恒溫槽技術(shù)應(yīng)用

摘要：恒溫槽，顧名思義就是能提供恒定溫度的槽體。根據(jù)加熱介質(zhì)的不同可分為恒溫空氣、恒溫液體（通常稱作恒溫槽）。由于恒溫的液體溫度范圍不同，又分為低溫恒溫槽（一般是-40℃～100℃，）、高溫恒溫槽（一般是200℃～300℃）。又因為100℃以上的液體介質(zhì)不能用水而用油，通常又稱為油槽。

結(jié)合工作實際使用，本文著重介紹液體高溫恒溫槽，它是以液體為導(dǎo)熱介質(zhì)，通過溫度控制系統(tǒng)以及攪拌或射流裝置的作用，達(dá)到設(shè)定溫度，并保持其內(nèi)部工作區(qū)域的溫度穩(wěn)定均勻，主要用作檢定、校準(zhǔn)各類溫度計的恒溫設(shè)備。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系到工作區(qū)域溫度波動性和均勻性的測試技術(shù)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：恒溫槽；保溫罐；加熱電阻絲；技術(shù)特點

恒溫槽是每個從事溫度計計量檢定機(jī)構(gòu)不可或缺的主要保準(zhǔn)器之一，它的技術(shù)指標(biāo)直接影響到被檢計量器具的性能，結(jié)合多年使用經(jīng)驗，本文著重從材料的選擇和其本身的技術(shù)特點進(jìn)行分析介紹。

1恒溫槽的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

恒溫槽槽體由保溫罐、保溫層、外殼三部分組成，并且加熱電阻、測溫元件也置于其中。因此保溫罐、保溫層、加熱電阻的放置、測溫元件放置位置均為恒溫槽設(shè)計的關(guān)鍵。

恒溫槽的恒溫效果和槽體內(nèi)溫度場分布均勻性成正比，當(dāng)槽體形狀為球體時其溫度場分布最均勻，恒溫效果最好，但球體不易加工，也不利于儀器的安裝。柱體形結(jié)構(gòu)尺寸沿半徑相互對稱，且同半徑的區(qū)間是等溫層，圓柱體形的恒溫槽傳熱基本均勻。所以設(shè)計結(jié)構(gòu)依舊采用溫度場分布均勻性僅次于球形的圓柱體作為恒溫槽的結(jié)構(gòu)形狀。

因為單層恒溫槽沒有中間層的緩沖，很難抗拒環(huán)境溫度變化的影響，所以采用雙層恒溫槽設(shè)計。就雙層恒溫槽而言，其內(nèi)恒溫槽的外殼即為外恒溫槽的保溫罐。加熱電阻絲要分別繞制在內(nèi)保溫罐和外保溫罐的外面。測溫元件嵌在內(nèi)保溫罐的內(nèi)側(cè)壁上，其測量的溫度反映了恒溫槽內(nèi)的實際工作溫度，也為恒溫槽的控制溫度。

2恒溫槽的材料選擇

恒溫槽各部分的材料性能直接影響著恒溫槽最終的工作性能，從保溫罐及外殼、保溫層、加熱電阻絲三方面考慮材料的選型。

為了使加熱電阻絲的加熱熱量能迅速分布均勻，保溫罐材料應(yīng)選傳熱性能好的，即導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬。其次，由于恒溫體本身相當(dāng)于一個熱濾波器，它的平滑作用可以減小或消除控制溫度的波動，以確?？刂茰囟染?。為使恒溫槽溫度波動小，在傳遞熱量一定的情況下，宜選用熱容量大的材料。最后，從輕便角度考慮，材料的密度應(yīng)該較小。綜合上述幾點考慮，宜選用鋁為保溫罐和外殼的材料，可有效避免腐蝕、生銹等現(xiàn)象。

保溫層應(yīng)選用導(dǎo)熱系數(shù)小的材料，還應(yīng)從整個儀器的加工、安裝、工藝性能及儀器重量要求等予以考慮。

理想的加熱電阻絲的材料特點是：電阻率較高，溫度系數(shù)要小，電阻值要穩(wěn)定。同時放置時也應(yīng)注意：（1）電阻絲的分布應(yīng)該符合保溫罐傳導(dǎo)熱量的比率，這樣才能使溫度場分布均勻且穩(wěn)定。（2）要減小電阻絲通過電流時可能產(chǎn)生的附加干擾磁場。可以用雙線法繞制。（3）加熱電阻絲必須緊密貼合在保溫罐上，這樣才能使熱量迅速傳遞給保溫罐。并且加熱電阻絲和保溫罐之間應(yīng)該絕緣，可以在加熱電阻絲制好后在其上噴上清漆或其他絕緣膠。（4）加熱電阻絲的安裝必須注意與測溫元件之間的相對位置，使它們之間的分布溫度之差最小。

恒溫槽頂部的設(shè)計，由于熱量上移，所以恒溫槽頂部不用添加加熱電阻絲，除根據(jù)溫度計尺寸可安裝帶有插入孔的轉(zhuǎn)盤外，只需在頂部增加保溫層厚度即可。

3恒溫槽的技術(shù)特點

3.1恒溫槽的加熱和溫控技術(shù)

恒溫槽要求對槽內(nèi)液體的溫度精確控溫（控溫精度是0.1℃，甚至是0.01℃）。最常用的是用電阻絲加熱的方法，如果輔以PID微機(jī)自整定精確溫度控制方式，將會使恒溫槽的溫度穩(wěn)定在所需要的設(shè)定溫度上，控溫精度高、波動度小。

恒溫槽如果配備安裝有高穩(wěn)定的鉑電阻PRT或其他溫度傳感器，可分別用來實現(xiàn)對恒溫槽的溫度控制和自動保護(hù)功能。控制器采用特殊的噪聲抑制電路，能夠檢測出高穩(wěn)定性恒溫槽所要求的微小的電阻變化。儀器內(nèi)部使用交流電橋測量溫度來減小熱電勢。高精度、低溫度系數(shù)的電阻保證了溫度設(shè)定點的短期和長期穩(wěn)定性。

采用先進(jìn)的濾波技術(shù)克服了電源噪聲干擾和雜散的電磁干擾和無線電干擾。采用比例積分控制功能來控制供給恒溫槽加熱器的功率，消除了過沖的影響，使得恒溫槽能夠在到達(dá)溫度設(shè)定點之后迅速達(dá)到其最高的溫度穩(wěn)定性。采用高性能攪拌電機(jī)，具有低噪聲、低發(fā)熱、全封閉、高壽命等特點。

3.2恒溫槽的安全保護(hù)措施

可采取過溫過壓雙重保護(hù)功能的安全保護(hù)措施。一旦超過極限溫度或是電源電壓，就會啟動自動斷電保護(hù)，保證其長期不間斷可靠運行。

3.3其他優(yōu)越特點

3.3.1特有的大屏幕背光液晶顯示，設(shè)定溫度、實際溫度、加熱功率、工作狀態(tài)等信息清晰明了，可以實時顯示溫度隨時間的變化曲線，使用者可通過簡單的軟件界面操作，實現(xiàn)多種控溫方式組合。

3.3.2具有液面控制及溢流裝置。有儲油功能，將多余的油量儲存起來，可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)液位。溢流出的油通過封閉系統(tǒng)直接流到槽體槽體內(nèi)。安裝有油泵循環(huán)裝置，實現(xiàn)了自動加油和油槽快速冷卻功能，能夠提高工作效率，減輕勞動強度，使得油槽周圍干凈沒有油污，改善了油槽周圍環(huán)境。

3.3.3具有溫度提示、超溫報警功能，提供多項安保措施，極大地減小了使用中對槽體核心部分的損壞，將損失降到最低。

3.3.4儀器工作穩(wěn)定可靠，操作方便安全。

結(jié)論

隨著技術(shù)水平的不斷提高，對恒溫槽的要求也會越來越高，高效率、低能耗、升降溫速度快、恒溫效果好、干凈清潔等優(yōu)點，是未來恒溫槽技術(shù)發(fā)展的趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]《JJF1030-2010恒溫槽技術(shù)性能測試規(guī)范》

[2]《計量培訓(xùn)教材 熱學(xué)計量》原子能出版社

[3]楊宇，等，《高精度恒溫槽設(shè)計》，儀表技術(shù) 2005.5

（作者單位：晉西集團(tuán)山西江陽化工有限公司計量理化中心）