当前位置:首页 > 一种外循环式温度恒温箱设计上海博迅医疗生物仪器股份有限公司

一种外循环式温度恒温箱设计上海博迅医疗生物仪器股份有限公司

[导读]现阶段, 微小压力一般采用流体压强原理来进行测量, 其中流体多采用水介质。测量中环境温度对水的密度有很大影响, 进而对测量结果产生很大影响。上海博迅医疗生物仪器股份有限公司从温度技术参数方面介绍了一种基于水介质外循环控温的恒温箱的设计

现阶段, 微小压力一般采用流体压强原理来进行测量, 其中流体多采用水介质。测量中环境温度对水的密度有很大影响, 进而对测量结果产生很大影响。本文从温度技术参数方面介绍了一种基于水介质外循环控温的恒温箱的设计, 用于满足微压计量中对环境温度的要求。通过PID控温、温度控制箱体与外循环恒温水槽分离式结构设计, 降低了温度控制箱内温度的瞬时波动, 提高了温度的稳定性。经过试验验证, 该恒温箱的温度均匀度能够达到0. 1℃, 15h内温度波动优于0. 1℃, 可以满足微压力测量中对环境温度的严苛要求。

工业上常用的恒温设备大部分采用电热式恒温控制, 由温度探头、制冷压缩机、热风机等组成。加热系统一般是红外加热或电阻丝加热。由于是基于空气的控温, 温度变化迅速, 且制冷机和热风机的启动和停止容易造成瞬时的温度波动, 这类设备往往能达到的控制精度在2℃左右, 温度波动在0.5℃左右。此外, 传统恒温箱往往采用一体式结构, 容易存在噪声问题, 噪声引起的振动无法满足微压测量的要求。本文介绍的恒温箱采用了水介质外循环式恒温原理的分离式结构, 可以更好地适用于对温度均匀度、波动性和控制精度要求较高的场合, 尤其是微压计量测试的场合。

1 技术指标

1) 温度控制范围:15℃~35℃;

2) 箱体内有效空间温度均匀度:0.1℃;

3) 15h内温度波动优于0.1℃。

2 系统实现

本系统由恒温水槽和温度控制箱两部分组成, 这种分离式设计使得工作区与温度控制箱互不干涉, 避免了加热器和压缩机的突然启动或停止对温度控制箱的影响, 基本构造图如图1所示。


通过恒温水槽内加热器和压缩机的联合工作, 使得水介质温度达到温度控制器设定的温度并保持稳定, 之后开启磁力水泵, 将恒温液体通入到温度控制箱四壁的换热管路中, 经过一定时间的平衡, 温度控制箱内的温度与温度控制器设定的温度无限接近。3 系统组成3.1 恒温水槽的设计恒温水槽内放置了加热器、压缩机、搅拌机和温度控制器, 并在与温度控制箱的连接管路上配置了磁力水泵。加热机用于液体温度的加热, 压缩机用于液体温度的制冷, 温度控制器用于对温度进行预设, 磁力水泵用于开启恒温水槽与温度控制箱内的换热管路之间的液体循环, 搅拌机用于均匀混合恒温水槽内的水介质。恒温水槽的主要功能是调整水温以达到设定温度。设计中主要考虑了以下几个方面:1) 选用转子式压缩机作为制冷系统, 容积小且配有缓冲装置, 可以提高压缩机的输气效率, 并减小外部环境对制冷系统的干扰;2) 温度控制器选用了SR23型进口温控仪及精密Pt100铂电阻传感器, 在装配前通过试验进行了筛选, 确保了温控仪和传感器的准确度和稳定性;3) 加热机采用螺旋加热器加热, 能够覆盖整个液体区, 通过搅拌机的充分搅拌, 使得水槽内液体混合均匀, 从而得到一个温场均匀的液体空间。3.2 温度控制箱的设计温度控制箱主要由内部腔体、温度传感器、紫铜换热管、外部保温层组成。温度控制箱的主要功能是保持箱体内的气体温度恒定均匀。设计中主要考虑了以下几个方面:1) 内部腔体材料选用不锈钢, 避免腐蚀生锈;2) 中间层选择紫铜换热管, 优势在于重量轻、导热性好、稳定性好。紫铜由于纯度比较高, 不会因为使用时间的增加和温度的剧烈变化而降低性能。由于其延展性好, 能将流体与铜管的接触面积增大, 提高了流动速度, 使得导热迅速。此外, 紫铜管具有良好的耐结垢性, 不易形成沉积性水垢;3) 外层保温材质选用聚氨酯发泡, 可以实现较好的保温效果。正面设有两个开门, 且每个门上采用了真空双层保温玻璃作为观测口, 既达到较好保温也能实现对箱体内的物体进行观察, 具有绝缘性好、耐热性强、热传导率小的特点;4) 温度传感器采用了三个精密铂电阻传感器, 分别安装在温度控制箱的上部、中部、下部, 同时监测整个箱体内部的温度及其均匀性。4 工作流程首先通过温度控制器设定目标温度值, 开启搅拌机, 通过温度传感器采集恒温水槽内液体温度, 并与目标温度值相比较, 启动加热机或者压缩机来进行液体的加温或者降温。当恒温水槽内温度达到设定温度后, 开启磁力水泵, 通过恒温槽自身泵体及保温管路使液体介质从槽体进入到温度控制箱内部双层换热紫铜管中循环, 温度控制箱内的右下角与左上角布置了风扇, 通过这两处风扇使箱体内的空气强迫对流循环, 进行充分的热交换, 使箱体内的气体温度均匀。由于恒温水槽内的温度变化是一个上下波动的过程, 此处需要设计相关控制算法来判定温度是否达到稳定状态, 进而判断是否可以开始其他工作。以20℃为例 (初始箱体内温度为35℃) 。将恒温水槽内温度设置为18℃ (由于紫铜盘管会有沿途管路温度损失, 需要将初始恒温槽温度设置低于20℃) , 启动槽体的制冷和搅拌功能, 待温度平衡后启动水泵按钮, 确保循环通畅, 循环液体介质从恒温水槽到达温度控制箱体内的盘管进行循环流动后又回到恒温槽内, 完成一个循环。如此反复, 直到温度控制箱内部温度完全达到20℃。

相关文章