物理化学实验报告：恒温水浴的组装及其性能测试

恒温水浴的组装及其性能测试

. 实验目的：

1. 了解恒温水浴的构造及其工作原理，学会恒温水浴的装配技术。

2. 测绘恒温水浴的灵敏度曲线。

3. 掌握贝克曼温度计的调节技术和正确使用方法。

二.实验原理：

许多物理化学数据的测定，必须在恒温度下进行。欲控制被研究体系的某一温度，通常采用取两种方法：一是利用物质的相变点温度来实现；另一种是利用电子调节系统，对加热器或制冷器的工作状态进行自动调节，使被控对象处于设定温度下，本试验的恒温水浴就是一种常用控温装置，它通过电子继电器对加热器自动调节，来实现恒温目的。当恒温浴因热量向外扩散等原因使体系温度低于设定值时，继电器迫使加热器工作，到体系再次达到设定温度时，又自动停止加热。这样周而复始，就可以使体系温度在一定范围内保持稳定。

普通恒温水浴的结构是由浴槽、温度计、搅拌器、加热器、接触温度计（或称导电表）和继电器等部分组成。其装置如下图1.1 ：

恒温水浴工作原理的简述：

1、浴槽：浴槽包括容器和液体介质。如果要求设定的温度与室温相差不大，通常可用

20dm3的圆形玻璃钢做容器，若设定的温度较高（或较低），则应对整个槽体保温，以减小热

量传递速度，提高恒温精度。

恒温水浴以蒸馏水为工作介质。 如对装置稍作改动并选用其他合适液体为工作介质， 上述恒温可在较

大范围内使用。

2、温度计：观察恒温浴的温度可选用分度值为 0.1 摄氏度的水银温度计，而测量恒温

浴的灵敏度事应采用贝克曼温度计。 温度计的安装位置应尽量靠近系统。 所用的水银温度计 读数都应加以校正。

3、搅拌器：搅拌器以小型电动机带动，其功率可选 40W ，用变速器或变压器来调节搅

拌速度。搅拌器一般应安装在加热器附近，使热量迅速传递，以使槽内各部位温度均匀。

4、加热器：在要求设定温度比室温高的情况下，必须不断供给热量以补偿水浴向环境 散失的热量。电

加热器的选择原则是热容量小、导热性能好、功率适当。

5、接触温度计 : 接触温度计又称水银导电表。其结构如右 图。水银上部焊有金属丝，温度计上半部有另一金属丝，两者 通过引出线接到继电器的信号反馈端。接触温度计的顶

部有一 磁性螺旋调节帽，用来调节金属丝触点的高低。同时，从温度 计调

节指示螺母在标尺上的位置可以估读出大致的控温设定温 度值。浴槽温度

升高时，水银膨胀并上升至触点，继电器内线 圈通电产生磁场，加热线路

弹簧片跳开，加热其停止加热。随 后浴槽热量向外扩散，使温度下降，水银

收缩并与触点脱离， 继电器的电磁效应消失，弹簧片弹回，而接通加热器

回路，系 统温度又开始回升。这样接触温度计反复工作，而使系统温度 得

到控制，可以说它是恒温浴的中枢，对恒温起着关键作用。

6、继电器： 继电器必须与加热器和接触温度计相连， 才能 起到控

温作用。实验室常用的继电器有电子管继电器和晶体管 继电器。

衡量恒温水浴的品质好坏， 可以用恒温水浴灵敏度来衡量。

最低温度值之差的一半数值来表示其灵敏度。

恒温槽灵敏度的测定是在指定温度下观察温度的波动情况。

曼温度计、 在—定的温度下， 记录温度随时间的变化。 如记最高温度为

t1 ，最低温度为 t2 ， 恒温槽的灵敏度为：

S=±（ t1-t2 ） /2

灵敏度常以温度为纵坐标、 以时间为横坐标绘制成温度～时间曲线

来表示， 图中是几种典型的控温灵敏度曲线， 曲线 c 是加热器功率过大， 热惰性小引起的较指定 温度 t 高

的超调量； d 是加热功率太小，或槽浴散热太快，引起较指定温度 t 低的低调量； 曲线 b 是加热器功率适中， 但热惰性大引起的较指定温度 t 高（或低）的超调量， 需更换较灵 敏的温度控制器；曲线 a 加热器功率适当，热惰性亦小， 温度波动小的较理想情况。由于外 界因素干扰的随机性，实际控温灵敏度曲线要复杂些。

通常以实测的最高温度值与

该实验用较灵敏的数字贝克

如图所示。

三.实验仪器：水银接触温度计，水银温度计，搅拌器，加热器，贝克曼温度计，继电器，停表

四.实验步骤：

1. 将蒸馏水灌入浴槽至容积的五分之四，先安装加热器，再安装搅拌器，接触温度计，继电器，温度计

2. 调节恒温水浴设定温度。假定室温25℃，设定实验温度为40℃，旋动磁性螺旋调节

帽，使温度指示螺母位于大约38℃处，接通电源，开启加热器和搅拌器令其工作，注视温

度计读数，当达到38℃左右时，根据显示器的温度显示，再次转动磁性螺旋调节帽，缓慢加热，使温度升至40℃为止。

3. 恒温水浴灵敏度曲线的测定

当恒温水浴的温度在40℃上下波动时，每隔两分钟记录一次贝克曼温度计的读数，将数据整理列表。

五.数据处理：

1. 列表记录实验数据

时间由0-60 分钟每隔两分钟记录数字一次。控温在38℃左右，实验温度40℃。

恒温水浴的灵敏度曲线，并从灵敏度曲线中确定其灵敏度

灵敏度大约为± 0.043℃。

3.根据灵敏度曲线，对组装的恒温水浴性能进行评价。

温度为40℃时，恒温水浴灵敏度较好。

六.问题思考：

1. 影响恒温浴灵敏度的因素主要有哪些？

答：恒温介质流动性好传热性能好，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；搅拌器的搅拌速度足够大，保证恒温槽内温度均匀；继电器电磁吸引电建，后者发生机械作用的时间越短，断电时线圈中的铁芯剩磁越小，控温灵敏度就高；电接点温度计热容小，对温度的变化敏感，则灵敏度高；环境温度与设定温度的差值越小，控温效果越好。

2. 欲提高恒温浴的控温精度，应采取什么措施？答：介质的流动性好，功率适宜，搅拌器速要足够大，接

触式温度计热容小，对温度变

化敏感。

3. 恒温槽恒温的原理是什么?

答：恒温槽之所以能够恒温，主要是依靠恒温控制器来控制恒温槽的热平衡。当恒温槽的热量由于对外散失而使其温度降低时，恒温控制器就驱使恒温槽中的电加热器工作。待加热到所需要的温度时，它又会使其停止加热，使恒温槽温度保持恒定。

4. 如何提高恒温槽的灵敏度?试加以分析讨论。

答：灵敏度的高低是衡量恒温槽恒温优劣的主要标志。它不仅与温控仪所选择的感温元件、继电器、接触式温度计等灵敏度有关，而且与搅拌器的效率、加热器的功率、恒温槽的大小等因素有关。加热器与搅拌器应放得近一些。这样利于热量的传递。感温元件探头应放在合适的位置并与槽中的温度计相近，以正确地确定温控仪面板上的指示温度．并且不宜放置得太靠近边缘。

5. 恒温槽内各处的温度是否相等?为什么?

答：恒温槽内各处的温度不相等，因为加热时仅仅是依靠电热丝的发热使水的局部温度升高，然后由于热量的传递才使水的其它部分温度升高。

七.实验总结：

1.注入恒温介质必须适量，太满会外溢，不足则不起作用。用水作介质时．必须使用蒸馏水。

2. 使用完毕必须关闭电源开关，并整理清洁。

3. 在恒温控制调节过程中不能以接触温度计的刻度当作温度读数，它只是给我们一个粗

略的指示。另外，当温度达到比设定的恒定温度低1℃左右时，必须细致地调节。

4. 做实验时要认真仔细实事求是。