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干式恒温器由模块和主机构成,一般来说各个厂家同一型号的模块差别不大,主要区别就在干式恒温器主机了。首先要确定干式恒温器是那种的?干式恒温器按主机一般分为加热型,加热制冷型和加热制冷振荡型,可以根据实验的用途来选择;加热型的较为便宜,加热制冷贵一些,加热制冷振荡性,功能较全所以也是最贵的。其次是根据干式恒温器主机的控温范围,控温范围通常有0-100℃和0-150℃两种,前种比较常见,而后种少见,选购时可以根据具体的应用情况选择,0-150℃控温范围大价格贵一些,像一般的实验用不了这么高,就没必要选择这种。最后就要选择模块的规格了,最常见的就是0.5ml,1.5ml,0.2ml,要根据试验的内容和要求来选择处理量,另外要看看温度稳定性是模块在加热时各个部分温度的均匀性,就是各个部分最大温差多少,一般在0.1-0.5℃之间,越低越好。如果实验堆温度要求不是太严格的情况下选0.5就可以了,精度越低价格越高。最高温度是仪器所能达到的最高温度,和控温范围事相关的,一般比控温范围高5到10℃。
半导体恒温器中配件比较多,除了压缩机、换热器、蒸发器、膨胀阀等主要配件之外,储液器、油气分离器、干燥过滤器等也是比较重要的,那么,这三种配件在半导体恒温器众的作用有哪些呢? 油气分离器安装在压缩机和冷凝器之间,压缩机的排气是制冷剂和润滑油的混合气体,通过油分离器的较大的腔体减速,雾状的油就会聚集在冲击的表面上,当聚集成较大的油滴后,流向油分离器的底部,并通过回油装置返回压缩机。 半导体恒温器的过滤器的作用是为了防止制冷剂里含有水分或由于不可减少的元素等原因使系统里进入水分,当从冷凝器出来的高温液体进入膨胀阀后,液体的温度会大幅度的下降,一般都在零度以下,这时如果系统里含有水分的话,由于膨胀阀通过的截面很小,就会易出现冰堵的现象,影响系统的正常的运行。 制冷系统中的高压储液器(也称储液筒)是装在冷凝器和膨胀阀之间的,它的功能可归纳为以几个方面,储存冷凝器的凝液,避免凝液在冷凝器中积存过多而使传热面积变小,影响冷凝器的传热效果,在蒸发负荷增大时,供应量也增大,由储液器的存液补给;负荷变小时,需要液量也变小,多余的液体储存在储液罐里。因为出液管是插在液面下,故可防止高压侧的蒸汽和不凝性的气体进入低压侧。同时,储液器也起到过滤和消音的作用,储液器的形式有多种,有单向和双向之分;有一出口和两出口之分;有立式和卧式之分。 半导体恒温器是目前半导体行业制冷加热控温要求中使用比较多的设备,性能的要求不言而喻,所以,建议向专业厂家购买。
[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/]