实验1 恒温槽装配与性能的测定.docx

恒温槽的装配与性能的测定 【摘 要】本实验通过测定恒温槽恒在不同条件下（不同加热电压）温度随时间的波动情况，分析影响恒温槽灵敏度的因素，并在实验过程中初步掌握恒温槽的装配及恒温原理。【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 the sensitivity of the thermostat and grasp its theory and the method to operate this equipment. 【关 键 词】恒温槽 加热电压 灵敏度【Keywords】thermostat heat voltage sensitivity【前 言】在许多物理化学实验中，待测数据如折射率、粘度、电导、蒸汽压等都与温度有关，这些实验都要在恒温条件下进行，通常用恒温槽设备来控制温度，目前恒温槽主要靠恒温控制器控制电加热器工作，温度都是相对的稳定，多少总有一定的波动。所以在实验过程中，恒温槽的灵敏度很重要，测量恒温槽的灵敏度对分析实验结果，以及对恒温槽的改进都有着重要的意义。本实验就是通过电磁继电器控恒温槽灵敏度的测量，并进行讨论，来研究恒温槽的改进。【实验过程】一、 实验原理 恒温槽通过电子及电器对加热器自动调节，当恒温槽因热量向外扩散等原因使体系温度低于设定值时，继电器控制加热器工作，到体系再次达到设定值时，又自动停止加热。加热过程中通过搅拌器使热量均匀。恒温控制器在控温的同时，精确地反映了被控温部位的温度值。图1-1即是一恒温装置。它由浴槽、加热器、搅拌器、温度计、感温元件、恒温控制器等组成。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-贝克曼温度计二、 实验仪器仪器名称型号产地电子继电器6402型 (220V 50 10A)通州市沪通实验仪器厂精密电子温差测量仪JDW3F南京大学应用物理研究所增力电动搅拌器JJ1(40W)江苏金坛市环宇科学仪器厂调压变压器TDGC-1/0.5天津市东风电器厂恒温槽装置三、 实验步骤1、 将电脑主机及相关电源插座通电，熟悉各部件功能（已经装配好） ；2、 使用恒温槽内置的恒温控制器，将温度调为 30，将电子温差测量仪置零打自己的测量通道，进行测量，并不时的用 ORIGIN 作图，当图显示一定的规律时即可停止测量；3、 将恒温装置换为由电子继电器控制的恒温装置，将温度仍调为 30，电压调为 175V，并将电子温差测量仪置零打开自己的测量通道，进行测量，并不时的用 ORIGIN 作图，当图显示一定的规律时即可停止测量；4、 同步骤 3（注意要将电压调为 100V）；5、 同步骤 2（注意要将水循环装置打开）；6、 同步骤 3（注意要将水循环装置打开）；7、 同步骤 4（注意要将水循环装置打开）；8、 将所有数据上传并拷贝下来，进行处理分析。 四、 实验结果 精密电子温差测量仪每秒钟记录 4 个数据，在处理实验数据的过程中由于个别点误差较大，在作图的过程中已除去。 1、 恒温槽内置恒温控制器（无循环水） 30 ，温度变化-时间曲线如下：图一、恒温槽内置恒温控制器（有循环水） 30下温度差（）-时间（0.25）s关系图0-1500个点时仪器升温，温度差不稳定，取1500之后计算，则由origin读图知最高温度t1=0.075，最低温度t2=0.066T=（t1-t2）/2=0.0045循环周期t=68s分析：升温过程结束后，恒温槽内的温度始终在 30边细微变化，变化的数值较小。可以看出恒温槽内置恒温控制器灵敏度很高，恒温效果好。2、 继电器恒温控制器（无循环水） 30 电压 175V，温度变化-时间曲线如下：图二、继电器恒温控制器（无循环水） 30 电压 175V下温度差（）-时间（0.25）s关系图由origin读图知最高温度t1=0.235，最低温度t2=-0.024T=（t1-t2）/2=0.1295循环周期t=474s分析：恒温槽通过电子及电器对加热器自动调节，当恒温槽因热量向外扩散等原因使体系温度低于设定值时，继电器控制加热器工作，到体系再次达到设定值时，又自动停止加热。加热过程中通过搅拌器使热量均匀。恒温控制器在控温的同时，精确地反映了被控温部位的温度值。3、 继电器恒温控制器（无循环水） 30 电压 100V，温度变化-时间曲线如下：图三、继电器恒温控制器（无循环水） 30 电压 100V温度差（）-时间（0.25）s关系图由origin读图知最高温度t1=0.000，最低温度t2=-0.099T=（t1-t2）/2=0.0495循环周期t=205s分析：相比于175V电压，100V电压下恒温槽温度波动小，恒温效果佳4、 恒温槽内置恒温控制器（有循环水） 30 ，温度变化-时间曲线如下：图四、恒温槽内置恒温控制器（有循环水） 30温度差（）-时间（0.25）s关系图前1000个点是升温状态，取1000之后的点由origin读图知最高温度t1=0.160，最低温度t2=0.051T=（t1-t2）/2=0.0545循环周期t=96s相比于恒温槽内置恒温控制器（无循环水） 30下恒温槽温度波动大，恒温效果差，说明使用恒温槽自带恒温器时，循环水（温度低于30）会影响恒温槽恒温精确度。5、 继电器恒温控制器（有循环水） 30 电压 175V，温度变化-时间曲线如下：图五、继电器恒温控制器（有循环水） 30 电压 175V下温度差（）-时间（0.25）s关系图由origin读图知最高温度t1=0.165，最低温度t2=-0.06T=（t1-t2）/2=0.1125循环周期t=210s分析：相比于恒温槽内置恒温控制器（有循环水） 30下恒温槽温度波动大，恒温效果差，说明继电器恒温控制器（有循环水）不如恒温槽自带恒温器精度高。6、继电器恒温控制器（有循环水） 30 电压 100V，温度变化-时间曲线如下：图六、继电器恒温控制器（有循环水） 30 电压 100V下温度差（）-时间（0.25）s关系图由origin读图知最高温度t1=0.0433，最低温度t2=-0.0437T=（t1-t2）/2=0.0435循环周期t=136s分析：相比于继电器恒温控制器（无循环水） 30 电压 175V精度较高，说明使用外接继电器控制时，电压低效果好。总结：图七、六种情况下温度差（）-时间（0.25）s关系图从图中可以明显看出，用近似平衡加热电压维持恒温状态，恒温槽的灵敏度比采用自动控温装置要高得多。恒温槽内置恒温控制器（有循环水） 30 继电器恒温控制器（有循环水） 30 电压 175V继电器恒温控制器（有循环水） 30 电压 100V恒温槽内置恒温控制器（无循环水） 30 继电器恒温控制器（无循环水） 30 电压 175V继电器恒温控制器（无循环水） 30 电压 100V最高温度（）0.1600 0.1650 0.0433 0.0750 0.2350 0.0000 最低温度（）0.0510 -0.0600 -0.0437 0.0660 -0.0240 -0.0990 T（）0.0545 0.1125 0.0435 0.0045 0.1295 0.0495 循环周期（s）9621013668474205各种情况下的相关数据从以上数据，可得出结论：1、有循环水与无循坏水的区别：从理论上分析循环水的加入会使水浴的散热速率加大，会减少水浴的循环时间。从实验数据上看，除第一、三组对比不符合以外，其他几组都满足。 2、电压的差别： 理论上，电压低加热速度慢，循环周期小，灵敏度也越小，将实验二与三对比、实验五与六对比，发现满足此规律； 3、给定的恒温装置与自组装的恒温装置的比较：很明显自组装的恒温装置不论是灵敏度还是循环周期都没有给定的恒温装置好，说明精密仪器在制造技术上是很有讲究的，不是单纯的知道原理用一些廉价的配件就可以实现相同的效果的。 4、 使某一体系能维持在高于室温的恒温状态，有三种方法： 1 ) 环境体系间理想的静态绝热； 2 ) 环境体系间近似的动态绝热，当体系不断向环境散发热量时，环境以另外的形式连续的向体系供给相等的热量； 3 ) 实验中采用的自动控温装置。 三种方法各有优缺点， 第一种方法原理最为简单，但很难实现； 第二种方法从上图可看出，温度波动范围明显比自动控温装置要小，但是，一旦外界因素发生改变( 如室温降低 )，平衡很容易被打破，因此在外界条件变化剧烈时，不能适用； 第三种方法虽然从灵敏度上分析不如第二种，但能克服第二装配那个方法的缺点，可随环境变化实现自动控温，因此在一定误差允许范围内，使用第三种方法更为方便有效。【感想】本实验实际上采用了控制变量法。物理学中对于多因素（多变量）的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题，而只改变其中的某一个因素，从而研究这个因素对事物影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方