一種電熱恒溫培養(yǎng)箱的設(shè)計(jì)原理及功效

　　隨著我國(guó)科學(xué)事業(yè)的發(fā)展,為便于對(duì)微生物、細(xì)菌、病毒和動(dòng)植物組織細(xì)胞的培養(yǎng)和儲(chǔ)存,我們研制了一種比較小而又恒定溫度和濕度的電熱恒溫培養(yǎng)箱。

　　圖1是這種培養(yǎng)箱的結(jié)構(gòu)原理示意圖。它由加熱、制冷、加濕及相應(yīng)的控制系統(tǒng)等幾部分組成。其工作原理是,當(dāng)溫度偏離給定值,如溫度升高,感溫電橋輸出信號(hào),經(jīng)放大控制制冷系統(tǒng)致冷,迫使溫度下降;倘若溫度低于給定值時(shí),溫度控制系統(tǒng)工作,加熱器加熱,溫度升高,使溫度達(dá)到平衡。如果箱內(nèi)需要加濕,感濕電橋輸出信號(hào),濕度控制系統(tǒng)工作,電熱加濕器蒸汽噴濕;反之,需要減濕時(shí)制冷系統(tǒng)工作致冷,達(dá)到除濕的目的,從而保持濕度的恒定。

　　1 測(cè)量濕度的理論

　　根據(jù)利用干濕球溫度來確定空氣狀態(tài)(圖2)。

　　在檢測(cè)時(shí)干球溫度T二表示空氣中的實(shí)際溫度,在空氣相對(duì)濕度不變的情況下,濕球紗布上水份的蒸發(fā)可以認(rèn)為是穩(wěn)定的,從而所需要的熱量也是一定。所以當(dāng)空氣相對(duì)濕度較小時(shí),濕球表面水份蒸發(fā)較快,蒸發(fā)所需要的熱量也就多,因此干濕球溫差大。反之空氣中相對(duì)濕度大,則干濕球溫差小。當(dāng)相對(duì)濕度為100%時(shí),水份就不再蒸發(fā)了,這說明干濕球溫度相同。可見在一定的空氣狀態(tài)里,干濕球溫差也就反映了空氣中相對(duì)濕度的大小。

　　這一物理現(xiàn)象基于濕球溫度T:低于環(huán)境溫度T,而吸收的熱量Q,和紗布上水份蒸發(fā)失去的熱量Q:應(yīng)該相等這一平衡關(guān)系來考慮的,即口,=口2。根據(jù)傳熱學(xué)原理,兩種不同溫度的物體接觸時(shí),溫度高的物體會(huì)向溫度低的物體傳熱,水與空氣接觸時(shí)同樣是這樣。

　　2 小慣性電熱加濕器

　　為了達(dá)到濕度控制精度的要求,減少加濕器的慣性,改善其動(dòng)態(tài)特性是控濕的關(guān)鍵技術(shù),圖6是電熱加濕器的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

　　需要加濕時(shí),濕度控制電路接通加濕器的電熱器進(jìn)行加熱,使容器內(nèi)的水加熱至沸騰產(chǎn)生蒸汽。作為濕量的蒸汽通過排氣管噴射到萬箱內(nèi)。倘若浮_球下沉,它表明需要向容器加水,這時(shí)微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)斷開,打開進(jìn)水管的電磁閥進(jìn)水。水充滿時(shí),浮球上升,頂桿碰到微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)閉合,電磁閥關(guān)閉進(jìn)水管,停止加水。由于容器小,水量很少,慣性時(shí)間很短。

　　濕量表示空氣中水蒸汽含量多少的尺度,而空氣是由千空氣和水蒸汽組合而成的混合氣體,空氣中水汽含量的多少就決定了空氣的潮濕程度。假定箱內(nèi)的工作溫度T二50℃,相對(duì)濕度要求甲=95%,箱體為一個(gè)大氣壓,計(jì)算結(jié)果,箱體容積150升所需要最大濕量為12.65克。因此可以把加濕器的容積做成很小的裝置。

　　3.試驗(yàn)情況

　　培養(yǎng)箱裝機(jī)調(diào)試后,情況良好,證明設(shè)計(jì)是合理的,系統(tǒng)電路工作穩(wěn)定可靠,圖了圖8是這次試驗(yàn)(經(jīng)穩(wěn)定)記錄下來的兩組曲線。

　　(1)測(cè)溫范圍0一50℃,分辨率0.1℃,波動(dòng)精度士0.5℃。測(cè)濕范圍50%~95%R。H,分辨率1%,波動(dòng)精度士7%R.H。

　　(2)從溫度和濕度曲線來看,采用前饋解藕控制,溫度和濕度的控制精度有明顯的提高。

　　(3)培養(yǎng)箱稍加改裝可作為小型的人工氣候箱,儀器儀表型式試驗(yàn)箱,以擴(kuò)大它的用途。