恒溫箱溫度計量性能參數的調優

李群芳

摘 要：恒溫箱是常見的環境溫度實驗設備，提供實驗所需的環境溫度。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境及其他因素的影響出現相應的參數改變，當恒溫箱溫度計量的性能參數出現偏差時，就無法滿足對于恒定溫度的要求，恒溫箱也就不能正常進行工作。文章簡要論述了導致恒溫箱溫度計量性能出現偏差的原因，通過對原因的分析，針對性的提出相應的解決措施，為恒溫箱溫度計量性能的調節提供理論依據，進而保證恒溫箱的穩定性能以及對溫度控制的準確度。

關鍵詞：恒溫箱；溫度計量；參數；調優

恒溫箱常見于科學實驗、醫學化驗、食品成分研究以及化學研究等專業研究領域，為其提供恒定溫度，從而滿足實驗對于環境的要求[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驗環境，在這樣的環境中放置實驗樣品，或者進行一系列的實驗操作，進而得出化驗樣本的各項參數。由于環境溫度不便，可以將溫度因素排除在外，由此得出的參數更加接近樣品本身的性狀，實驗的結果也更加具有科學性。但是隨著相關技術的完善，對于檢測結果的精度要求也愈發嚴苛，對實驗環境的控制也更加嚴謹。在長期的實驗過程中，由于受到周圍環境的影響，或者自身設備的老化，會出現恒溫箱溫度計量參數失準的現象，再加上恒溫箱調溫過程對于能量的消耗較大，調控當時也比較落后，恒溫箱的溫度計量參數都會發生改變，如何保證恒溫箱參數滿足實驗需要，是當前亟待解決的問題。

1 單一參數模式調優

單一參數模式調優是指恒溫箱在使用過程中，發現某一參數的變化超出允許變化的范圍，這種情況下需要對出現問題的參數單獨進行調整。

1.1 對溫度的偏差值進行調優

偏差值是指恒溫箱在穩定運行的狀態下，其顯示的溫度的平均值與實際測得的溫度之間的偏差大小[2]。造成恒溫箱偏差失準的原因主要有：測溫探頭故障造成實際測得的溫度存在偏差；恒溫箱的顯示程序出現故障不能正取確顯示測量溫度[3]；測溫探頭設置的位置不恰當，測得的溫度與恒溫箱中心點溫度之間的差值較大，故此恒溫箱的實際溫度與實驗要求溫度出現偏差；溫控儀表示值出現較大誤差。根據造成偏差值過大的以上原因進行相應的調整：根據實驗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行適當調整，還可以優化修正溫度變化曲線使偏差值控制在變化范圍之內；在不影響實驗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網格擱架板位置改善箱內空氣循環狀態進而使恒溫箱內各個位置上的溫度盡可能保持一致。

1.2 對溫度的波動度進行調優

溫度波動度是指恒溫箱在穩定運行的狀態下，箱內中心點溫度隨時間發生變化的量值標示[4]。造成恒溫箱出現波動度異常的原因主要有：恒溫箱自身對于溫度的控制質量不佳，造成波動的不規律變化；電加熱功率匹配度較低。根據以上原因的應對措施有：根據PID參數整定的相關標準結合相關工作的實踐經驗[5]，選擇適宜的PID值，也可以利用恒溫箱啟動儀表的自我調整功能，自動選定PID值，以此實現減小溫度波動幅度、使示溫曲線保持一個較為平滑狀態的目的；調整電加熱功率，使其為匹配功率，對可以進行加熱功率調整的恒溫箱，可以通過改變設定值的方式減小調溫波動的幅度，保證溫度控制的穩定性。

1.3 對溫度的均勻度進行調優

溫度均勻度是指恒溫箱在穩定運行的狀態下，一定時間內，多次測量的箱內實際最高溫度與最低溫度之間的平均差值[6]，導致均勻度偏差較大的原因有：恒溫箱內部的熱對流情況不佳，造成局部溫度失常；箱內強制對流功能受到影響，不能正常發揮作用。恒溫箱內溫度的均勻度是由箱內空氣流通狀況決定的，所以調整其均勻度的根本思想是加強箱內空氣流通具體操作如下：在自然對流的恒溫箱內，可以設置大網格的擱架板，或者清理空氣流通的通道，加裝強制對流裝置，改善恒溫箱內部的空氣流通狀況；對于采用風扇調節空氣流通狀態的恒溫箱應先檢查風扇裝置是否能夠正常工作，如果風扇存在異常應及時進行修復或者更換。

2 多參數模式綜合調優

多參數綜合調優是指恒溫箱溫度計量性能中發現兩個或者兩個以上參數出現異常，此時需要根究實際情況進行多參數的綜合調優，以保證恒溫箱能夠正常使用。恒溫箱的三個計量性能參數之間存在一定的關聯性，所以在某一參數出現偏差時，很有可能會對其他兩個參數產生影響，根據這一特點，在對恒溫箱計量參數進行調優時，一般按照先調整溫度的均勻度，之后調整其溫度的波動度，最后調整溫度的偏差度這一順序進行綜合調優。具體到實際操作中為：先將恒溫箱內各部分的溫度差值調小，使其均勻度保證在一個適當的浮動范圍之內，并根據溫度均勻度整定PID值，隨后對波動度進行調優，減小恒溫箱內的溫度波動幅度，最后對箱內溫度的偏差度進行調優，保證顯示溫度與箱內實際溫度之間的差值在允許范圍之內。

3 進行參數調優過程的注意事項

在對恒溫箱進行調優過程中還應根據恒溫箱的實際情況以及具體實驗要求進行恒溫箱溫度計量性能參數的調優工作：首先，在調優工作開展過程中應先從簡單的工作入手，循序漸進的完成相應參數的調優，此外，在調整過程中，不僅在操作的難易程度上存在差異、在調控成本、調控程度的復雜程度上也都存在較大差別，所以在調優工作中，應先對問題產生的原因進行分析，再進行針對性較強的調優程序。其次，對于恒溫箱計量性能參數測量應保證在其空載的情況下進行，負載條件下測量的參數不具有代表性，因此不能根據負載條件下的測量結果對參數進行調整。在對恒溫箱溫度計量參數進行調整時，如果溫度偏差度在調優之后仍然未能達到要求，可以將溫度偏差值提供給客戶使其進行溫度設定值以及溫度顯示值的調整，此時的恒溫箱可以利用修正值繼續使用，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使用。最后，在加裝強制對流風扇改善箱內空氣流通狀況時，應根據恒溫箱的大小以及實際需要選擇功率適當的風扇裝置，保證風扇在運行過程中，不會對檢測樣品造成影響。此外，還需根據實際工作情況選擇具有耐高溫或者耐潮濕性能的風扇。

4 結束語

本文根據對造成恒溫箱溫度計量性能參數發生改變的原因進行析，相應的總結出恒溫箱溫度的控制方法以及進行參數調節的相關步驟。通過完善溫度調節方法，提升了恒溫箱整體的穩定性以及對溫度控制的精準度，提升了恒溫箱的工作效率，也降低了噪聲對于溫度調節的干擾。與此同時，通過對于參數的調優過程使得輸入功率保持連續變化，所以加熱元件能夠保持一個較為平緩的運行過程，相應的減小了對于元件自身的損傷，延長相關元件的使用壽命。對于溫度的控制也更加靈敏、精準。通過合理的溫控調節辦法能夠優化恒溫箱溫度計量的性能參數，對于提升相關實驗的科學性及精準度具有重要意義。

參考文獻

[1]高峰.高精度恒溫箱測控系統的優化設計[D].合肥工業大學，2010.

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

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

[4]李穎.0℃恒溫器裝置的設計[J].品牌與標準化，2015（9）：75-76.

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

[6]孫宏健，李文軍，高猛，等.一種數字溫度計的設計和校準[J].中國計量大學學報，2016，27（4）：400-405.