带热盖循环干式恒温器

1. 背景 我们在制作生产高温导热系数测试系统中采用的是稳态测量方法，这种方法要求冷板具有室温附近温度，最关键的是要求冷板的长时间温度稳定性优于0.05℃，这样冷板温度控制就涉及到恒温控制。由于在整个导热系数测试过程中，高温热板（最高可达1000℃）上的热量会通过被测试样传递给冷板，使得冷板温度升高。由此要求对冷板温度进行控制的恒温装置具备两个功能：（1）能提供较大制冷量，能快速消除传递给冷板的热量，使得冷板温度始终保持在室温附近。（2）优良的温度稳定性，使得冷板温度长时间（24小时以上）波动不超过±0.05℃。2. 恒温装置选型 冷却与恒温的方式及手段很多，如半导体制冷控温、压缩机制冷控温和低温介质冷却控温等，但最有效和简便的方式是循环冷却液方式，为此我们选择了循环冷却液恒温器方式来实现冷板的恒温控制。循环冷却液恒温方式最常用的是外循环冷水机，冷却和流动介质为水。尽管循环冷水机的制冷量足够大可以满足冷却要求，但循环冷水机的温度稳定性较差，一般温度波动都在±0.1℃以上，这显然不能满足冷板恒温要求。 为此，我们最终选用了具有冷热功能的循环油浴，循环油浴既有较大的制冷功率和泵压，能够快速带走冷板上的热量，同时也具有很高的温度稳定性，温度波动一般都小于±0.05℃。3. 循环油浴恒温器考核 为了确定最终选用那种循环油浴恒温器，我们购置了两个厂家具有近似技术指标的循环油浴恒温器，它们分别是优莱博公司Presto系列动态温度控制系统中的A40高低温动态温度控制系统和胡博公司Unistat系列高精度动态温度控制器中的tango nuevo循环恒温器。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/01/201601101540_581467_3384_3.jpgJULABO公司Presto A40循环恒温器http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/01/201601101542_581469_3384_3.jpgHUBER公司tango nuevo循环恒温器下表是这两款恒温器的主要技术指标：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/01/201601101544_581470_3384_3.png为了更好的确定最终选定那种型号的恒温器与水冷板配套，我们计划对这两款恒温器进行多项性能指标的对比考核，目前主要需要考核的是温度稳定性，验证两款恒温器是否能长时间的温度稳定性达到±0.05℃指标。其它性能如易操作性、电压稳定性影响等性能也将进行考核。如果有使用机构或个人想进行其它性能参数的考核，欢迎大家提出要求，我们将根据可行性进行考核，并将考核结果一并在此公布，欢迎大家参与。

[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/]

智能恒温循环器系列 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/05/201205280900_368811_2523132_3.jpg 又称低温浴槽，是自带制冷和加热的高精度恒温源。它广泛应用于石油、化工、冶金、医药、生化、物性测试及化学分析等研究部门、高等院校、工厂实验室及计量质检部门。可在浴槽内进行恒温实验，亦可通过软管与其他设备相连，作为恒温源配套使用，如旋转蒸发器、电泳仪、粘度计、医用冷帽、降温毯等，或用于给其它设备进行循环冷却，如电镜、分子泵、离子泵、扩散泵、微波治疗机等。主要特点: ■ 采用风冷式全封闭压缩机组，制冷量大；■ 可在工作槽内进行低温实验或将槽内冷液外引，冷却机外实验容器；■ 根据大空间制冷原理，采用全新改进蒸发器，降温更迅速、温度更均匀； ■ 温度、时间数显；■ 功能键均采用触摸软键；■ 全新设计的专业电路，PID输出，控温更精确；■ 内胆、台面均为全不锈钢，清洁卫生，美观耐腐蚀；■ 自带超温、差温报警功能.

恒温恒湿箱溫度系统软件分成增湿和去湿2个分系统。[align=center][img=,348,348]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/01/202101211424246887_6693_1037_3.jpg!w348x348.jpg[/img][/align]　　增湿方法一般选用蒸气加湿式，将要底压蒸气立即引入恒温恒湿箱内增湿。这类增湿方式增湿工作能力，速度更快，增湿操纵灵巧，特别是在在减温时非常容易完成强制性增湿。　　去湿方法有二种：机械设备致冷去湿和干躁去湿。　　机械设备致冷去湿的去湿基本原理是将蒸发冷却到含湿量下列，使超过饱和状态含湿量的水蒸气凝固溶解，那样就减少了环境湿度。空气干燥器去湿是运用打气泵将恒温恒湿箱内的气体抽出来，并将干躁的气体引入，另外将潮湿空气送进可循环利用的干躁开展干躁，干躁完后又送进恒温恒湿箱里，这般不断循环系统开展去湿。如今绝大多数试验箱选用前一种去湿方法法，后一种的去湿方式，能够使含湿量做到0℃下列。适用有特别要求的场所，但价钱偏贵。

智能恒温循环器系列 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/04/201204261618_363543_2523132_3.jpg 又称低温浴槽，是自带制冷和加热的高精度恒温源。它广泛应用于石油、化工、冶金、医药、生化、物性测试及化学分析等研究部门、高等院校、工厂实验室及计量质检部门。可在浴槽内进行恒温实验，亦可通过软管与其他设备相连，作为恒温源配套使用，如旋转蒸发器、电泳仪、粘度计、医用冷帽、降温毯等，或用于给其它设备进行循环冷却，如电镜、分子泵、离子泵、扩散泵、微波治疗机等。主要特点: ■ 采用风冷式全封闭压缩机组，制冷量大；■ 可在工作槽内进行低温实验或将槽内冷液外引，冷却机外实验容器；■ 根据大空间制冷原理，采用全新改进蒸发器，降温更迅速、温度更均匀； ■ 温度、时间数显；■ 功能键均采用触摸软键；■ 全新设计的专业电路，PID输出，控温更精确；■ 内胆、台面均为全不锈钢，清洁卫生，美观耐腐蚀；■ 自带超温、差温报警功能.技术指标：型号温度范围(℃)液槽容积(L)制冷量（w）加热功率（w）温度波动(℃)循环量(L/min)操作口LxWxD(mm)外形尺寸LxWxH(mm)ZX-5A-10～995200600±0.11-10147*128*115464*314*480ZX-5B-20～99350ZX-5C-30～99ZX-5D-40～99ZX-8A-10～9985601000230*115*150[font='华文

又称低温浴槽，是自带制冷和加热的高精度恒温源。它广泛应用于石油、化工、冶金、医药、生化、物性测试及化学分析等研究部门、高等院校、工厂实验室及计量质检部门。可在浴槽内进行恒温实验，亦可通过软管与其他设备相连，作为恒温源配套使用，如旋转蒸发器、电泳仪、粘度计、医用冷帽、降温毯等，或用于给其它设备进行循环冷却，如电镜、分子泵、离子泵、扩散泵、微波治疗机等。主要特点: ■ 采用风冷式全封闭压缩机组，制冷量大；■ 可在工作槽内进行低温实验或将槽内冷液外引，冷却机外实验容器；■ 根据大空间制冷原理，采用全新改进蒸发器，降温更迅速、温度更均匀； ■ 温度、时间数显；■ 功能键均采用触摸软键；■ 全新设计的专业电路，PID输出，控温更精确；■ 内胆、台面均为全不锈钢，清洁卫生，美观耐腐蚀；■ 自带超温、差温报警功能.http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/05/201205021117_364494_2523132_3.jpgZX系列智能恒温循环器 技术指标：型号温度范围(℃)液槽容积(L)制冷量（w）加热功率（w）温度波动(℃)循环量(L/min)操作口LxWxD(mm)外形尺寸LxWxH(mm)ZX-5A-10～995200600±0.11-10147*128*115464*314*480ZX-5B-20～99350ZX-5C-30～99ZX-5D-40～99ZX-8A-10～998[/fon

散热器恒温恒湿箱属于精密的检测设备,我们在使用过程中为保证精确的实验结果,我们应规范操作,本章小编为用户一一列出散热器恒温恒湿箱的正确操作方式：　　首先,我们应提供额定电压范围內的电源以避免设备发生故障。　　第二,在安装、接线完毕之前不允许接通电源,防止触电或产生误动作和故障。　　第三,恒温恒湿试验下个不能对有可燃或爆炸性气体进行使用。　　第四,散热器恒温恒湿箱接线必须正确,一定要进行接地。不接地有可能造成错误动作事故、触电、显示不正常或测量有较大误差的情况;。　　第五,安装设备时注意不要让灰尘、线头、铁屑或其他物品进入。　　第六,需保持设备的通风口畅通。　　第七,若发设备设备变形或损坏应停止使用。　　第八,使用过程中电源入力端子盖必须安装在端子板上以防触电。　　第九,擦试仪表时不允许使用酒精、汽油或其他有机溶剂,请使用干布。不要把水濺到仪表上,如果仪表浸入水中,请立即停止使用,否則有漏电、触电或火灾的危险。　　言而总之,散热器恒温恒湿箱需定期进行保养和维护,一般寿命为7-10年,若保养得当可以延长设备使用寿命。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/03/201703221657_01_3081755_3.jpg

恒温恒湿试验箱常用于模拟高温、低温、潮湿、干燥的复杂环境，或模拟恒温恒湿的环境。进行有针对性的温湿度交变试验，检测试验项目在冷热交变和湿度变化过程中的性能变化。该设备是环境模拟设备中广泛使用的测试设备，广泛应用于航空航天、科研、医学、电子、金属、新能源、复合材料等行业。　　该试验设备广泛应用于金属、塑料、电子、新能源电池、汽车等行业。还可以用于测试药物的抗老化性能，通过在高温潮湿的环境下测试药物来研究药物的抗老化性能。通过设定恒定或变化的温度和湿度，测试物品或材料以观察其老化反应。设备的工作原理就是模拟这种气候环境来测试物品的性能。[align=center][img=,690,690]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/08/202308011553225709_2523_5295056_3.jpg!w690x690.jpg[/img][/align]　　该设备有很多应用，不同行业有着不一样要求，恒温恒湿试验箱可通过实际情况调整不同的测试环境组，然后根据每组的环境因素调节温度和湿度来测试不同的项目。设备具有制冷、制热、加湿三大功能，温度控制范围可达大约-40℃~150℃，湿度限制范围在大约20%~98%RH。　　[url=http://www.linpin.com/][b]恒温恒湿试验箱[/b][/url]的温度变换过程可分为四个部分，即冷却、保持低温恒定、加热和保持高温恒定。在每一个过程中，加热系统和制冷系统相互配合，使温度从变化状态变为恒定状态。　　1.在比升温复杂得多的降温过程中，主要是通过压缩机降低温度，这样当温度维持一段时间后，温度会降低到一定的标准，同时降温的速度要在规定的时间内；　　2.对于低温恒定的情况，需要注意的是，温度下降到恒定低温一段时间后，24小时后才能完成整个过程；　　3.在试验设备的升温过程中，作为整个温度变化中比较简单的一个过程，试验设备的温度是根据电来加热的，使设备的温度上升到规范的标准值，同时升温的速度要在其允许的范围内，不能升得太快也不能太慢；　　4.当其高温恒定时，当其温度达到设定温度时，其恒温恒湿试验箱的温度应保持在此范围内，直至达到设定的恒温。

[b]恒温恒湿箱[/b]是用于试验各种材料，如：电子、电器、通讯、仪表、车辆、塑胶制品、金属、食品、化学、建材、医疗、航天等制品，耐热、耐寒、耐干、耐湿性能的检测试验设备。按照其试验要求不仅要有温度的控制，还要进行温度控制，该过程如下：[align=center][img=,348,348]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/04/202104201641055364_156_1037_3.jpg!w348x348.jpg[/img][/align]　　一、提温全过程　　恒温恒湿箱内的提温关键是选用大功率电阻丝，因为试验箱规定的提温速度很大，因而试验箱的加溫度系统软件分成增湿和去湿2个分系统 　　二、减温全过程　　减温即致冷恒温恒湿箱的致冷方法全是机械设备致冷及其辅助液态氮致冷，机械设备致冷选用蒸气缩小式致冷，他们关键由制冷压缩机，冷却器，节流阀组织和空调蒸发器构成，低温不锈钢水槽因为我们实验的溫度低温要超过-55℃，单极致冷无法考虑符合要求，因而试验箱的致冷方法一般选用复叠式致冷。　　三、增湿全过程　　恒温恒湿箱增湿的全过程事实上就是说提升水蒸气分工作压力，刚开始的增湿方法就是说向恒温恒湿箱壁自喷水，根据操纵温度把水表层饱和压力获得操纵。箱壁表层的水产生很大的面，在这一表面向箱里根据外扩散的方法向箱里添加水蒸气压使试验箱中空气湿度上升，这一方式出現在上新世纪五十年代。因为那时候对环境湿度的操纵关键是用水银电触点式导电性表开展简易的电源开关量调整，针对大落后的开水箱温度的操纵适应能力较弱，因而操纵的衔接全过程较长，不可以考虑交替变化寒湿对增湿量规定较多的必须，更关键地是在对箱壁自喷的那时候，难以避免地有水珠淋在称样上对称样产生不一样水平的环境污染。　　四、去湿全过程　　恒温恒湿箱的去湿方法有二种：机械设备致冷去湿和干躁去湿。　　1、机械设备致冷去湿的去湿基本原理是将蒸发冷却到含湿量下列，使超过饱和状态含湿量的水蒸气凝固溶解，那样就减少了环境湿度。　　2、空气干燥器去湿是运用打气泵将试验箱内的气体抽出来，并将干躁的气体引入，另外将潮湿空气送进可循环系统运用的干躁开展干躁，干躁完后又送进试验箱内，这般不断循环系统开展去湿。　　现在大部分恒温恒湿箱采用前一种除湿方式法，后一种的除湿方法，可以使露点温度达到0℃一下。适用于有特殊要求的场合，但费用较贵。