一种电热恒温培养箱的设计原理及功效

　　随着我国科学事业的发展,为便于对微生物、细菌、病毒和动植物组织细胞的培养和储存,我们研制了一种比较小而又恒定温度和湿度的电热恒温培养箱。

　　图1是这种培养箱的结构原理示意图。它由加热、制冷、加湿及相应的控制系统等几部分组成。其工作原理是,当温度偏离给定值,如温度升高,感温电桥输出信号,经放大控制制冷系统致冷,迫使温度下降;倘若温度低于给定值时,温度控制系统工作,加热器加热,温度升高,使温度达到平衡。如果箱内需要加湿,感湿电桥输出信号,湿度控制系统工作,电热加湿器蒸汽喷湿;反之,需要减湿时制冷系统工作致冷,达到除湿的目的,从而保持湿度的恒定。

　　1 测量湿度的理论

　　根据利用干湿球温度来确定空气状态(图2)。

　　在检测时干球温度T二表示空气中的实际温度,在空气相对湿度不变的情况下,湿球纱布上水份的蒸发可以认为是稳定的,从而所需要的热量也是一定。所以当空气相对湿度较小时,湿球表面水份蒸发较快,蒸发所需要的热量也就多,因此干湿球温差大。反之空气中相对湿度大,则干湿球温差小。当相对湿度为100%时,水份就不再蒸发了,这说明干湿球温度相同。可见在一定的空气状态里,干湿球温差也就反映了空气中相对湿度的大小。

　　这一物理现象基于湿球温度T:低于环境温度T,而吸收的热量Q,和纱布上水份蒸发失去的热量Q:应该相等这一平衡关系来考虑的,即口,=口2。根据传热学原理,两种不同温度的物体接触时,温度高的物体会向温度低的物体传热,水与空气接触时同样是这样。

　　2 小惯性电热加湿器

　　为了达到湿度控制精度的要求,减少加湿器的惯性,改善其动态特性是控湿的关键技术,图6是电热加湿器的结构原理示意图。

　　需要加湿时,湿度控制电路接通加湿器的电热器进行加热,使容器内的水加热至沸腾产生蒸汽。作为湿量的蒸汽通过排气管喷射到万箱内。倘若浮_球下沉,它表明需要向容器加水,这时微动开关触点断开,打开进水管的电磁阀进水。水充满时,浮球上升,顶杆碰到微动开关触点闭合,电磁阀关闭进水管,停止加水。由于容器小,水量很少,惯性时间很短。

　　湿量表示空气中水蒸汽含量多少的尺度,而空气是由千空气和水蒸汽组合而成的混合气体,空气中水汽含量的多少就决定了空气的潮湿程度。假定箱内的工作温度T二50℃,相对湿度要求甲=95%,箱体为一个大气压,计算结果,箱体容积150升所需要最大湿量为12.65克。因此可以把加湿器的容积做成很小的装置。

　　3.试验情况

　　培养箱装机调试后,情况良好,证明设计是合理的,系统电路工作稳定可靠,图了图8是这次试验(经稳定)记录下来的两组曲线。

　　(1)测温范围0一50℃,分辨率0.1℃,波动精度士0.5℃。测湿范围50%~95%R。H,分辨率1%,波动精度士7%R.H。

　　(2)从温度和湿度曲线来看,采用前馈解藕控制,温度和湿度的控制精度有明显的提高。

　　(3)培养箱稍加改装可作为小型的人工气候箱,仪器仪表型式试验箱,以扩大它的用途。