循环恒温器,也常被称为恒温循环器或循环水浴,是一种用于控制和维持液体(通常是水或专用导热液)温度,并通过泵使该液体循环流动的实验设备。
它的核心作用是提供一个稳定、均匀且可控的温度环境,用于对烧杯、烧瓶、反应釜等容器中的样品进行加热、冷却或恒温。
一、核心组成部分与工作原理
恒温浴槽:盛放导热介质(水或油)的容器。
加热系统:通常是大功率的电加热管,用于加热介质。
制冷系统(非所有型号都有):类似于冰箱的压缩机制冷系统,用于冷却介质。具备制冷功能的型号通常被称为加热制冷循环恒温器。
温度控制系统:
高精度温度传感器(如PT100铂电阻):实时监测介质温度。
微处理器控制器:接收传感器的信号,与用户设定的目标温度进行比较,并通过PID算法(比例-积分-微分)智能地控制加热或制冷系统的功率输出,以实现快速、稳定且无超调的温度控制。
循环泵:将槽内恒温后的介质泵出,通过软管连接到外部需要控温的设备(如反应釜夹套、层析柱夹套),进行热交换后再回流到槽内,形成一个闭合的循环回路。
二、主要特点
高精度控温:温控精度可达±0.01℃甚至更高,稳定性极好。
温度范围宽:根据所用介质和机器配置,范围可以从-80℃(使用乙醇等低温液体和强力压缩机)到+300℃(使用高温硅油)以上。
出色的温度均匀性:循环泵迫使液体流动,消了静态浴槽中的温度分层,确保整个系统温度高度均匀。
多种功能集成:现代循环恒温器通常具备多种功能,如过热保护、低液位保护、定时、程序升温/降温等。
三、主要类型
开放式循环恒温器:
带有一个开放的浴槽,既可以作为传统的恒温水浴锅使用(将样品直接浸入槽中),也可以通过接口连接外部设备进行循环。
优点:用途灵活。
缺点:介质暴露在空气中,易蒸发、氧化和污染。
密闭式循环恒温器:
浴槽是密闭的,介质与空气隔绝。
优点:减少了介质蒸发和氧化,更清洁,易于达到更高或更低的温度。是目前更主流的类型。
缺点:不能直接浸入样品,必须通过外部循环。
加热型 vs. 加热制冷型:
加热型:只能加热和恒温,通常用于室温以上的实验。
加热制冷型:既能加热也能制冷,应用范围更广,可以从低温到高温全程控温。
四、主要应用领域
循环恒温器是科研和工业实验室的“万能”温度管理工具,应用极其广泛:
化学合成:为化学反应釜、玻璃反应器提供热源或冷源。
分析仪器配套:
旋转蒸发仪:冷凝器冷阱的冷却。
折光仪、粘度计、旋光仪:维持样品仓恒温。
卡尔费休水分测定仪:维持滴定杯温度。
光谱仪(NMR、XRD等):为超导磁体或X射线管冷却(通常使用专用超纯水恒温器)。
生物与制药:
为发酵罐、生物反应器控温。
层析实验:为层析柱提供恒温,保证分离效果。
酶反应、细胞培养等生命科学实验。
材料测试:为万能试验机、流变仪等的样品环境箱提供温控。
工业过程:为小型工业设备,如激光器、模具、挤出机等提供冷却。
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