恒温槽简易精密温度控制装置的研制

摘 要:根据本科生课程化学基础实验中恒温槽灵敏度实验中的温度控制装置进行改造,开发出一种简易、耐用且精密可靠的温度控制装置,从而研制了一种适于高精度低温实验的新型低温恒温槽。经过实验可知,该恒温槽灵敏度约为±0.0065℃。
 
**词:恒温槽;灵敏度;控制

为主动适应化学基础实验教育课程改革的需要,教学实验仪器的研制与开发要根据新课程特点,应对原有的化学基础实验仪器进行优化、改进,把握研究发展方向,使化学基础实验仪器的研制与开发,向综合、探究、创新方向发展。恒温水浴槽是化学基础实验课程中物理化学实验部分提供恒温实验环境的主要装备之一,在液体的黏度、表面张力、折光率、蒸汽压、化学反应速率常数等数据的测定及电导滴定等实验中都有应用。灵敏度是恒温水浴槽的重要质量参数之一,它直接决定着恒温水浴槽的恒温效果,因而灵敏度是衡量恒温槽好坏的重要标志。所以,恒温水浴槽灵敏度的测定以及恒温槽灵敏曲线的绘制作为物理化学实验中的一个经典传统实验,在各类理工科普通高校中普遍开设,其主要内容为在指定温度下测量一段时间内恒温水浴槽的温度波动范围值,从而绘制出恒温槽灵敏曲线以及计算出恒温水浴槽的灵敏度。
 
由于传统的恒温槽的温度控制装置属于二位置通断类型,升降温时都会出现温度传递的滞后现象,恒温槽的控温将会有一个波动范围,而且搅拌效果的优劣也会影响到槽内各部位温度的均匀性。一般地,二位置通断类型常采用电子管或晶体管温控器,这里我们根据该实验的特点,巧妙地采用继电器控制交流接触器来代替电子原件,从而获得了一种简易、耐用且精密可靠的温度控制装置。
 
一、设计思想
 
传统的温度控制器有电子管温控器及晶体管温控器,其电路图如图1和图2所示。电子管及晶体管温控器的原理均是由感温组件(接点温度计)以控制电子管或三极管的导通,给继电器供电,再使加热组件工作。在频繁的温度波动条件下,需要温控器频繁动作,在这一过程中,继电器每一次闭合,都会产生很强感应电流,冲击电子元器件,致使元器件极易损坏,导致温控器不工作,使实验无法正常进行。
 


本着化繁就简的原则,在已有的温控器基础上,取消其电子控制部分,改用低压继电器J1进行控制交流接触器J2,进而**终控制加热组件,实现比较**且可靠的温度控制。设计的温度控制器原理图及恒温槽装置照片如图3及图4所示。



二、应用举例及性能评价
 
恒温槽的灵敏度是指浴槽温度的变化幅度与时间的关系。一个灵敏度好的恒温槽,要求温度变化幅度小,变化时间短。恒温槽的灵敏度好坏可以通过灵敏度曲线(即温度随时间的变化曲线)来测定,本次应用该恒温槽测定灵敏度曲线的实验流程如下:
1.将浴槽温度准确调节到所需要控制的温度25℃,电压分布调节为80V。
2.把红灯灭、绿灯亮时贝克曼温度计读数作为灵敏度曲线的基线(多次的平均值)。
3.每隔30秒记录一次浴槽的温度,记30次,并注意读出极大值和极小值。
4.用同样的方法测定电压为60V和100V的灵敏度。
运用该步骤得到的灵敏度曲线如图5,图6及图7所示。经过计算可以得出60V,80V,100V下灵敏度分别为±0.0065℃,±0.0095℃,±0.0155℃,经过对比一般灵敏度曲线的形状可知,该恒温槽的温度控制均匀,灵敏度良好,无温度控制器不灵敏的现象出现。




三、结束语
 
研究设计了一款稳定可靠,灵敏度高的温度控制装置,并成功地应用到化学基础实验课程恒温槽灵敏度曲线实验中。该低温恒温槽系统实现了温度测量和控制的自动化,在提高温度控制装置可靠性的前提下,明显地提高了恒温槽的控温精度。连续使用3年之后,获得了非常有意义的数据,得到了本科生的一致好评,可以很好地满足当前高精度低温实验的需要,并为今后进一步提高低温实验水平奠定了坚实的基础。
参考文献
[1]范望喜,李文元,韦丽莉,等.恒温水浴槽灵敏度影响因素的相关系数研究[J].广州化工, 2009,37:85~87
[2]北京师范大学.化学基础实验[M].北京:高等教育出版社,2004