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1、物理化学试验研究方法第二章 仪器与技术第1页一、温度计和恒温装置（一）（一）测温方法与测温仪器分类测温方法与测温仪器分类 按按照照所所用用方方法法之之不不一一样样，温温度度测测量量分分为为接接触触式式和和非非接接触式两大类。触式两大类。1.接触式测温接触式测温 接接触触式式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，二二者者之之间间进进行行充充分分热热交交换换，最最终终到到达达热热平平衡衡，这这时时感感温温元元件件某某一物理参数量值就代表了被测对象温度值。一物理参数量值就代表了被测对象温度值。优点优点：直观可靠。：直观可靠。缺缺点点：是是感感温温元元件件影影响响被被测
2、测温温度度场场分分布布，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，而而是是经经过过辐辐射射进进行行热热交交换换，故故可可防防止止接接触触测测温温法法缺缺点点，含含有有较较高高测测温温上上限限。另另外外，非非接接触触测测温温法法热热惯惯性性小小，可可达达千千分分之之一一秒秒，故故便便于于测测量量运运动动物物体体温温度度和和快快
3、速速改改变变温温度。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。超超低低温温普普通通是是指指010K，低低温温指指10800K，中中温温指指8001900K，高高温温指指19002800K温温度度，2800K以上被以上被认为认为是超高温。是超高温。第3页一、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接触式和非接触式两大两大类类。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 包含液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计包含液体和固体膨胀式温度计、压力式
4、温度计 电阻式温度计电阻式温度计 包含金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计包含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 包含热电偶和包含热电偶和P-N结温度计结温度计 其它原理温度计其它原理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辐射温度计、亮度温度计和比色温度计计，因为它们都是以光辐射为基础，故也统称为，因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页一、温度计和恒温装置（二）（二）膨胀式温度计膨胀式温度计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一样膨这种温度计是利用两种不一样膨胀系数材
5、料制成，分为杆式和双胀系数材料制成，分为杆式和双金属式两大类。金属式两大类。右图为杆式温度计原理图。右图为杆式温度计原理图。因为芯杆材料膨胀系数比与基座因为芯杆材料膨胀系数比与基座相连外套大，故当温度改变时芯相连外套大，故当温度改变时芯杆对基座产生相对位移，经简单杆对基座产生相对位移，经简单机械放大后，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页一、温度计和恒温装置双金属感温元件是由膨胀系数不一样两种金属片牢靠双金属感温元件是由膨胀系数不一样两种金属片牢靠结合在一起而制成，一端固定，另一端为自由端。当温度结合在一起而制成，一端固定，另一端为自由端。当温度改变时，因为两种材料膨胀系
6、数不一样而使双金属片曲率改变时，因为两种材料膨胀系数不一样而使双金属片曲率发生改变，自由发生改变，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。为了满足不一样用途了满足不一样用途要求，双金属元件要求，双金属元件制成各种不一样形制成各种不一样形状，如右图所表示。状，如右图所表示。第6页一、温度计和恒温装置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一一个个温温度度计计，它它由液体储存器、毛细管和标尺组成。由液体储存器、毛细管和标尺组成。液液体体玻玻璃璃温温度度计计测测温温上上限限取取决决于于
7、所所用用液液体体汽汽化化点点温温度度，下下限限受受液液体体凝凝点点温温度度限限制制为为了了预预防防毛毛细细管管中中液液注注出出现现断断续续现现象象，并并提提升升测测温温液液体体沸沸点点温温度度，常常在在毛毛细细管管中液体上部充以一定压力气体。中液体上部充以一定压力气体。第7页一、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惯惯用用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。普普通通适适用用 测测 温温 范范 围围 是是
8、 35360(熔熔 点点 38.7，沸沸 点点356.7)；假假如如采采取取特特硬硬玻玻璃璃，且且在在水水银银面面上上充充以以N2或或Ar气气，能能够够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%Tl，则则能能够够使使测测温温范范围围下下限限降降到到60。第8页一、温度计和恒温装置（1）水）水银银-玻璃温度玻璃温度计计种种类类和使用范和使用范围围 普通条件：由普通条件：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0.00
9、2；测测温差温差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，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页一、温度计和恒温装置（2）引）引发误发误差主要原因差主要原因 球体球体积积改改变变 水水银银温温度度计计内内普普通通容容纳纳约约6000刻刻度度量量水水银银，体体积积微微小小改改变变会会很很灵灵敏敏地地反反应应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体
10、体积积往往往往会会稍稍有有改改变变，而而玻玻璃璃流流动动很很慢慢，冷冷却却时时体体积积回回缩缩需要几天需要几天时间时间，此，此现现象称象称为为“滞后滞后现现象象”。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条条件件不不一一样样可可分分为为“全全浸浸式式”和和“局浸式局浸式”两种。两种。第10页一、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条条件件对对温温度度计计刻刻度度进进行行校校正正标标注注。这这种种温温度度计计普普通通在在其其后后面面刻刻有有校校正正
11、标标注注刻刻度度时时浸浸入入量量，当当使使用用时时室室温温及及浸浸入入量量与与校校正正标标注注刻刻度度时时一一致致时时，温温度度计计所所指指示示读读数数就就是是严严格格准准确确。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到到达达此此条条件件，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，此此时时就需要就需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，是对观对观察察(读读数数)值值校正，校正，则则温度正确温度正确值为值为:t正确正确=t观观t露茎露茎t环环是露出待是露
12、出待测测体系之外水体系之外水银银柱有效温度，柱有效温度，经过经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二分之一二分之一之之处处(0.5n)温度温度计读计读出；出；n 是露出待是露出待测测体系体系之外水之外水银银柱柱读读数；数；K是水是水银对银对于玻璃相于玻璃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，所以有有Kn 0，则则E(tn,0)0，故，故E(t,tn)E(t,0)，表明，表明仪仪表表指示偏低，指示偏低，应应加上加上E(tn,0)校正校正值值。第28页一、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，若冷端温度一炉
13、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对应对应温度温度为为572。普通粗略地考普通粗略地考虑虑就是在就是在测测量出温度上加上量出温度上加上t，但有，但有一定一定误误差，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 热电势，现可利用计算热电势，现可利用计算机进行自动计算赔偿。机进行自动计算赔偿。第29页一、温度计和恒温
14、装置（3）冷端）冷端处处于温度波于温度波动环动环境中境中 此此时时可采取可采取赔偿导线赔偿导线或冷端或冷端赔偿赔偿器来校正。器来校正。赔赔偿偿导导线线：因因为为受受到到材材料料价价格格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。所所谓谓赔赔偿偿导导线线，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延伸伸到到温温度度恒恒定定场场所所(如如仪仪表表室室，冰冰水水浴浴等等)
15、即即可可克克服服冷冷端端温温度度波波动动，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。依依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赔赔偿偿导导线线二二个个接接点点温温度度一一致，是不会影响热电动势输出。致，是不会影响热电动势输出。第30页一、温度计和恒温装置例例 采采取取镍镍铬铬-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)=33.277mV，E(50,0)=2.022mV，E(20,0)=0.798mV。则则不不赔偿时输赔偿时输入入仪仪表表热电势
16、为热电势为：E(800,50)=33.2772.022=31.255mV(相当于相当于751)采取采取赔偿导线赔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页一、温度计和恒温装置冷端冷端赔偿赔偿器器(电桥赔偿电桥赔偿法法)冷端冷端赔偿赔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能路中能够够输输出毫伏信号直流不平衡出毫伏信号直流不平衡电桥电桥，它特点是，它特点是输输出毫伏出毫伏值值随冷端温度而改随冷端温度而改变变，从而到达冷端温度自，从而到达冷端温度自动赔偿动赔偿。这类赔偿这类赔偿方法多用于自方法多用于自动动化温度化
17、温度测测量量仪仪器中，器中，这这种种仪仪器假如使用正常器假如使用正常话话，能，能够够直接从直接从仪仪器上器上读读取温度取温度值值，而无，而无须进须进行校正。行校正。第32页一、温度计和恒温装置 热电热电偶偶电势电势与温度与温度为为非非线线性关系；而性关系；而电电阻与温度关系是阻与温度关系是线线性，故是近似关系。性，故是近似关系。赔偿赔偿原理原理见见下列下列图图：图图中中R1与与R2阻阻值值远远大于其它大于其它电电阻，使阻，使桥桥路含有恒流性路含有恒流性质质，并使：，并使：I1=I2=0.5mA所以，其所以，其输输出出电压电压：U=e+URCMUR5利用利用e与与URCM相反改相反改变变来来补补
18、偿热电偿热电偶冷端温度改偶冷端温度改变变，自，自动赔偿动赔偿条件条件为为：e=I1RCMt第33页一、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测计测温原理是利用金属或半温原理是利用金属或半导导体体电电阻随温度阻随温度改改变变特征而特征而设计设计。大多数金属在温度升高大多数金属在温度升高1 C 时电时电阻将增加阻将增加0.40.6，即金属即金属电电阻含有正温度系数。金属阻含有正温度系数。金属电电阻温度阻温度计测计测温范温范围围广，广，重重现现性好；性好；半半导导体体电电阻普通含有阻普通含有负负温度系数，每升高温度系数，每升高1 C，电电阻阻约约减小减小26。半。半导导
19、体体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页一、温度计和恒温装置 所以金属所以金属电电阻温度阻温度计计仍是使用最普遍。仍是使用最普遍。当前由纯金属当前由纯金属制造热电阻主要材料是铂、铜和镍，它们已得到广泛应用。制造热电阻主要材料是铂、铜和镍，它们已得到广泛应用。电电阻温度阻温度计实际测计实际测温普通不超出温普通不超出1000，在，在较较低温度低温度下，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温度温度计计，如在，如在800以下以下铂电铂电阻温度阻温度计计灵敏度比灵敏度比热电热电偶高一个数量偶高一个数量级级
20、，但但电电阻温度阻温度计计制作比制作比较较麻麻烦烦和复和复杂杂。惯惯用用电电阻温度阻温度计计有有铂铂电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页一、温度计和恒温装置 铂铂是一个是一个贵贵金属。它特点是金属。它特点是精度高，精度高，稳稳定性好，性能可靠定性好，性能可靠，尤其是尤其是耐氧化性能耐氧化性能很很强强。铂铂在很在很宽宽温度范温度范围围内内约约1200 C以下都以下都能确保上述特征。能确保上述特征。铂铂很很轻轻易提易提纯纯，复，复现现性好，有良好工性好，有良好工艺艺性，性，可制成很可制成很细铂丝细铂丝(0.02mm或更或更
21、细细)或极薄或极薄铂铂箔。与其它材料相比，箔。与其它材料相比，铂铂有有较较高高电电阻率阻率，所以普遍，所以普遍认为认为是一个很好是一个很好热电热电阻材料。缺点阻材料。缺点是是铂电铂电阻温度系数比阻温度系数比较较小；价格小；价格贵贵。在在0 C 以上以上，其，其电电阻与温度关系靠近于直阻与温度关系靠近于直线线，其，其电电阻温度阻温度系数系数A=3.9103/C。我国已采取。我国已采取IEC标标准制作工准制作工业铂电业铂电阻。阻。按按IEC标标淮，使用温度已淮，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页一、温度计和恒温装置（五）（五）辐辐
22、射高温射高温计计 其其测测温原理是：当温原理是：当辐辐射物体靠近射物体靠近热热力学平衡力学平衡时时，经过经过分析物体分析物体辐辐射能量确定物体温度。此法射能量确定物体温度。此法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温度，但温度，但辐辐射射测测温温测测量精密度不量精密度不及及热电热电偶，只有在偶，只有在热电热电偶不能使用高温区才会使用。偶不能使用高温区才会使用。辐辐射射法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温用于非光密物密物质质，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
23、宽宽度确定体系温度。度确定体系温度。辐辐射射测测温用于光密物温用于光密物质质，又分，又分为为光学光学测测温、全温、全辐辐射射测测温和多色多波温和多色多波长长式比色高温式比色高温测测温三种方法，温三种方法，其中光学其中光学测测温法最准确、最主要。温法最准确、最主要。第37页一、温度计和恒温装置（六）（六）蒸气蒸气压压温度温度计计 惯惯用于室温下低温用于室温下低温测测量，如氧蒸气量，如氧蒸气压压温度温度计计用于用于测测量液氮温度。量液氮温度。测测量量时时将将温度温度计计泡浸于待泡浸于待测测物物质质中，此中，此时时泡内氧泡内氧气凝成液气凝成液态态氧，泡内空氧，泡内空间间被被饱饱和氧蒸气和氧蒸气充充满
24、满，经过经过与泡相与泡相连压连压力力计计能能够测够测出此出此时时氧氧饱饱和蒸气，依据此和蒸气，依据此压压力力值值就可取得就可取得待待测测物物质质温度。温度。第38页一、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。它温度。它温度测测量范量范围围与它最小分度有矛盾，极与它最小分度有矛盾，极难难两全其美，两全其美，但普通更多关注其最小分度但普通更多关注其最小分度值值。其量程普。其量程普通有通有56度和度和1度两种，度两种，对应对应最小分度最小分度值值分分别为别为0.01度和度和0.002度，可度，可读读到到0.002度和度和0.
25、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刻刻度有两种度有两种标标法，一个是最小刻度法，一个是最小刻度值值在上端，在上端，用于用于测测温度下降温度下降值值；另一个是最小刻度；另一个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读计读数也需要校正。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坏仪仪器，当前我校本器，当前我校本科物理化学科物理化学试验试验所采取所采取贝贝克曼温
26、度克曼温度计计是是 SWC-型数型数字字贝贝克曼温度克曼温度计计，其特点是：，其特点是：含有含有0.001高分辨率，高分辨率，长长久久稳稳定性好；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和温差基温范基温范围围均可到达均可到达50150，依据需要能，依据需要能够扩够扩展到展到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页一、温度计和恒温装置SWC-型数字型数字贝贝克曼温度克曼温度计计使用方法：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；检验检验
27、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深度物中深度约约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，再按被测测物物实际实际温度温度调调整整“基温基温选择选择”，使，使读读数数绝对值绝对值尽
28、可能小。尽可能小。第41页一、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能能够够用于温差用于温差测测量。半量。半导导体体电电阻温度阻温度计计在常温下含有阻在常温下含有阻值值大、灵敏度高、大、灵敏度高、时间时间常数小、体常数小、体积积小以小以及廉价等及廉价等优优点。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探量探头头。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偶组组成成“热电热电堆堆”测测量精度大增，甚至能量精度大增
29、，甚至能够检测够检测到百万分之一度到百万分之一度(10-6)以下温度改以下温度改变变。但其体。但其体积积随随热电热电偶数量增加而增大，偶数量增加而增大，所以用于有限容器中就受到限制。所以用于有限容器中就受到限制。第42页一、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 要使体系到达某一指定温度并恒定下来，就要控制性要使体系到达某一指定温度并恒定下来，就要控制性地地对对体系体系输输入入/输输出出热热量，通常是量，通常是经过经过恒温槽或控温恒温槽或控温仪仪来来实现实现。恒温槽是能到达恒温目。恒温槽是能到达恒温目标标理想理想热热源，即使它不是一源，即使它不是一个无限大理想化个无限
30、大理想化环环境，但它采取了大境，但它采取了大热热容量工作介容量工作介质质和可和可控制加控制加热热装置，所以，在室温条件下，其恒温精度可能装置，所以，在室温条件下，其恒温精度可能优优于于 0.001；不；不过过在不采取多重恒温套情况下，在在不采取多重恒温套情况下，在1000以上恒温精度要以上恒温精度要0.5也是很困也是很困难难。在有限情况下，能在有限情况下，能够够利用一些物利用一些物质质相相变变平衡温度平衡温度实现实现恒温，并能取得很好恒温精度。恒温，并能取得很好恒温精度。第43页一、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之之间间温度控制温度控制为为常温控制。有恒温箱、常温
31、控制。有恒温箱、真空干燥箱、水浴箱、恒温槽等。其中使用最多是恒温槽，真空干燥箱、水浴箱、恒温槽等。其中使用最多是恒温槽，所用介所用介质质可依据不一可依据不一样样温度要求温度要求选选取水（室温取水（室温 95），油脂（熔点），油脂（熔点200），），盐盐（熔点（熔点数数baidu）。使）。使用植物油或用植物油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问题变质问题，硅油系列性，硅油系列性质稳质稳定，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
32、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恒温槽称装置恒温槽称为为超超级级恒温槽。浴槽温度低于恒定恒温槽。浴槽温度低于恒定温度温度时时，温度控制器，温度控制器经过继电经过继电器作用使加器作用使加热热器工作，到达恒定温器工作，到达恒定温度即停度即停顿顿加加热热。可。可见见，温度控制器是恒温槽感，温度控制器是恒温槽感觉觉中枢。中枢。第45页一、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研究体系提供一个恒温浸在其中研究体系提供一个恒温环环境。境。（2）加）加热热器器 惯惯用用电电阻阻丝丝加加热热棒。棒。对对于容于容积为积为20L水浴槽，普通采取功水浴槽，普通采取功率率约
33、为约为1kW加加热热器。器。为为提升控温精度，能提升控温精度，能够经过调压够经过调压器器调调整其整其加加热热功率。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，温度用，惯惯用分度用分度为为1/10温度温度计计。（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普通水似于普通水银银温度温度计计，但其上下两段都有，但其上下两段都有标标尺尺(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
34、铂)丝丝4，钨丝钨丝下端所下端所处处位置与位置与标铁标铁3所指示温度相同。所指示温度相同。经过经过温度温度计顶计顶部部调调整帽内一整帽内一块块磁磁铁铁旋旋转转来来调调整整钨丝钨丝上下位置，上下位置，当当标铁标铁3所指示温度被所指示温度被调调到需要控制温度到需要控制温度时时，钨丝钨丝下端位下端位置就确定了，通置就确定了，通电电加加热热使水使水银银球内水球内水银银膨膨胀胀，毛，毛细细管中管中水水银银上升，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，温度一接触，温度控制器控制器电电路接通，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，加热热停停顿顿；当温度降
35、低使毛；当温度降低使毛细细管中水管中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，加热热回路被接通，加回路被接通，加热热器又开始器又开始工作。工作。1调整帽；调整帽；2电电极引出线；极引出线；3标铁；标铁；4钨丝；钨丝；5上标上标尺；尺；6下标尺下标尺第47页一、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 采取数字信号采取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信号感信号进进行行线线形形赔偿赔偿，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 惯惯用用继电继电器有器有电电子管和晶体管两子管和晶体管
36、两类类，它，它是自是自动动控温关控温关键设备键设备。没到达温度。没到达温度时时，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流经过电热经过电热棒棒进进行加行加热热。当到达温度。当到达温度时时，汞柱，汞柱与与铂丝铂丝接触，回路接触，回路中中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介就可使浴槽内介质质控制在要求温度。控制在要求温度。第48页一、温度计和恒温装置 在上述控温在上述控温过过程中，程
37、中，电热电热棒只棒只处处于两种可能状于两种可能状态态，加，加热热或停或停顿顿，这这种控温属于二位控制作用。种控温属于二位控制作用。实际实际上恒温槽温度是在一定范上恒温槽温度是在一定范围围内波内波动动。因。因为为控温精度与加控温精度与加热热器功率、器功率、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灵敏度、灵敏度、搅搅拌快慢等很多拌快慢等很多原因都相关。原因都相关。右右图图表示了因加表示了因加热热功率不功率不同而造成恒温精度改同而造成恒温精度改变变情况。情况。第49页一、温度计和恒温装置3.高温控制高温控制 因因为为控温控温仪质仪质量、高温炉材料与量、高温炉材料与结结构、工作构、工作
38、环环境等原因影响，境等原因影响，高温恒温精度普通高温恒温精度普通约为约为12，而且炉内恒温区也不会很，而且炉内恒温区也不会很长长，在，在1000K左右左右时时，炉管直径，炉管直径3厘米左右管状炉内部恒温区普通只有几厘米左右管状炉内部恒温区普通只有几到十几厘米。到十几厘米。高温控制普通采取高温控制普通采取调调流式自流式自动动控温伎控温伎俩俩。就是。就是对负载对负载（电电阻阻丝丝）电电流流进进行自行自动调动调整，当炉温靠近指定温度整，当炉温靠近指定温度时时，电电流逐步减小；流逐步减小；高于指定温度高于指定温度时时，电电流流为为零，零，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
39、百分比百分比调调整，加整，加热电热电流与偏差信号呈正比；流与偏差信号呈正比；I积积分分调调整，加整，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相关；相关；D微分微分调调整，加整，加热电热电流正比于偏差流正比于偏差对时间导对时间导数；将三种数；将三种调调整方式整方式结结合，可合，可实现实现精密控精密控温，温，这这种种调调整是整是经过经过可控硅可控硅电电路路实现实现。第50页一、温度计和恒温装置4.程序控温程序控温 一些研究一些研究试验试验，如差，如差热热分析、分析、热热重分析、重分析、变变温温动动力学研究等力学研究等需要需要对对温度升、降速度加以控制，温度升、降速度加以控制，
40、这这就是程序控温。程序控温比就是程序控温。程序控温比恒温控制复恒温控制复杂杂，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关系复功率关系复杂杂；（3）电电阻阻丝丝阻阻值对值对温度关系与材料种温度关系与材料种类类相关，即阻相关，即阻值值随温度改随温度改变变而改而改变变；（4）升、降温速度与炉子材料性能、）升、降温速度与炉子材料性能、结结构及构及环环境情况相关。境情况相关。对对一定炉子和一定炉子和环环境情况，要使其境情况，要使其时间时间-温度呈温度呈线线性关系。普通性关系。普通是先探索出是先探索出电压电压-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调整整输输入入电压电压，实现实现以某一速度程序升温。以某一速度程序升温。第51页