Informe completo de experimento químico
Título: Montaje y pruebas de rendimiento de baño termostático
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1. Antecedentes de investigación (prefacio)
p>La temperatura es una cantidad física extremadamente especial. Aparece con frecuencia en termodinámica y es omnipresente en la vida diaria. Los datos medidos en experimentos de química física, como viscosidad, densidad, presión de vapor, tensión superficial, índice de refracción, conductividad, constante de velocidad de reacción, etc., están todos relacionados con la temperatura. Por tanto, muchos experimentos físicos y químicos deben realizarse a temperatura constante. Los termostatos se utilizan a menudo para controlar y mantener la temperatura. Un baño termostático mantiene una temperatura constante.
El equilibrio térmico del baño termostático está controlado principalmente por el controlador termostático.
Principio de la caja de temperatura constante: el baño de agua a temperatura constante discutido en este experimento es un dispositivo de control de temperatura común que logra una temperatura constante mediante la cooperación de relés, reguladores de temperatura (termómetros de contacto de mercurio) y calentadores. Su circuito de principio de temperatura constante simple se muestra en la Figura 2-1-1. Cuando la temperatura del tanque de agua es inferior al valor establecido, la línea I es el canal y el calentador funciona para aumentar la temperatura del tanque de agua cuando la temperatura del tanque de agua aumenta al valor establecido, se gira el termostato; encendido En este momento, la línea II es el canal y la pieza de resorte D debido al efecto electromagnético, es succionada, la línea I se cierra y el calentador deja de calentarse cuando la temperatura del tanque de agua es inferior a la. valor establecido, el termostato se cierra y la línea II se desconecta. En este momento, el electroimán pierde su magnetismo y la hoja del resorte vuelve a su posición original, haciendo que la línea I vuelva a ser un canal. Repita este proceso para mantener el baño a la temperatura constante deseada.
Varios controladores de temperatura se utilizan ampliamente en química fina, bioingeniería, medicina y alimentos, metalurgia, petróleo, agricultura y otros campos. Proporciona a los usuarios fuentes de campo de temperatura constante de alta precisión y es un equipo de temperatura constante ideal para institutos de investigación científica, universidades, laboratorios de empresas industriales y mineras y departamentos de inspección de calidad. Por lo tanto, el montaje y las pruebas de rendimiento del termostato son muy importantes.
2. Fines experimentales
1. Comprender la estructura y el principio de temperatura constante del baño de temperatura constante y dominar inicialmente la tecnología básica de su montaje y depuración.
2. Dibujar la curva de sensibilidad (curva temperatura-tiempo) del termostato y aprender a analizar el rendimiento del termostato.
3. Dominar el ajuste y uso de los termómetros Beckman y los termómetros de contacto.
4. Comprender la tecnología de control PID de temperatura.
3. Principio experimental
Un baño termostático generalmente se compone de un baño, un calentador, un agitador, un termómetro, un elemento sensor de temperatura, un controlador termostático, etc.
Diagrama esquemático del dispositivo termostático:
1. Bañera
2. Calentador
3. 4. Termómetro
5. Termómetro de contacto eléctrico
6. Relé
7. Termómetro Beckmann: normalmente los hay. Dos tipos de bañeras metálicas y bañeras de cristal. Su capacidad y forma dependen de las necesidades.
2. Calentador: normalmente un calentador eléctrico. La potencia del calentador eléctrico se selecciona en función de la capacidad de la caja termostática, la temperatura constante y la diferencia de temperatura con el ambiente.
3. Agitador: Generalmente, se utiliza un agitador eléctrico, que puede ajustar la velocidad de agitación para mantener la temperatura en el tanque lo más constante posible.
4. Termómetro: Comúnmente se utiliza un termómetro de 1/10°C para observar la temperatura. Para medir la sensibilidad del baño termostático se puede utilizar un termómetro de 1/100°C o un termómetro Beckman. El termómetro utilizado debe estandarizarse antes de su uso.
5. Elemento sensor de temperatura: es el centro sensor del termostato y la clave para mejorar la precisión del termostato. Hay muchos tipos de elementos sensores de temperatura, como termómetros de contacto, elementos sensores de temperatura por termistores, etc.
6. Relé electrónico: Dispositivo utilizado para controlar el "encendido" y "apagado" del calentador de temperatura constante.
La sensibilidad del baño a temperatura constante se determina observando la fluctuación de temperatura a la temperatura especificada. El efecto de control de temperatura se puede expresar mediante la sensibilidad △t (t1 es la temperatura más alta del baño a temperatura constante, t2 es la temperatura más baja del baño a temperatura constante);
Generalmente se expresa como una curva de temperatura-tiempo:
Cuarta parte experimental
1. e instrumentos y equipos
Medicamentos principales: colofonia, estaño, agua destilada, etc.
Instrumentos y equipos: tarro de cristal, termómetro de contacto, termómetro Beckman, termómetro (1/10°C), cronómetro,
Agitador, relé electrónico, calentador.
2. Pasos experimentales
(1) Conjunto del termostato
Agregue agua destilada a 2/3 del volumen del frasco de vidrio, instale todos los componentes de acuerdo con los dibujos y conecta las líneas.
(2) Ajuste el termómetro Beckman
Ajuste el termómetro Beckman de modo que la columna de mercurio esté aproximadamente a 2,5 °C a 25 °C.
(3) Depuración del baño termostático
Abrir el dispositivo de control de temperatura, ajustar la temperatura a 25°C, encender el agitador, ponerlo a la velocidad adecuada y girar en el calentador.
Inserte el calentador en una fuente de alimentación adecuada y espere a que la temperatura sea constante.
(4) Determinación de la sensibilidad del baño termostático de 30°C
Después de mantener el termostato a 30°C, lea la temperatura del termómetro Beckman cada 0,5 minutos y mida él.
30 minutos.
(5) Determinación de la sensibilidad del baño termostático a 35°C
Cambiar la temperatura del termostato a 30°C y utilizar el mismo método para medir 30 La temperatura del termostato en °C.
Sensible. Al final del experimento, apague el dispositivo de control de temperatura y el agitador, y luego desenchufe el enchufe.
Registro y procesamiento de datos verbales (abreviatura de verbo)
Diferencia de temperatura de tiempo/minuto a 30 ℃, diferencia de temperatura a 35 ℃ y diferencia de temperatura a 35 ℃
0,5 0,125 30,125 0,276 35,276
1,0 0,109 30,109 0,101 35,101
1,5 0,095 30,095 0,296 35,296
2,0 0,082 30,082 71 35.271
2.5 0,069 30,069 0,266 35,266
3,0 0,055 30,055 0,266 35,266
3,5 0,044 30,044 0,269 35,269
4,0 0,030 30,03 0,255 .255
4.5 0.016 30.016 0,289 35,289
5,0 0,004 30,004 0,270 35,27
5,5 -0,012 29,988 0,246 35,246
6,0 -0,024 29,976 0,256 35,256
-0.038 29,962 0,245 35,245
7,0 -0,052 29,948 0,276 35,276
7,5 -0,066 29,934 0,270 35,27
8,0 -0,080 29,92 0,247 35,247 >
8.5 -0,094 29,906 0,245 35,245
9,0 -0,107 29,893 0,250 35,25
9,5 -0,121 29,879 0,243 35,243
10,0 -0,132 29,868 0,27 7 35.277
10,5 -0,145 29,855 0,260 35,26
11,0 -0,156 29,844 0,232 35,232
11,5 -0,168 29,832 0,101 35,101
12,0 -0,178 2 2 0,246 35,246
12,5 -0,189 29,811 0,241 35,241
13,0 -0,200 29,8 0,251 35,251
13,5 -0,211 29,789 0,247 35,247
14,0 -0,222 29. 778 0,245 35,245
14,5 -0,231 29,769 0,255 35,255
15,0 -0,243 29,757 0,237 35,237
15,5 -0,252 29,748 0,241
16.0 - 0,262 29,738 0,243 35,243
16,5 -0,271 29,729 0,252 35,252
17,0 -0,281 29,719 0,303 35,303
17,5 -0,261 29,739 51 35.251
18,0 -0,2 47 29,753 0,251 35,251
18,5 -0,256 29,744 0,241 35,241
19,0 -0,266 29,734 0,253 35,253
>19,5 -0,276 29,724 0,240 35,24
20,0 -0,286 29,714 0,259 35,259
20,5 -0,233 29,767 0,241 35,241
21,0 -0,231 69 0,237 35,237
21,5 -0,242 29,758 0,262 35,262
22,0 -0,251 29,749 0,245 35,245
22,5 -0,260 29,74 0,303 35,303
23,0 -0,269 29 . 731 0,242 35,242
23,5 -0,279 29,721 0,243 35,243
24,0 -0,285 29,715 0,255 35,255
24,5 -0,248 29,752 0,245 35,245
25,0 .255 29,745 0,276 35,276
25,5 -0,265 29,735 0,255 35,255
26,0 -0,274 29,726 0,260 35,26
26,5 -0,283 29,717 0,245 45
27.0 -0,24 8 29,752 0,251 35,251
27,5 -0,252 29,748 0,256 35,256
28,0 -0,262 29,738 0,243 35,243
28,5 -0,271 29,729 71 35.271
29.0 - 0.280 29.72 0.249 35.249
29.5 -0.260 29.74 0.263 35.263
30.0 -0.248 29.752 0.242 35.242
1. como ordenada, dibuje una curva temperatura-tiempo a 30°C.
Sensibilidad del baño termostático: △t =(t 1-T2)/2 =(29.769-29.714)/2 = 0,0275.
Evaluación del rendimiento del baño a temperatura constante: la mayor parte del tiempo la temperatura es inferior a 30°C. Según cuatro curvas de sensibilidad típicas, se puede concluir que la potencia del calentador es demasiado pequeña o que la disipación de calor es demasiado rápida.
2. Usando el tiempo como abscisa y la temperatura como ordenada, dibuja la curva temperatura-tiempo a 35°C.
Sensibilidad del baño termostático: △t =(t 1-T2)/2 =(35.296-35.101)/2 = 0.0975.
Evaluación del rendimiento del baño a temperatura constante: la temperatura es superior a 35°C la mayor parte del tiempo. Basándose en cuatro curvas de sensibilidad típicas, se puede concluir que la potencia del calentador es demasiado alta o que la disipación de calor es lenta.
Notas sobre los verbos intransitivos
1. La sensibilidad del elemento sensor de temperatura debe ser muy alta.
2. La velocidad de agitación del agitador debe ser lo suficientemente grande como para garantizar una temperatura uniforme en el baño termostático.
3. El calentador conduce bien el calor y tiene la potencia adecuada.
4. El agitador, el elemento sensor de temperatura y el calentador están cerca uno del otro para que el líquido calentado se pueda agitar de manera uniforme y simultánea.
La temperatura se controla en el tiempo mediante el elemento sensor de temperatura.
5. El termómetro Beckman es un instrumento de vidrio costoso. La pared de vidrio del bulbo de mercurio es delgada y el bulbo de mercurio es pequeño.
Es de gran tamaño y fácil de dañar. Tenga mucho cuidado al usarlo. No lo coloque de manera informal cuando no esté en uso.
En la caja de madera que viene con el medidor.
6. Al golpear la muñeca derecha con la mano izquierda, preste atención a que el termómetro debe estar vertical, de lo contrario el capilar se romperá fácilmente y debe evitarse.
Evita los golpes fuertes y mantente alejado del banco de pruebas.
7. Preguntas para pensar
1. ¿Cuál es el principio de temperatura constante en una incubadora?
El termostato se utiliza para controlar el equilibrio térmico del termostato. Cuando la temperatura del agua baja debido a la disipación de calor externa, el controlador de indicación de temperatura hará que el calentador funcione. Cuando se calienta a la temperatura requerida, el sensor de temperatura controlará que el calentador deje de funcionar, manteniendo así constante la temperatura del tanque de agua [1]. . El termostato también tiene la función de ajustar automáticamente el calentador a través de un relé electrónico para lograr una temperatura constante. Cuando la temperatura del baño termostático es inferior al valor establecido debido a la difusión de calor hacia el exterior, el relé obliga al calentador a funcionar y automáticamente deja de calentar cuando el sistema vuelve a alcanzar la temperatura establecida. Este ciclo mantiene constante la temperatura del sistema dentro de un cierto rango.
2. ¿Son iguales las temperaturas de todas las partes del termostato? ¿Por qué?
La temperatura en el baño termostático no es la misma en todas partes. Debido a que el agitador no se mezcla uniformemente, la temperatura cerca del calentador será más alta, y el lugar alejado de la calefacción disipará el calor más rápido, y la temperatura más baja se repondrá en el lugar calentado. El calor debe transferirse de una temperatura alta a una temperatura baja, por lo que no puede ser igual.
3. ¿Cómo mejorar la sensibilidad del baño termostático? Analicémoslo y discutámoslo.
(1) Utilice componentes con mayor sensibilidad y menor tiempo de retardo.
Se pueden utilizar dispositivos de calentamiento más uniformes, como dispositivos de manto calefactor eléctrico. O utilice un recipiente con mejores propiedades aislantes. O reemplace el termómetro de contacto con un componente con mayor sensibilidad y velocidad de respuesta más rápida para reducir el cambio de temperatura durante el proceso, aumentar la velocidad de respuesta del calentador y, por lo tanto, aumentar la sensibilidad.
(2) Optimizar el medio de cultivo líquido en el sistema.
Puedes elegir un líquido con un coeficiente de viscosidad menor y una conductividad térmica mayor para reducir las fluctuaciones de temperatura y mejorar la sensibilidad.
(3) Adoptar un diseño más razonable
Del resumen de los resultados experimentales, las características de un diseño razonable son: la distancia entre el calentador y el termómetro de contacto es lo más cercana posible posible estar aguas abajo del agitador en la dirección de agitación, pero no demasiado cerca del agitador, de lo contrario la temperatura será inestable;
(4) Aumente la velocidad de agitación del agitador
Esto puede hacer que la velocidad de transferencia de calor del medio en el tanque sea más rápida y la temperatura de cada parte sea más uniforme, aumentando así la velocidad de reacción del sistema.
(5) Reducir la velocidad de calentamiento adecuadamente.
Reducir el voltaje de calentamiento a un valor apropiado puede debilitar el retardo de calentamiento y mejorar la sensibilidad.
Ocho. Referencia
[1], Huang Guiping, Qu. Discusión sobre las condiciones experimentales de ajuste de temperatura constante y control de temperatura [Jiangxi Chemical Industry, 2008, 02: 120-121.
[2] Chen Jun. Mejora del montaje del baño termostático y del instrumento experimental de prueba de rendimiento [J]. Journal of Qiongzhou University, 2004, 11 (05): 40-41.
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