
您可以將其理解為一個技術增強版的生化培養箱,它的核心任務是創造一個用戶設定的、長期穩定且高度均勻的溫度和濕度環境,并能精確模擬各種復雜條件。其工作原理是制冷、加熱、加濕、除濕四大系統在智能控制器的指揮下協同工作的結果。
以下是其核心系統的工作原理:
溫度控制是基礎,通常通過加熱和制冷兩個途徑來實現。
加熱系統:通常采用高性能的電加熱絲。當控制器檢測到箱內溫度低于設定值時,會輸出功率給加熱絲,使其發熱。熱量通過空氣循環系統均勻散布到箱內各個角落。
制冷系統:這是實現低溫恒溫和除濕功能的關鍵。通常采用機械壓縮機制冷(型號采用變頻壓縮機),其原理與空調、冰箱類似:
壓縮機將氣態制冷劑壓縮為高溫高壓氣體。
經冷凝器散熱后,變為中溫高壓液體。
通過毛細管或膨脹閥節流,變為低溫低壓的霧狀液體。
在蒸發器中,制冷劑吸收箱內空氣的熱量并汽化,從而實現降溫。
汽化后的制冷劑回到壓縮機,完成一個循環。
控制核心——PID控制器:溫度控制絕非簡單的“開和關"。EYELA采用先進的PID(比例-積分-微分)控制算法,它能夠:
P(比例):快速響應,縮小當前溫度與設定值的差距。
I(積分):消除靜差。即使溫差很小但持續存在,它會逐漸加大調節力度,直到消除誤差。
D(微分):預測未來。根據溫度變化趨勢提前進行調節,防止溫度過沖(overshoot)或下沖(undershoot)。
通過自整定(Auto-tuning) 功能,控制器能自動找到最佳的PID參數,實現±0.1℃ ~ ±1.0℃的高精度溫度穩定性。
這是恒溫恒濕箱區別于普通烘箱或培養箱的核心。濕度控制相對溫度控制更為復雜,因為它與溫度緊密耦合(空氣的相對濕度RH會隨溫度變化而劇烈變化)。
加濕系統:
boiler蒸汽加濕(常見于EYELA等品牌):配備一個獨立的水箱和加熱裝置(鍋爐)。當需要加濕時,控制器加熱鍋爐內的水,產生純凈的蒸汽,然后通過管道將蒸汽注入到空氣循環通道中。這種方式加濕速度快、控制精度高、波動小。
少數設備采用超聲波加濕(通過超聲波霧化片產生水霧),但蒸汽加濕是更主流和可靠的方式。
除濕系統:
制冷凝露除濕:這是最核心的除濕方式。當濕度過高時,系統會啟動壓縮機制冷,使蒸發器的翅片溫度降至露點溫度以下。箱內潮濕的空氣流過冰冷的蒸發器時,空氣中的水蒸氣會冷凝成水珠,附著在蒸發器上并流向下方的排水孔,從而有效降低箱內的絕對含水量。之后,空氣再被加熱到設定溫度,其相對濕度也就顯著降低了。
為了保證箱體內每一個點的溫濕度都高度一致,避免出現局部偏差,空氣循環設計至關重要。
風扇:箱內裝有強制對流風扇,提供穩定的氣流。
風道設計:EYELA通常采用側面或背面出風、正面回風的立體循環風道。被調節好的溫濕空氣通過風扇送入風道,然后從箱壁兩側或后部的孔隙中均勻、柔和地吹入工作室,最后從正面回風口吸入,形成一個循環。這種設計確保了工作室內部沒有氣流死角,溫濕度均勻性佳。
這是整個設備的“大腦"和“感覺器官"。
溫度傳感器:通常采用高精度的鉑電阻(Pt100),提供準確的溫度反饋。
濕度傳感器:通常采用電容式高分子薄膜濕度傳感器,能準確測量相對濕度(RH%)。
微電腦控制器:接收傳感器的信號,與用戶設定值進行比對,通過內置的PID算法,精確計算并輸出指令,協調加熱、制冷、加濕、除濕四大執行元件的工作?,F代恒溫恒濕箱通常配備彩色觸摸屏,支持多段程序編程(可設定不同時間段的溫濕度值)、數據記錄、故障報警和歷史查詢等功能。
用戶設定:通過觸摸屏設定目標溫度(如40℃)和濕度(如93%RH),并可能編寫一個多段程序。
實時監測:Pt100溫度傳感器和電容式濕度傳感器持續監測箱內環境。
智能決策:控制器將監測值與設定值比較,通過PID算法決定如何操作:
若溫度低,則啟動加熱器。
若溫度高,則啟動壓縮機制冷。
若濕度低,則啟動鍋爐產生蒸汽加濕。
若濕度高,則啟動壓縮機制冷(使蒸發器結露)進行除濕,同時可能需要配合加熱器來精確控制除濕后的溫度。
均勻擴散:風扇將經過調節的空氣通過精心設計的風道均勻地送入工作室的每個角落。
持續循環與記錄:這個過程24小時不間斷循環,控制器持續進行微秒級的微調,以抵抗外界干擾,并記錄全部運行數據和曲線。
由于其的性能,它被廣泛應用于:
穩定性測試:制藥行業(符合ICH指南)對藥品在長期(25℃/60%RH)、加速(40℃/75%RH)條件下的儲存測試。
材料測試:測試電子產品、塑料、涂料、紡織品等在特定溫濕度環境下的老化、性能變化和壽命測試。
科學研究:昆蟲飼養、植物生長研究、微生物在不同濕度下的培養等。
質量控制:各種工業產品(食品、化妝品等)的耐候性試驗和保質期評估。
總而言之,東京理化EYELA恒溫恒濕箱通過其精密的硬件設計和智能的控制軟件,實現了對溫度和濕度這兩個耦合參數的高精度、高均勻性解耦控制,是現代科研和工業領域的關鍵設備。