度的差值越小，控温效果越好。环境温度与设定温度的差值越小，控温效果越好。24第24页/共29页第二十四页，共29页。实验室内都有自动控温设备，如电冰箱、恒温水浴、高温电炉等。现在多数采用电子调节系统进行温度控制，具有控温范围广、可任意设定温度、控温精度高等优点。电子调节系统种类很多，但从原理上讲，它必须包括三个基本部件，即变换器、电子调节器和执行机构。变换器的功能(gngnng)是将被控对象的温度信号变换成电信号

30、;电子调节器的功能(gngnng)是对来自变换器的信号进行测量、比较、放大和运算，最后发出某种形式的指令，使执行机构进行加热或致冷。电子调节系统按其自动调节规律可以分为断续式二位置控制和比例-积分-微分控制两种:(4)自动自动(zdng)控温简介控温简介电子调节(tioji)系统的控温原理 25第25页/共29页第二十五页，共29页。(a)断续式二位置控制断续式二位置控制(b)实验室常用的电烘箱、电冰箱、高温电炉和恒实验室常用的电烘箱、电冰箱、高温电炉和恒温温(hngwn)水浴等，大多采用这种控制方法。变水浴等，大多采用这种控制方法。变换器的形式分为换器的形式分为:(c)(1)双金属膨胀式双金

31、属膨胀式利用不同金属的线膨胀系数不同，选择线膨胀系数差别较大的两种金属，线膨胀系数大的金属棒在中心，另外一个套在外面，两种金属内端焊接在一起，外套管的另一端固定，在温度升高时，中心金属棒便向外伸长，伸长长度与温度成正比。通过调节触点开关的位置，可使其在不同温度区间内接通或断开，达到控制温度的目的。其缺点是控温精度差，一般有几K范围。若控温精度要求在1K以内，实验室多用导电(dodin)表（电接点温度计）作变换器。26第26页/共29页第二十六页，共29页。继电器多采用以下几种:i.电子管继电器一般与电接点(jidin)温度计配合使用ii.晶体管继电器一般与热敏电阻温度计配合使用.iii.动圈式

32、温度控制器由于温度控制表、双金属膨胀类变换器不能用于高温，因而产生了可用于高温控制的动圈式温度控制器。采用能工作于高温的热电偶作为变换器。(b)继电器继电器27第27页/共29页第二十七页，共29页。(5)控温灵敏度的测试步骤控温灵敏度的测试步骤(i)按图接好线路，调节(tioji)仪器(ii)作灵敏度曲线(iii)将温差测量仪的探头放入恒温槽中，稳定后，按温差测量仪的“设定”，使其显示值为0，然后每隔30s记录一次，读数即为实际温度与设定(shdn)温度之差，连续观察15min。(iii)结果处理a.将时间、温差读数列表；b.绘出温度-时间曲线；c.求出该套设备的控温灵敏度并加以讨论。28第28页/共29页第二十八页，共29页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第29页/共29页第二十九页，共29页。