Baño de reacción a baja temperatura y temperatura constante(también conocido como termostato de baja temperatura y baño de baja temperatura) es el equipo central utilizado en el laboratorio y la producción industrial para proporcionar un ambiente de baja temperatura constante, ampliamente utilizado en reacciones químicas, refrigeración de muestras, pruebas de materiales y otros escenarios, y su principio de funcionamiento gira en torno a los tres eslabones centrales de "refrigeración - control de temperatura - ciclo", a través de la coordinación de múltiples sistemas para lograr un efecto preciso y estable de temperatura baja, de la siguiente manera:

I. sistema de componentes básicos

Para comprender el principio de funcionamiento, primero se aclaran los componentes clave del equipo, y cada sistema coopera para completar la función de temperatura baja y constante:

Sistema de refrigeración: el núcleo es un circuito de refrigeración por compresión (similar al principio de refrigeración del refrigerador), que incluye cuatro componentes básicos: compresor, refrigerante, elemento de estrangulamiento (válvula capilar / expansión) y evaporador, y algunos equipos se combinarán con una estructura de refrigeración auxiliar (como el disipador de calor refrigerado por aire / agua);

Sistema de calefacción: generalmente tubo de calefacción eléctrica (o placa de calefacción), utilizado para ajustar la temperatura, compensar la desviación de temperatura causada por el exceso de refrigeración y garantizar la precisión de la temperatura constante;

Sistema de control de temperatura: compuesto por sensores de temperatura (como resistencia al platino pt100, termómetros), instrumentos de control de temperatura (plcs o controladores de temperatura especiales), es el "cerebro" del equipo, responsable de la detección de temperatura y la emisión de instrucciones;

Sistema de circulación: incluye bombas de circulación, tuberías de circulación, tanques de baño, que se utilizan para hacer que los medios conductores de calor (como etanol, solución de agua de etilenglicol, aceite de silicona, etc.) en el tanque de baño fluyan uniformemente para garantizar la temperatura uniforme en todas las áreas del tanque;

Sistema de aislamiento térmico: la capa exterior del revestimiento interior envuelve materiales de aislamiento térmico (como espuma de poliuretano y lana de roca), reduce el intercambio de calor entre las bajas temperaturas en la ranura y el entorno externo, reduce el consumo de energía y mejora la estabilidad a temperatura constante.

2. flujo de trabajo básico (refrigeración + control de temperatura + coordinación del ciclo)

1. proceso de refrigeración (enlace de enfriamiento central)

El sistema de refrigeración es la clave para lograr una "baja temperatura". basado en el principio del "ciclo de refrigeración por compresión de vapor", el enfriamiento se realiza a través de la absorción de calor de cambio de fase del refrigerante:

Paso 1: el compresor comprime el gas refrigerante de baja temperatura y baja presión (refrigerante común como r404a, r134a) en gas de alta temperatura y alta presión, mejorando el nivel de energía del refrigerante;

Paso 2: el gas refrigerante de alta temperatura y alta presión entra en el refrigerante (disipado por aire o agua refrigerada), y se condensa en refrigerante líquido de alta presión después de liberar calor;

Paso 3: después de que el refrigerante líquido de alta presión pasa por el elemento de estrangulamiento (capilar / válvula de expansión), la presión cae bruscamente y se convierte en un refrigerante brumoso de baja temperatura y baja presión (proceso de cambio de fase);

Paso 4: el refrigerante brumoso de baja temperatura entra en el evaporador (el evaporador entra en contacto con el interior del tanque de baño o se incrusta en la capa intercalar del tanque de baño), absorbe el calor del medio conductor de calor en el tanque de baño, se evapora en gas por sí mismo, mientras que la temperatura del medio conductor de calor Continúa disminuyendo;

Paso 5: el gas refrigerante evaporado vuelve al compresor y completa el ciclo, logrando así un enfriamiento continuo repetidamente.

2. proceso de control de temperatura (núcleo de temperatura constante preciso)

El sistema de control de temperatura garantiza que la temperatura se estabilice en el valor establecido a través del control de circuito cerrado "detección - comparación - ajuste":

Detección de temperatura: el sensor de temperatura (como pt100) recoge la temperatura real del medio térmico en el baño en tiempo real y convierte la señal de temperatura en una señal eléctrica para transmitirla al instrumento de control de temperatura;

Comparación de señales: el instrumento de control de temperatura compara la temperatura real con la temperatura objetivo establecida por el usuario para juzgar si se necesita refrigeración o calefacción;

Cuando la temperatura real > establece la temperatura: el instrumento de control de temperatura emite instrucciones, inicia el sistema de refrigeración y reduce la temperatura media;

Cuando la temperatura Real < establece la temperatura: el instrumento de control de temperatura emite instrucciones, activa el sistema de calefacción (tubo de calefacción eléctrica), aumenta ligeramente la temperatura del medio (compensa las fluctuaciones de temperatura causadas por el exceso de refrigeración o la disipación de calor ambiental);

Cuando la temperatura real = temperatura establecida: el instrumento de control de temperatura cierra el sistema de refrigeración y calefacción o mantiene un funcionamiento de baja potencia y mantiene la temperatura estable.

Control de precisión: los instrumentos de control de temperatura de los equipos de alta calidad utilizan el algoritmo de ajuste EIP (proporcional - integral - diferencial), que puede ajustar automáticamente la Potencia de refrigeración / calefacción de acuerdo con el tamaño de la desviación de temperatura y la velocidad de cambio, evitando el "exceso" o "subducción" de la temperatura, logrando una temperatura constante de alta precisión de ± 0,1 ° c o incluso ± 0,01 ° c.

3. proceso circular (garantía de uniformidad)

La función del sistema de circulación es hacer que el medio de conducción térmica en el baño fluya uniformemente y evitar diferencias de temperatura locales:

Después del arranque de la bomba de circulación, se promueve la formación de circulación forzada de medios conductores de calor en el interior del tanque de baño (algunos equipos apoyan la circulación interna, la circulación externa o el cambio de circulación interna y externa);

Circulación interna: el medio fluye en el interior del tanque de baño, manteniendo la temperatura consistente en todas las áreas del tanque (como la parte inferior, el centro, cerca de la pared del tanque), asegurando que los contenedores de reacción, muestras, etc. colocados en el tanque se calientan / enfrían uniformemente;

Circulación externa: algunos equipos pueden transportar medios de baja temperatura a equipos externos (como reactores y piscinas de muestras) a través de tuberías, proporcionando un ambiente de baja temperatura y temperatura constante para equipos externos, y luego el medio regresa al baño para lograr el enfriamiento vinculado de varios equipos.

III. principios auxiliares clave

Función de los medios conductores de calor: no se puede agregar agua directamente en el baño (se congelará a baja temperatura), se deben utilizar medios conductores de calor específicos (por ejemplo, etanol o mezcla de etanol - agua de uso común por debajo de - 50 ° c, mezcla de Etilenglicol - etanol de uso común por debajo de - 100 ° c o aceite de silicona de baja temperatura especial), su función es transmitir calor, y tiene las características de punto de congelación bajo, alta eficiencia térmica y buena estabilidad química, para garantizar que no se congele a baja temperatura, no se volatilice y transmita la capacidad de refrigeración de manera estable;

Principio de aislamiento térmico: el material de aislamiento térmico en la capa exterior del revestimiento interior puede reducir la conducción de calor y la convección térmica, reducir el intercambio de calor entre el medio de baja temperatura en la ranura y el entorno externo (evitar que el calor externo entre en la ranura y provoque un aumento de la temperatura), lo que no sólo Mejora la estabilidad de la temperatura constante, sino que también reduce la carga de trabajo del sistema de refrigeración y ahorra energía;

Principio de protección de seguridad: el equipo suele estar equipado con múltiples funciones de protección de seguridad, como protección contra sobrecarga (corte automático de energía cuando el compresor, el tubo de calefacción está sobrecargado), protección de bajo nivel (detener la refrigeración / calefacción cuando el Medio es insuficiente para evitar quemaduras secas o daños en el equipo), protección contra sobretemperatura (alarma y parada cuando La temperatura excede el rango de seguridad) para garantizar la seguridad del funcionamiento del equipo.

resumen

　　Baño de reacción a baja temperatura y temperatura constanteLa lógica de trabajo central es: lograr el enfriamiento del medio conductor térmico a través del sistema de refrigeración por compresión, ajustar con precisión la Potencia de refrigeración / calefacción a través del sistema de control de temperatura eip, garantizar la temperatura uniforme del medio a través del sistema de circulación, y luego cooperar con el sistema de aislamiento térmico para reducir la pérdida de calor, y finalmente proporcionar un ambiente de temperatura constante de baja temperatura estable, uniforme y de alta precisión para experimentos o producción. Su esencia es la sinergia de "refrigeración de cambio de fase + control de temperatura de circuito cerrado + ciclo obligatorio", que resuelve el problema del control preciso de la temperatura en entornos de baja temperatura.