恒溫混勻儀校準裝置的設計和驗證

摘 要：文章簡單介紹了恒溫混勻儀結構和用途。詳細闡述了其校準裝置的設計，以及對所設計的校準裝置的技術指標進行驗證。

關鍵詞：恒溫混勻儀；校準裝置；校準

1 概述

恒溫混勻儀是樣品孵化、催化、混勻以及保存等反應過程的自動化工具。它控溫精度高，制樣平行性好，用以替代傳統的水浴裝置， 可廣泛應用于各種樣品的培養、保存和反應，應用行業遍及醫藥、化工、食品安全、質檢、環境等。

恒溫混勻儀按照其結構和用途的不同又被稱為恒溫振蕩器、恒溫孵育器、恒溫金屬浴、干式恒溫器等。它的工作原理是采用了直流無刷電機以及微處理技術結合智能化PID 控制能夠在達到目標溫度后快速的保持穩定，并使用金屬等溫塊來保證孔間溫度的均一性。對于ph值、酶的活性、微生物生長與存活等，溫度都是重要的影響因素。所以恒溫混勻儀溫度參數的準確性對實驗結果有著巨大的影響。其技術指標如下：

控溫范圍：-10℃～100℃

溫度均勻性：±（0.3～1.0）℃

溫度穩定性：±（0.3～1.0）℃

溫度顯示分辨率：0.1℃或1℃

2 校準裝置的設計

各行業在使用恒溫混勻儀時，對其實際溫度、溫度均勻度、溫度波動度都有不同的要求。另外這三項也是各種溫度類計量器具都比較關注的項目。因此恒溫混勻儀校準裝置的校準項目就包括這三項。

以前常規使用的都是T型或K型熱電偶，此類傳感器的優點是反應迅速，使用方便，經濟實惠，缺點是準確性較差。隨著恒溫混勻儀技術指標的提高，已經不符合校準要求了。第二是鉑熱電阻，優點是準確性高，缺點是反應慢。第三是熱敏電阻，相比熱電偶和鉑電阻，熱敏電阻溫度計優點：體積小、反應快、使用方便，適合的量程和準確性。為了保證測試精度和適應模塊大小，計劃采用熱敏電阻當做測溫傳感器。

而針對傳感器的外型，將原有的熱電偶前端小等溫塊的結構加以改進。將鋁制外殼掏空，將熱敏電阻埋入其中，用導熱硅膠填充封裝。

經過對各個廠商生產的恒溫混勻儀的技術資料的查找，發現恒溫混勻儀的試管孔尺寸是直徑（6～40）mm，深度則需要分情況，直徑（6～10）mm深度是20mm，直徑（12～40）mm的深度則是40mm。為了實用以及經濟性考慮，希望傳感器的規格尺寸盡可能少，于是根據深度不同，選取6mm 以及12mm 作為傳感器的外形尺寸。

3 設計的驗證

3.1 不同空隙大小對溫度校準的影響

在初步確定的傳感器種類和外形結構后，需要通過實驗來分析它們的適用范圍。

為了進行實驗，制作了2個包括以上各直徑尺寸的金屬等溫塊，孔深分別為20mm和40mm，將其放入恒溫槽來模擬恒溫混勻儀的溫度環境。

首先進行測試的是直徑6mm傳感器， 在我們將它分別放入了管深20mm直徑6mm、 8mm、 10mm、 12mm試管孔中。選取-10℃、50℃以及100℃進行試驗，等待溫度穩定后，試驗數據列表如表1。

由表1可見，對于直徑6mm，以及8mm的試管孔，6mm傳感器的測量誤差<0.1℃；10mm試管孔在加入棉花后，測量誤差<0.1℃；12mm試管孔測總是>0.1℃。

然后進行測試的是直徑12mm傳感器，將它分別放入了管深40mm直徑12mm、 16mm、 20mm、 26mm試管孔中。選取-10℃、50℃以及100℃進行試驗，等待溫度穩定后，試驗數據列表如表2。

由表2可見，直徑12mm、16mm的試管孔，12mm傳感器的測量誤差<0.1℃；20mm試管孔在加入棉花后，測量誤差<0.1℃；26mm試管孔測總是>0.1℃。

3.2 傳感器放入不同深度對溫度校準的影響

雖然現有的恒溫混勻儀沒有孔深20mm直徑（13～40）的試管孔，但為了測試傳感器放入不同深度對溫度校準的影響，還是在等溫塊上預留了模擬用的試管孔。并將直徑12mm的傳感器放入其中進行了測試，數據列表如表3。

由表3可見，直徑≥12mm、孔深20mm的試管孔中，只有12mm的試管孔對于12mm的傳感器測量誤差在0.1℃以內。

4 結束語

通過以上實驗和相關分析，此2種規格的傳感器適用于校準常規的恒溫混勻儀，測量誤差都在0.1℃以內。于是將熱敏電阻制作2組每組6個傳感器。尺寸分別為直徑6mm高8mm以及直徑12mm高20mm。將傳感器連入數據采集器，并聯通電腦；將其分度表輸入電腦，制成自動測試軟件。這樣就建立了一套恒溫混勻儀校準系統。可以校準混勻儀的溫度誤差、均勻性和穩定性。

參考文獻

[1]JCJ/E111025.1/0-2006.基因擴增儀（PCR儀）校準規范[S].

[2]JJF 1030-2010.恒溫槽技術性能測試規范[S].

[3]JJFXXX-XXXX.聚合酶鏈式反應分析儀校準規范（審定稿）[S].

[4]李麗娜，邵敏權，馬慶峰.淺談嵌入式系統的現狀及發展[J].長春工業大學學報（自然科學版），2004（2）.

[5]張立群，李東海，唐多元，等.基于參數穩定空間的PID控制器設計[J].清華大學學報（自然科學版），2004（2）.

[6]白美卿，高富強.關于爐溫動態特性的分析[J].冶金自動化，1994（4）.

作者簡介：朱毅晨（1985-），男，上海人，學歷：本科，工作單位：上海市計量測試技術研究院。