電熱恒溫培養箱與水溫培養箱穩定性和均勻性的比較

　　1 前言

　　科學研究實踐中,眾所周知恒溫培養箱的溫度穩定程度和溫度分布的均勻程度都會直接影響科學實驗的準確性,因而我們對于不同類型的恒溫培養箱進行了一系列的動態觀測和分析研究工作,并用于指導科學實驗。

　　我們用精密溫度計、測溫熱電偶和852OA數字多用表對大型隔水式恒溫培養箱(工作室尺寸為500x500x60mm,功率660w,以下簡稱為隔水箱)和浙江托普儀器生產的DNP-9052型電熱恒溫培養箱(工作室尺寸350x350x410~,功率200w,以下簡稱為電熱箱)內相同位置上的10個點,進行了全面、系統的動態觀測,其觀測結果如下。

　　2 動態觀測結果

　　2.1 用額定的溫度范圍(36士0.5℃)為標準,與兩種培養箱的平均溫度曲線相比較,盡管這兩種恒溫箱的溫度曲線全部都在額定溫度范圍內,但是相比之下隔水箱的溫度曲線比電熱箱的要平穩些(圖示),這說明前者的平均溫度較后者穩定。

　　2.2 在同一觀測時點里,將兩種恒溫箱內溫度的離散度相比較。隔水箱內溫度的變異系數Cv.全部小于電熱箱的變異系數Cv,、這說明前者溫度的均勻程度優于后者。

　　2.3 就同一種恒溫箱內部上層溫度的離散度與下層溫度的離散度比較而言,這兩種恒溫箱有一個共同的特點,即都是上層溫度的變異系數CV.全部小于下層溫度的變異系數cv,這說明上層溫度的均勻程度均優于下層。

　　2.4 電熱箱內,上層平均溫度低于下層平均溫度(p<0.05)。

　　2.5 隔水式箱內,上層平均溫度略高于下層平均溫度(p<0.05)。

　　3 討論

　　綜上所述,隔水箱溫度的恒定程度和均勻程度均優于大電熱箱。造成上述結果差異的原因是:制造這兩種大型恒溫箱的材料不同,構造也有差異。

　　3.1 隔水箱的內層箱壁是用導熱性能良好的紫銅制成的,而電熱箱的內壁箱壁是用導熱性能較差的鋼制成的。紫銅的導熱系數比鍬大6倍。

　　3.2 隔水箱紫銅制成的夾壁內裝滿了導熱性能較好的水,而電熱箱沒有夾層箱壁,也沒有水來傳導熱量,僅靠導熱性能較差的空氣來傳導熱能。水的導熱系數比空氣大25倍。

　　因此,使隔水箱底部熱源產生的熱量能通過導熱性能良好的紫銅和水以及空氣較迅速均勻地傳導到箱內各處。而電熱箱的熱傳導媒介是導熱性能較差的鋼和空氣,故其熱傳導速度受到較大的限制,因而前者的溫度均勻程度優于后者。

　　3.3 由于水的比熱比空氣大5倍,隔水式箱的總熱容量比電熱箱大2倍,故前者的熱穩定性優于后者。

　　3.4 隔水式箱的上層溫度略高于下層,電熱箱的下層溫度高于上層的原因是由熱傳播的三種方式—傳導、輻射和對流的規律所決定的。盡管兩者的熱源都安裝在箱底部,但后者熱傳導媒介的導熱性遠不如前者,因而箱底部產生的熱量不能迅速傳導到箱的上層。

　　其次,上層比下層離熱源遠,熱輻射的熱量隨距離的增加會減少,因而上層受到的熱輻射量少,溫度就低。再次熱傳播的第三種方式—對流也相應受到了一定限制,因而電熱恒溫箱下層溫度高于上層。

　　反之,隔水箱三種熱傳播方式均優于電熱箱,因而前者溫度的均勻程度優于后者,加之熱的對流具有冷降熱升的規律,因而造成大隔水式恒溫箱上層溫度略高于下層。

　　4 建議

　　在對于溫度的穩定性和均勻性要求較高的科學實驗中,為減小系統誤差,提高實驗精度,應該注意以下幾個問題:

　　(1)盡量采用性能優良的隔水箱,避免使用電熱箱。

　　(2)由于上層溫度的均勻度都優于下層,實驗中應盡量把標本放置在上層。

　　(3)如果上、下兩層均須放置實驗標本,則應該在上、下兩層同時分別設置對照標本。

　　(4)由于這兩種大恒溫箱溫度高低分布呈現相反的特點,且差別程度也不一樣,因而在分析有關的實驗結果時,也應該相應予以考慮。