測定物質的物理和化學性質, 如折射率、粘度、蒸氣壓、表面張力、化學反應速率常數等都須控制在恒溫條件下進行,還有研究一些生物蛋白質的化學反應機理也必須有嚴格的恒溫環境.目前, 廣泛使用的恒溫水浴裝置大都是用鎧裝電熱絲為加熱源 ,以水為傳熱介質 ,這樣不可避免地導致對于溫度控制的滯前或滯后,無法滿足對恒溫精度要求較高的科研和實驗對溫度的精確控制.本文提出以第二類導體(電解質溶液)作為熱源,力求從根本上解決“熱滯”對控溫靈敏度的影響,并且把恒溫區和工作區合為一體 ,提高恒溫裝置的有效工作容積,降低能耗,為恒溫裝置的研發開辟了新的途徑。
1 實驗
1 .1 儀器
數顯貝克曼溫度計,溫度傳感器，LU—902K型位式調節儀,接點水銀溫度計,浴槽(自制), 磁力攪拌器(自制),溫度控制器(自制),低壓交流電源(自制),電壓表。
1 .2 試劑
NaCl, Na2SO4等。
1 .3 恒溫裝置構造
恒溫裝置由自制的溫度控制器和浴槽兩大模塊組成,為分體式結構.根據不同需要,可以更換容積大小不同的浴槽.浴槽用耐熱絕緣材料制成,內置耐腐蝕金屬板(如不銹鋼板)作為電極,電極板相對平行排列.恒溫裝置之所以能恒溫,主要依靠溫度控制器使其保持熱平衡 ,故溫控器是其核心部分，溫度控制部分由低壓交流電源、磁力攪拌和恒溫控制三大部分構成.低壓交流電源主要供給浴槽電極36V安全電壓;磁力攪拌可對浴液或實驗樣品進行無級變速攪拌;恒溫控制主要由LU—902K型位式調節儀完成，浴槽內放入一定濃度的電解質溶液 ,將溫度傳感器固定在浴槽上,使傳感器插入浴液中.當浴液溫度低于設定值時,電極板通電加熱,浴液溫度上升;當浴液溫度超過設定值時則停止加熱,從而實現浴液溫度的恒定不變。
2 影響控溫靈敏度的因素
恒溫控制的溫度有一定的波動范圍, 波動范圍越小,控溫靈敏度越高 .靈敏度是衡量恒溫裝置優劣的主要標志,它與環境溫度、恒溫控制器靈敏度、控溫區間、電解質濃度等因素有關 .經實驗測試, 作為強電解質的堿金屬氯化物、硫酸鹽等在電極表面均不發生任何電化學反應 .而影響控溫靈敏度的重要因素是表現為電解質溶液濃度的加熱功率.以Na2SO4溶液作為加熱體,當環境溫度為22℃時,在固定電極面積、極間距離和極間交流電壓的條件下,設定溫度為60℃,待溫度恒定后每隔2min測定一次溫度,以測定不同濃度Na2SO4電解質溶液的控溫效果,電解質溶液濃度越大 ,即單位體積溶液的發熱功率也越大.在恒溫階段,電解質溶液的濃度太高或太低會導致控溫的正偏差或負偏差.由實驗結果可知 ,在固定其他條件的前提下,在60℃的控溫區間里0.01mol/LNa2SO4溶液控溫靈敏度最好。
3 結論
采用第二類導體作為恒溫水浴的加熱源,可以提高控溫靈敏度,消除“熱滯”對其影響;由于使用非金屬材質浴槽,可增加無級變速磁力攪拌功能,并且浴槽容積可以方便更換,空間利用率高,節約能源.以0.01mol/LNa2SO4電解質溶液為加熱體兼傳熱介質, Pt100為溫度傳感器 ,極間交流電壓36V , 可使控溫靈敏度達到±0.02℃。
