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氦低温恒温器和流动氦真空低温恒温器有什么区别吗?它们可以控制温度的高低吗?如果可以它们的控温范围是多少?
[color=#990000]摘要:针对低温恒温器中低温介质温度的高精度控制,本文主要介绍了低温介质减压控温方法以及气压控制精度对低温温度稳定性的影响,详细介绍了低温介质顶部气压高精度控制的电阻加热、流量控制和压力控制三种模式,以及相应的具体实施方案和细节。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][align=left][size=18px][color=#990000]1. 引言[/color][/size][/align] 在低温恒温器中,低温介质(液氦和液氮等)温度波动产生的主要原因是沸腾的低温介质顶部气压(真空度)的变化。因此,为了实现低温介质内部的温度稳定,就需要对低温介质顶部的气压进行准确控制。 国内外针对低温恒温器的温度控制大多采用以下三种技术途径: (1)主动控制方式:在浸没于低温介质的真空腔里直接引入加热电路,利用温度计对真空腔温度的实时监测数据,与目标温度值进行比较后来控制加入到加热电路中的电流。 (2)被动控制方式:对低温介质顶部气压进行控制,使低温介质温度稳定。 (3)复合控制方式:复合了上述两种控制方式,在浸没于低温介质的真空腔里直接引入加热控制电路之外,还同时对低温介质上部的气压进行控制。 电阻加热控温方式已经是一种非常成熟的技术,本文将主要针对低温介质顶部气压控制方式,介绍气压控制精度对低温温度稳定性的影响,以及高精度气压控制的实现途径和具体方案。[align=center][img=真空度控制,690,396]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112080959307199_6660_3384_3.png!w690x396.jpg[/img][/align][align=center][color=#990000]图1 液氦饱和蒸气压与温度关系曲线[/color][/align][size=18px][color=#990000]2. 气压控制精度与温度稳定性关系[/color][/size] 以液氦为例,液氦的饱和蒸汽压与对应温度变化曲线如图1所示。 由图1可以看出,在很小的温度范围内,上述曲线可以用直线段来描述,所以可以得到4K左右的温度范围内,气压大约100Pa的波动可引起1mK左右的温度波动。由此可以认为,如果要实现1mK以下的波动,气压波动不能超过100Pa。[size=18px][color=#990000]3. 顶部气压控制的三种模式[/color][/size] 低温介质顶部气压控制一般采用三种模式:电阻加热、流量控制和压力控制。[size=16px][color=#990000]3.1 电阻加热模式[/color][/size] 在低温恒温器的恒温控制过程中,电阻加热模式是在低温介质中放置一电阻丝加热器,如图2所示,真空计检测顶部气压变化,通过PID控制器改变加热电流大小来调节和控制顶部气压,将顶部气压恒定在设定值上。从图2可以看出,电阻加热模式比较适合增加顶部气压的升温控温方式,但无法实现减压降温。[align=center][color=#990000][img=真空度控制,690,569]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112081000054776_8294_3384_3.png!w690x569.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2 电阻加热模式示意图[/color][/align][size=16px][color=#990000]3.2 流量控制模式[/color][/size] 流量控制模式是一种典型的减压降温模式,如图3所示,真空泵按照一定抽速连续抽取低温恒温器来降低顶部气压,真空计、电动针阀和PID控制器构成闭环控制回路,通过电动针阀调节抽气流量使顶部气压准确恒定在设定真空度上。由此可见,流量控制模式比较适合降低顶部气压的降温控温方式,但无法实现增压升温。[align=center][color=#990000][img=真空度控制,690,504]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112081000399321_2525_3384_3.png!w690x504.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图3 流量控制模式示意图[/color][/align] 另外流量控制模式中,真空泵的连续抽气使得低温介质的无效耗散比较严重。[size=16px][color=#990000]3.3 压力控制模式[/color][/size] 压力控制模式是一种即可增压也可减压的控温模式,如图4所示,当采用真空泵抽气时为减压模式,当采用增压泵时为增压模式,由此可实现宽温区内温度的连续控制。所采用的调压器自带一路进气口(大气压),结合真空泵在对顶部气压进行恒压控制的同时,可有效避免低温介质的大量无效耗散。[align=center][color=#990000][img=真空度控制,690,518]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112081000533816_3012_3384_3.png!w690x518.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图4 压力控制模式示意图[/color][/align] 另外,这里的增压方式也可以采用低温介质中增加电加热器来实现。[size=18px][color=#990000]4. 其他实施细节[/color][/size] 在上述三种控制模式实施过程中,还需特别注意以下细节: (1)真空计的选择 真空计是测量顶部气压变化的传感器,是决定低温恒温器温度控制稳定性的关键,所以一定要选择高精度真空计。 目前高精度真空计一般为电容薄膜规,一般整体精度为0.2%。 如前所述,在液氦4K左右的恒温控制过程中,要求气压波动不超过100Pa,及±50Pa,如果对应于100kPa的气压控制,则真空计的精度要求需要高于±0.05%。由此可见,对于温度波动小于1mK的恒温控制,还需要更高精度的真空计。 (2)PID控制器的选择 在恒温控制过程中,PID控制器通过A/D转换器采集真空计的测量值,计算后再将控制信号通过D/A转换器发送给执行器(电动针阀、调压器和加热电源等)。为此,要保证能充分发挥真空计的高精度和控制的准确性,需要A/D和D/A转换器的精度越高越好,至少要16位,强烈建议选择24位高精度的PID控制器。 (3)调压器的配置 调压器是一种集成了真空压力传感器、控制器和阀门的压力控制装置,但真空压力传感器的精度远不如电容薄膜规,控制器精度也比较低。为此在使用调压器时,要选择外置控制模式,即采用电容薄膜规作为控制传感器。 另外,需要特别注意的是,调压器中控制器的A/D和D/A转换器精度较低,因此对于高精度和高稳定性的顶部气压控制而言,不建议采用控压模式,除非采用特殊订制的高精度调压器。[hr/]
液氮罐品牌之多,国内外涌现出许多优秀品牌,根据用户评价与市场供需对比选出液氮罐十大品牌,前十名分别是[b]Chart mve、赛默飞Thermo Fisher、海尔、金凤、班德、东亚、 科莱斯、泰莱华顿、爱思科、贝纳吉。[/b] 1. [url=http://www.mvecryo.com/]Chart MVE[/url] 美国 Chart-MVE是一家生产液氮储存系统的厂家,生产液氮储存设备有近四十年的历史, 产品种类齐全,低温液氮容器是实验室和各种临床机构液氮冻存和样本冻存运输必备的产品。能够在深冷冻结领域不断追求和创新。我们的解决方案使得各行业能够更有效地利用深冷技术。 2. 赛默飞 Thermo Fisher 赛默飞世尔科技是全球科学服务领域,致力于帮助客户使世界更健康,更清洁,更安全。主要客户类型包括医药和生物公司,医院和临床诊断实验室,大学、科研院所和政府机构,以及环境与工业过程控制装备制造商等。液氮存储罐具有独特的悬挂冻存架和箱隔设计,先进的真空绝热设计,温度均一性以及先进的液氮液位监测仪,可以让您轻松找到您的样品。 3. 海尔 haier 海尔生物医疗科技(成都)有限公司是全球液氮罐产品及液氮应用设备开发制造基地。企业以用户需求为导向,打造多元化产品布局,拥有两个产品系列:海尔生物医疗、盛杰,对标不同用户需求。企业专业经营包括液氮储存系统、液氮生物容器、自增压式液氮容器、深低温样本转运罐、智慧瓶塞、核工业恒温器、冷疗仪、食品保鲜设备、胶管冷冻机、自动化液氮罐等领域,以及各类液氮供应系统工程建设及配套设施设备安装服务。 4. 金凤 四川成都[url=http://www.mvecryoge.com/]金凤液氮容器[/url]公司自1976年成立是一家对于需要长期低温保存的生物样本、胚胎、种子、细胞、疫苗等产品,如何保证其安全性和稳定性一直是一个备受关注的问题。金凤作为一家专业的液氮容器设备制造商,提供了一系列高品质的液氮容器产品和解决方案,满足客户不同领域的需求。我们致力于为客户提供可靠、安全、高效的低温存储解决方案,保障生物样本和生命科学产品的质量和可追溯性。 5. [url=http://www.cnpetjy.com/]班德[/url](Bender) 班德低温品牌为适应液氮罐低温设备国产化及高端制造业的发展,汇集了一大批拥有高尖端的技术人才,拥有高素质的工作团队,可以及时地为客户提供完善的售后服务。“专业资格,打造品牌”是班德的经营目标,“超卓质量,信赖价格”是班德的经营宗旨。从事不锈钢液氮生物容器、铝合金液氮生物容器、自增压液氮罐、各种非标低温容器、低温管道、低温电子仪器仪表、生物样本库管理系统等产品开发设计的专业化低温设备企业。 6. 东亚 乐山市东亚机电工贸有限公司有着三十多年从事低温液氮容器产品设计、工艺、生产管理及营销策划的丰富经验和严谨的作风。创建该公司只有一个目的,为了充分发挥市场经济的特点,更好地开发生产各种用途的液氮容器,为广大用户服务。 7. 科莱斯 成都科莱斯液氮容器有限公司是专注于超低温深冷技术应用与开发的高新技术企业。获得低温深冷领域国家专利18项,其中发明专利5项。专注于生物样本库,不锈钢液氮容器,铝制液氮容器,液氮补给容器研发、生产和销售于一体的高新技术开发企业。 8. 泰莱华顿 泰来华顿是一家传统型生产制造企业,主要从事于广泛的气体应用领域,被称为其行业内的风向标。泰来华顿所出售的产品最显著的特点就是能够满足全世界对于新产品,新技术,新应用日益不断的需求。包括各种压力容器,低温容器。泰来华顿在全球4大洲6个国家设有20个包括生产,销售,仓储,服务在内的厂房,其出售的产品遍布世界80多个国家。 9. 爱思科 江苏爱思科科技有限公司,从业仪器研发生产20年,与多家高校合作具有卓越的保温性能、更注重的安全性和持久的耐用性。主要研发各类液氮容器、液氮加注机、低温冰箱等全套设备,控温精度高,使用安全,安装方便,节能环保。并可按用户要求设计和制造,满足企业个性化需求! 10.贝纳吉 四川贝纳吉液氮生物容器有限公司是一集研究、开发、销售于一体的综合型公司。公司多数技术人员已经从事该行业20多年,具备很强的技术实力,产品理念更注重环保、节能。通过研发创新生产出更高效的液氮容器。