恒溫箱溫度計量性能參數(shù)的調(diào)優(yōu)

李群芳

摘 要：恒溫箱是常見的環(huán)境溫度實(shí)驗(yàn)設(shè)備，提供實(shí)驗(yàn)所需的環(huán)境溫度。由于恒溫箱的使用年限一般較長，長期的使用過程中，溫度計量的性能會受到環(huán)境及其他因素的影響出現(xiàn)相應(yīng)的參數(shù)改變，當(dāng)恒溫箱溫度計量的性能參數(shù)出現(xiàn)偏差時，就無法滿足對于恒定溫度的要求，恒溫箱也就不能正常進(jìn)行工作。文章簡要論述了導(dǎo)致恒溫箱溫度計量性能出現(xiàn)偏差的原因，通過對原因的分析，針對性的提出相應(yīng)的解決措施，為恒溫箱溫度計量性能的調(diào)節(jié)提供理論依據(jù)，進(jìn)而保證恒溫箱的穩(wěn)定性能以及對溫度控制的準(zhǔn)確度。

關(guān)鍵詞：恒溫箱；溫度計量；參數(shù)；調(diào)優(yōu)

恒溫箱常見于科學(xué)實(shí)驗(yàn)、醫(yī)學(xué)化驗(yàn)、食品成分研究以及化學(xué)研究等專業(yè)研究領(lǐng)域，為其提供恒定溫度，從而滿足實(shí)驗(yàn)對于環(huán)境的要求[1]。由于恒溫箱能夠在較長一段時間里提供一個溫度恒定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在這樣的環(huán)境中放置實(shí)驗(yàn)樣品，或者進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)操作，進(jìn)而得出化驗(yàn)樣本的各項(xiàng)參數(shù)。由于環(huán)境溫度不便，可以將溫度因素排除在外，由此得出的參數(shù)更加接近樣品本身的性狀，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也更加具有科學(xué)性。但是隨著相關(guān)技術(shù)的完善，對于檢測結(jié)果的精度要求也愈發(fā)嚴(yán)苛，對實(shí)驗(yàn)環(huán)境的控制也更加嚴(yán)謹(jǐn)。在長期的實(shí)驗(yàn)過程中，由于受到周圍環(huán)境的影響，或者自身設(shè)備的老化，會出現(xiàn)恒溫箱溫度計量參數(shù)失準(zhǔn)的現(xiàn)象，再加上恒溫箱調(diào)溫過程對于能量的消耗較大，調(diào)控當(dāng)時也比較落后，恒溫箱的溫度計量參數(shù)都會發(fā)生改變，如何保證恒溫箱參數(shù)滿足實(shí)驗(yàn)需要，是當(dāng)前亟待解決的問題。

1 單一參數(shù)模式調(diào)優(yōu)

單一參數(shù)模式調(diào)優(yōu)是指恒溫箱在使用過程中，發(fā)現(xiàn)某一參數(shù)的變化超出允許變化的范圍，這種情況下需要對出現(xiàn)問題的參數(shù)單獨(dú)進(jìn)行調(diào)整。

1.1 對溫度的偏差值進(jìn)行調(diào)優(yōu)

偏差值是指恒溫箱在穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)下，其顯示的溫度的平均值與實(shí)際測得的溫度之間的偏差大小[2]。造成恒溫箱偏差失準(zhǔn)的原因主要有：測溫探頭故障造成實(shí)際測得的溫度存在偏差；恒溫箱的顯示程序出現(xiàn)故障不能正取確顯示測量溫度[3]；測溫探頭設(shè)置的位置不恰當(dāng)，測得的溫度與恒溫箱中心點(diǎn)溫度之間的差值較大，故此恒溫箱的實(shí)際溫度與實(shí)驗(yàn)要求溫度出現(xiàn)偏差；溫控儀表示值出現(xiàn)較大誤差。根據(jù)造成偏差值過大的以上原因進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整：根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要更換高精度的測溫探頭，降低測量誤差；對溫控儀顯示溫度的修正值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，還可以優(yōu)化修正溫度變化曲線使偏差值控制在變化范圍之內(nèi)；在不影響實(shí)驗(yàn)樣本的檢測的情況下，將測溫探頭盡量放置在接近恒溫箱的中心位置，或者通過改變恒溫箱內(nèi)網(wǎng)格擱架板位置改善箱內(nèi)空氣循環(huán)狀態(tài)進(jìn)而使恒溫箱內(nèi)各個位置上的溫度盡可能保持一致。

1.2 對溫度的波動度進(jìn)行調(diào)優(yōu)

溫度波動度是指恒溫箱在穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)下，箱內(nèi)中心點(diǎn)溫度隨時間發(fā)生變化的量值標(biāo)示[4]。造成恒溫箱出現(xiàn)波動度異常的原因主要有：恒溫箱自身對于溫度的控制質(zhì)量不佳，造成波動的不規(guī)律變化；電加熱功率匹配度較低。根據(jù)以上原因的應(yīng)對措施有：根據(jù)PID參數(shù)整定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合相關(guān)工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[5]，選擇適宜的PID值，也可以利用恒溫箱啟動儀表的自我調(diào)整功能，自動選定PID值，以此實(shí)現(xiàn)減小溫度波動幅度、使示溫曲線保持一個較為平滑狀態(tài)的目的；調(diào)整電加熱功率，使其為匹配功率，對可以進(jìn)行加熱功率調(diào)整的恒溫箱，可以通過改變設(shè)定值的方式減小調(diào)溫波動的幅度，保證溫度控制的穩(wěn)定性。

1.3 對溫度的均勻度進(jìn)行調(diào)優(yōu)

溫度均勻度是指恒溫箱在穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)下，一定時間內(nèi)，多次測量的箱內(nèi)實(shí)際最高溫度與最低溫度之間的平均差值[6]，導(dǎo)致均勻度偏差較大的原因有：恒溫箱內(nèi)部的熱對流情況不佳，造成局部溫度失常；箱內(nèi)強(qiáng)制對流功能受到影響，不能正常發(fā)揮作用。恒溫箱內(nèi)溫度的均勻度是由箱內(nèi)空氣流通狀況決定的，所以調(diào)整其均勻度的根本思想是加強(qiáng)箱內(nèi)空氣流通具體操作如下：在自然對流的恒溫箱內(nèi)，可以設(shè)置大網(wǎng)格的擱架板，或者清理空氣流通的通道，加裝強(qiáng)制對流裝置，改善恒溫箱內(nèi)部的空氣流通狀況；對于采用風(fēng)扇調(diào)節(jié)空氣流通狀態(tài)的恒溫箱應(yīng)先檢查風(fēng)扇裝置是否能夠正常工作，如果風(fēng)扇存在異常應(yīng)及時進(jìn)行修復(fù)或者更換。

2 多參數(shù)模式綜合調(diào)優(yōu)

多參數(shù)綜合調(diào)優(yōu)是指恒溫箱溫度計量性能中發(fā)現(xiàn)兩個或者兩個以上參數(shù)出現(xiàn)異常，此時需要根究實(shí)際情況進(jìn)行多參數(shù)的綜合調(diào)優(yōu)，以保證恒溫箱能夠正常使用。恒溫箱的三個計量性能參數(shù)之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，所以在某一參數(shù)出現(xiàn)偏差時，很有可能會對其他兩個參數(shù)產(chǎn)生影響，根據(jù)這一特點(diǎn)，在對恒溫箱計量參數(shù)進(jìn)行調(diào)優(yōu)時，一般按照先調(diào)整溫度的均勻度，之后調(diào)整其溫度的波動度，最后調(diào)整溫度的偏差度這一順序進(jìn)行綜合調(diào)優(yōu)。具體到實(shí)際操作中為：先將恒溫箱內(nèi)各部分的溫度差值調(diào)小，使其均勻度保證在一個適當(dāng)?shù)母臃秶畠?nèi)，并根據(jù)溫度均勻度整定PID值，隨后對波動度進(jìn)行調(diào)優(yōu)，減小恒溫箱內(nèi)的溫度波動幅度，最后對箱內(nèi)溫度的偏差度進(jìn)行調(diào)優(yōu)，保證顯示溫度與箱內(nèi)實(shí)際溫度之間的差值在允許范圍之內(nèi)。

3 進(jìn)行參數(shù)調(diào)優(yōu)過程的注意事項(xiàng)

在對恒溫箱進(jìn)行調(diào)優(yōu)過程中還應(yīng)根據(jù)恒溫箱的實(shí)際情況以及具體實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行恒溫箱溫度計量性能參數(shù)的調(diào)優(yōu)工作：首先，在調(diào)優(yōu)工作開展過程中應(yīng)先從簡單的工作入手，循序漸進(jìn)的完成相應(yīng)參數(shù)的調(diào)優(yōu)，此外，在調(diào)整過程中，不僅在操作的難易程度上存在差異、在調(diào)控成本、調(diào)控程度的復(fù)雜程度上也都存在較大差別，所以在調(diào)優(yōu)工作中，應(yīng)先對問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，再進(jìn)行針對性較強(qiáng)的調(diào)優(yōu)程序。其次，對于恒溫箱計量性能參數(shù)測量應(yīng)保證在其空載的情況下進(jìn)行，負(fù)載條件下測量的參數(shù)不具有代表性，因此不能根據(jù)負(fù)載條件下的測量結(jié)果對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在對恒溫箱溫度計量參數(shù)進(jìn)行調(diào)整時，如果溫度偏差度在調(diào)優(yōu)之后仍然未能達(dá)到要求，可以將溫度偏差值提供給客戶使其進(jìn)行溫度設(shè)定值以及溫度顯示值的調(diào)整，此時的恒溫箱可以利用修正值繼續(xù)使用，但是如果溫度的均勻度以及波動度仍不滿足需要，就不建議該恒溫箱再繼續(xù)使用。最后，在加裝強(qiáng)制對流風(fēng)扇改善箱內(nèi)空氣流通狀況時，應(yīng)根據(jù)恒溫箱的大小以及實(shí)際需要選擇功率適當(dāng)?shù)娘L(fēng)扇裝置，保證風(fēng)扇在運(yùn)行過程中，不會對檢測樣品造成影響。此外，還需根據(jù)實(shí)際工作情況選擇具有耐高溫或者耐潮濕性能的風(fēng)扇。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)對造成恒溫箱溫度計量性能參數(shù)發(fā)生改變的原因進(jìn)行析，相應(yīng)的總結(jié)出恒溫箱溫度的控制方法以及進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)的相關(guān)步驟。通過完善溫度調(diào)節(jié)方法，提升了恒溫箱整體的穩(wěn)定性以及對溫度控制的精準(zhǔn)度，提升了恒溫箱的工作效率，也降低了噪聲對于溫度調(diào)節(jié)的干擾。與此同時，通過對于參數(shù)的調(diào)優(yōu)過程使得輸入功率保持連續(xù)變化，所以加熱元件能夠保持一個較為平緩的運(yùn)行過程，相應(yīng)的減小了對于元件自身的損傷，延長相關(guān)元件的使用壽命。對于溫度的控制也更加靈敏、精準(zhǔn)。通過合理的溫控調(diào)節(jié)辦法能夠優(yōu)化恒溫箱溫度計量的性能參數(shù)，對于提升相關(guān)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性及精準(zhǔn)度具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]高峰.高精度恒溫箱測控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

[2]宋佳 ，潘攀，李斌，等.一種恒溫箱快速自適應(yīng)控制方法[C].//2015國防無線電電學(xué)計量與測試學(xué)術(shù)交流會論文集，2015：253-256.

[3]宋佳 ，潘攀，李斌，等.一種恒溫箱快速自適應(yīng)控制方法[J].宇航計測技術(shù)，2015，35（5）：50-53.

[4]李穎.0℃恒溫器裝置的設(shè)計[J].品牌與標(biāo)準(zhǔn)化，2015（9）：75-76.

[5]程美楓.干燥箱溫度測量中系統(tǒng)誤差的分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（20）：297.

[6]孫宏健，李文軍，高猛，等.一種數(shù)字溫度計的設(shè)計和校準(zhǔn)[J].中國計量大學(xué)學(xué)報，2016，27（4）：400-405.