文物保护技术试验

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1、 文物保护技术实验文物保护技术实验 上册 王丽琴 西北大学文化遗产学院 20119 前前 言言 文物保护技术是一门文理交叉、理工渗透的新兴边缘学科。它利用化学、物 理学、生物学、计算机科学与技术等自然科学的手段，实现对文物物质实体和所 蕴含文化信息的最大程度的保护。 由于文物是特定历史时期的产物，本身具有珍贵性和不可再生性的特点，所 以要求文物保护工作者必须具备丰富的实验、实践经验，能够进行娴熟的操作， 确保文物保护工作具有很高的准确性。 正因如此， 文物保护技术实验课程被列为西北大学文物保护技术专业本 科生的必修课，该课程是在学生系统地学习了无机质文物保护、有机质文 物保护、文物保存环境概论

2、等理论课程的基础上开设的。旨在加深学生对 文物保护基础理论知识的理解，提高学生们实际动手的能力。 本实验教材分上、下两册。上册主要包括两方面的内容：一是通过文物保护 中常用的分析测试仪器的操作训练， 进行文物保护日常工作所必须的环境指标和 文物性能的测试实验； 二是通过对文物的清理、 加固、 防水保护处理等基本训练， 掌握文物保护的基本方法和步骤。本册共编写了 13 个实验，即有像纸张酸度 的测量、照度计的使用及环境中光辐照度的测量等这样一些基础实验，也 开设了像多孔文物的加固保护、 有机硅防水保护实验等综合性、设计性、 创新性实验。 文物保护技术实验是一门综合性很强的实践课程，与物理学、化学

3、、生 物学、气象学、地质学和环境科学等学科的相关理论与实践关系紧密。同学们在 实验课程的学习过程中，应该对实验内容进行多角度、多侧面、多层次的思考与 实践，充分发挥自我的主观能动性，以有利于更加深入、系统地领会与理解文物 材料老化变质规律、文物保存环境影响因素和文物保护技术等内容。希望同学们 在实验前能认真预习实验；实验中严格遵守实验基本操作，认真记录实验数据， 仔细观察实验现象，深入分析实验结果；实验后及时对实验进行整理与研究并完 成实验报告； 以期同学们通过本课程学习， 养成独立思考和解决实际问题的能力。 由于编者水平有限、编写时间仓促，本实验教程难免有缺点和错误，希望老 师和同学们能够提

4、出宝贵意见。 编 者 目目 录录 实验一 温度的测量 . 1 实验二 湿度的测量 . 6 实验三 照度计的使用及环境中光辐照度的测量 . 12 实验四 辐照度计的使用及紫外线辐照度的测量 . 16 实验五 纸张酸度的测量 20 实验六 陶器内部可溶盐的去除 25 实验七 物质颜色变化的监测 32 实验八 酸碱对纸张耐折度的影响 41 实验九 陶瓷器表面沉积膜的去除 46 实验十 红外光谱仪的使用及有机物的初步鉴定 . 50 实验十一 彩绘陶器的清理与加固保护 55 实验十二 多孔文物的加固保护 59 实验十三 有机硅防水保护实验 63 1 实验一实验一 温度的测量温度的测量 一实验目的一实验目

5、的 1.掌握温度的定义和数值表示方法。 2.学会使用几种常见的温度计（液体温度计、双金属温度计），正确地进行 温度测量。 二二实验原理实验原理 温度是表示物体冷热程度的物理量。微观上来讲，是物体分子热运动的剧烈 程度，温度越高就表示物体内部分子热运动越剧烈。 温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量， 而用来度量物体温度 数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和分度值，是温度的单位 制。目前国际上用得较多的温标有华氏温标(F)、摄氏温标(C)和国际实用温 标(K)，后者也称绝对温标、国际温标或热力学温标。三者的换算关系如下： t（ ）= 1.8 t（ ）+ 32 T(K) =

6、t () + 273.15 判断和测量温度的仪器称为温度计（或温度表）。从测温范围来看，在低温 区域（550） 通常采用辐射式非接触温度计。 文物赋存的环境大多在低温区域内， 因此大多使用接触式的温度计。 1. 膨胀式温度计 是利用气体、液体、固体热胀冷缩的性质来测量温度。 (1)气体温度计 利用一定质量的气体作为工作物质的温度计。 用气体温度计所测得的温度和 热力学温度相吻合。气体温度计是在容器里装有氢气或氮气（多用氢气或氦气作 测温物质，因为氢气和氦气的液化温度很低，接近于绝对零度，故它的测温范围 很广） ，它们的性质可外推到理想气体。这种温度计有两种类型：定容气体温度 计和定压气体温度计

7、。 定容气体温度计是气体的体积保持不变， 压强随温度改变。 定压气体温度计是气体的压强保持不变，体积随温度改变。 (2)液体温度计 利用作为介质的感温液体随温度变化而体积发生变化与玻璃随温度变化而 2 体积变化之差来测量温度。 温度计所显示的示值即液体体积与玻璃毛细管体积变 化的差值。液体温度计的结构基本上是由装有感温液(或称测温介质)的感温泡、 玻璃毛细管和刻度标尺三部分组成。感温泡位于温度计的下端，是玻璃液体温度 计感温的部分，可容纳绝大部分的感温液，所以也称为贮液泡。感温泡或直接由 玻璃毛细管加工制成(称拉泡)或由焊接一段薄壁玻璃管制成(称接泡)。感温液是 封装在温度计感温泡内的测温介质

8、，具有体膨胀系数大，粘度小，在高温下蒸气 压低，化学性能稳定，不变质以及在较宽的温度范围内能保持液态等待点。常用 的有水银、 乙醇和煤油等有机液体。玻璃毛细管是连接在感温泡上的中心细玻璃 管，感温液体随温度的变化在里面移动。标尺是将分度线直接刻在毛细管表面， 同时标尺上标有数字和温度单位符号，用来表明所测温度的高低。 (3)双金属温度计 可以直接测量-80+500范围内液体蒸汽和气体介质温度。双金属温度 计的工作原理是利用二种不同温度膨胀系数的金属片（为提高测温灵敏度，可将 金属片制成螺旋卷形状） ，当金属片的温度改变时，不同金属膨胀或收缩量不等， 使得螺旋卷卷起或松开。 由于螺旋卷的一端固定

9、而另一端和一可以自由转动的指 针相连，因此，当双金属片感受到温度变化时，指针即可在一圆形分度标尺上指 示出温度来。 图 1 为双金属自记温度计结构示意图。它由感温原件、传动机械和装有自记 纸的自记钟三大部分组成。感温原件是一块弧形的双金属板，此金属板由两块热 膨胀系数不同的金属片焊接在一起构成。它一端固定，另一端与传动机械连接， 而传动机械又和记录指针连接。温度变化时，金属片弯曲使得和传动机械连接的 一端发生位移， 因此带动指针移动， 在温度自记纸上记录下所测温度的变化情况。 双金属自记温度计分为周记和日记两种， 是十分简单便捷， 且价格低廉的温度计。 3 图 1 双金属自记温度计结构示意图

10、2.电阻温度计 根据导体电阻随温度而变化的规律来测量温度的温度计。 最常用的电阻温度 计都采用金属丝绕制成的感温组件，主要有铂电阻温度计和铜电阻温度计，在低 温下还有碳、 锗和铑铁电阻温度计。 精密的铂电阻温度计是目前最精确的温度计， 温度覆盖范围约为 14903K，其误差可低到万分之一，它是能复现国际实用 温标的基准温度计。 我国还用一等和二等标准铂电阻温度计作为标准来检定水银 温度计和其它类型的温度计。 电阻温度计分为金属电阻温度计和半导体电阻温度 计， 都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。 金属温度计主要有用铂、 金、 铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青铜合金的；半导体温度计主要用采用碳

11、、锗等。 电阻温度计使用方便可靠，已广泛应用。它的测量范围为-260600左右。 3.温差电偶温度计 利用温差电偶来测量温度的温度计。 将两种不同金属导体的两端分别连接起 来，构成一个闭合回路。如果将一端加热，另一端冷却，则两个接触点之间由于 温度不同，将产生电动势，导体中会有电流发生。因为这种温差电动势是两个接 触点温度差的函数，所以利用这一特性制成了温差电偶温度计。这种温度计测温 范围很大。例如，铜和康铜构成的温差电偶的测温范围在 200400之间；铁 和康铜则被使用在 2001000之间；由铂和铂铑合金（铑 10%）构成的温差电 4 偶测温可达 1000以上；铱和铱铑（铑 50%）可用在

12、 2300；若用钨和钼（钼 25%）则可高达 2600。 三三.实验内容及步骤实验内容及步骤 1.液体温度计 手拿着温度计的上端，温度计的玻璃泡全部浸入被测的液体中，不要碰到容 器底或容器壁。温度计玻璃泡浸入被测液体后要稍等一会，待温度计的示数稳定 后再读数。读数时温度计的玻璃泡要继续留在液体中，视线要与温度计中液柱的 上表面相平。 2.双金属自记式温度计 双金属自记温度计可以自动记录气温的连续变化， 从记录纸上可以获得在测 量时间内任何时刻的气温值、极端值以及其出现的时间。 使用时需要安装好自记纸、上好时钟发条。 3数显温度计 数显温度计采用温度敏感组件也就是温度传感器（如铂电阻，热电偶，半

13、导 体，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化。 温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系、一定的曲线关系等，这个 电信号可以使用模数转换的电路即 AD 转换电路将模拟信号转换为数字信号。 数 字信号再送给处理单元，如单片机或者 PC 机等，处理单元经过内部的软件计算 将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数值，如 25.0，然 后通过显示单元，如 LED，LCD 或者电脑屏幕等显示出来，这样就完成了数字 温度计的基本测温功能。 数显温度计使用方便、读数便捷、携带容易。缺点是反应较滞后，不及指针 温度计反应灵敏，要及时更换电池，如果内部出现电阻受损

14、或者漏电现象，数显 温度计就无法工作。且数显温度计误差比较大，不及水银玻璃温度计的准确度。 四思考题四思考题 1有几种测量温度的仪器，测量原理各是什么？ 2测温仪器的误差来源主要有哪些？怎么规避？ 五参考文献五参考文献 1高豁谦，田志兴如何做好档案库房温湿度测定工作J黑龙江史志， 5 2009，（1）：37-38 2GB/T 18204.13-2000，公共场所空气温度测定方法S 3 GB/T 18204.14-2000，公共场所空气湿度测定方法S 4 刘晓艳 室内空间温度、 湿度的检测方法J 上海计量测试， 2012， （3） ： 36-38 6 实验二实验二 湿度的测量湿度的测量 一实验目

15、的一实验目的 1.掌握湿度的概念以及湿度的不同种表示方法。 2.学会使用常见的湿度计进行湿度的测量。 3.学会对有关湿度数据进行分析处理。 二实验原理二实验原理 空气的干湿程度叫做“湿度” 。对湿度的表示方法有绝对湿度、相对湿度、 露点、湿气与干气的比值（重量或体积）等等 ，通常使用相对湿度来表示。相 对湿度指气体中(通常为空气中)所含水蒸气量(水蒸气压力)与其空气相同情况下 饱和水蒸气量(饱和水蒸气压力)的百分比。 常用的测量湿度的仪器有干湿球湿度计、阿斯曼湿度计（也叫通风干湿球湿 度计） 、自记式毛发湿度计，其测量原理介绍如下。 1.干湿球温差效应 干湿球湿度计（见图 2）是由两支温度计构

16、成，其一在球部用白纱布包好， 将纱布另一端浸在水槽里，即由毛细作用使纱布经常保持潮湿，此即湿球。另一 未用纱布包而露置于空气中的温度计，谓之干球（干球所测量的温度即空气的温 度）。 阿斯曼湿度计（见图 3）在此的基础上改进，增加了一个送风设施，使得空 气流通起来。这一款湿度计是德国人阿斯曼 1887 年所创，结构是两支棒状温度 表放置在防辐射性能极好的通风管道内，通风速度为 2.5m/s。 干湿球温度计和阿斯曼湿度计是利用干湿球温差效应来测量湿度的， 即潮湿 物体表面会因水分蒸发而冷却。冷却程度决定于周边温度、大气压力、相对湿度 和空气流速等因素。这个原理可以反向理解为热湿交换原理在温度、风速、 大气压强不变条件下，空气相对湿度决定湿球纱布水分蒸发吸热气化的过程，即 水蒸发要吸热降温，而蒸发的快慢（即降温的多少）是和当时空气的相对湿度有 关。 当大气压力和风速不变的时候，根据干湿球温