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物理化学实验温第1页/共52页 物理化学实验研究方法第二章 仪器与技术第2页/共52页 一、温度计和恒温装置（一）测温方法与测温仪器的分类 按照所用方法之不同，温度测量分为接触式和非接触式两大类。1. 接触式测温 接触式的特点是测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。优点：直观可靠。缺点：是感温元件影响被测温度场的分布，接触不良等都会带来测量误差，另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。第3页/共52页 一、温度计和恒温装置2.非接触式测温 非接触测温的特点是感温元件不与被测对象相接触，而是通过辐射进行热交换，故可避免接触测温法的缺点，具有较高的测温上限。此外，非接触测温法热惯性小，可达千分之一秒，故便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。 按照温度测量范围，可分为超低温、低温、中高温和超高温温度测量。超低温一般是指0～10K，低温指10～800K，中温指800～1900K，高温指1900～2800K的温度，2800K以上被认为是超高温。第4页/共52页 一、温度计和恒温装置 对应于两种测温方法，测温仪器亦分为接触式和非接触式两大类。接触式仪器可分为:▲ 膨胀式温度计 包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计▲ 电阻式温度计 包括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 包括热电偶和P-N结温度计▲ 其它原理的温度计非接触式温度计可分为：辐射温度计、亮度温度计和比色温度计，由于它们都是以光辐射为基础，故也统称为辐射温度计。第5页/共52页 一、温度计和恒温装置（二）膨胀式温度计1.固体膨胀式温度计 这种温度计是利用两种不同膨胀系数的材料制成，分为杆式和双金属式两大类。 右图为杆式温度计的原理图。由于芯杆材料的膨胀系数比与基座相连的外套大，故当温度变化时芯杆对基座产生相对位移，经简单的机械放大后，就可直接指示温度值。第6页/共52页 一、温度计和恒温装置 双金属感温元件是由膨胀系数不同的两种金属片牢固结合在一起而制成，一端固定，另一端为自由端。当温度变化时，由于两种材料的膨胀系数不同而使双金属片的曲率发生变化，自由端产生位移，经传动放大机构带动指针指示温度值。为了满足不同用途的要求，双金属元件制成各种不同的形状，如右图所示。第7页/共52页 一、温度计和恒温装置2.液体膨胀式温度计 这是应用最早而且当前使用最广泛的一种温度计，它由液体储存器、毛细管和标尺组成。 液体玻璃温度计的测温上限取决于所用液体汽化点的温度，下限受液体凝点温度的限制．为了防止毛细管中液注出现断续现象，并提高测温液体的沸点温度，常在毛细管中液体上部充以一定压力的气体。第8页/共52页 一、温度计和恒温装置 水银-玻璃温度计是最常用的液体膨胀式温度计。因为水银具备易提纯、导热率大、比热小、膨胀系数均匀、不易附着在玻璃壁上、不透明便于读数等性能。一般适用测温范围是－35℃~360℃(熔点－38.7℃，沸点356.7℃)；如果采用特硬玻璃，且在水银面上充以N2或Ar气，可以使测温范围上限扩大到600℃，甚至750℃；若在水银内掺入8.5%的Tl，则可以使测温范围下限降到－60℃。第9页/共52页 一、温度计和恒温装置（1）水银-玻璃温度计的种类和使用范围▲ 一般条件：由－5℃~105℃，150℃ ，250℃ ，360℃等， 每格1℃或0.5℃；▲ 量热学用：由9~15℃，12~18℃，15~21℃ ，18~24℃， 20~30℃ 等，每格0.01℃或0.002；▲ 测温差的贝克曼温度计：有升高和降低两种；▲ 分段温度计：从-10~200℃分为21支，每支温度范围10℃， 分格0.1℃。另外有 -40 ~ 400℃，每隔50℃ 一支，分格0.1℃；▲ 测量冰点降用：-50~50℃，分格0.01℃。第10页/共52页 一、温度计和恒温装置（2）引起误差的主要因素◆ 球体积的改变 水银温度计内一般容纳约6000刻度量的水银，体积的微小变化会很灵敏地反映到温度计上。在温度计受热后水银球的体积往往会稍有改变，而玻璃的流动很慢，冷却时体积的回缩需要几天的时间，此现象称为“滞后现象”。◆ 水银柱露出待测体系 按温度计在分度时的条件不同可分为“全浸式”和“局浸式”两种。第11页/共52页