电热恒温培养箱与水温培养箱稳定性和均匀性的比较
1 前言
科学研究实践中,众所周知恒温培养箱的温度稳定程度和温度分布的均匀程度都会直接影响科学实验的准确性,因而我们对于不同类型的恒温培养箱进行了一系列的动态观测和分析研究工作,并用于指导科学实验。
我们用精密温度计、测温热电偶和852OA数字多用表对大型隔水式恒温培养箱(工作室尺寸为500x500x60mm,功率660w,以下简称为隔水箱)和浙江托普仪器生产的DNP-9052型电热恒温培养箱(工作室尺寸350x350x410~,功率200w,以下简称为电热箱)内相同位置上的10个点,进行了全面、系统的动态观测,其观测结果如下。
2 动态观测结果
2.1 用额定的温度范围(36士0.5℃)为标准,与两种培养箱的平均温度曲线相比较,尽管这两种恒温箱的温度曲线全部都在额定温度范围内,但是相比之下隔水箱的温度曲线比电热箱的要平稳些(图示),这说明前者的平均温度较后者稳定。
2.2 在同一观测时点里,将两种恒温箱内温度的离散度相比较。隔水箱内温度的变异系数Cv.全部小于电热箱的变异系数Cv,、这说明前者温度的均匀程度优于后者。
2.3 就同一种恒温箱内部上层温度的离散度与下层温度的离散度比较而言,这两种恒温箱有一个共同的特点,即都是上层温度的变异系数CV.全部小于下层温度的变异系数cv,这说明上层温度的均匀程度均优于下层。
2.4 电热箱内,上层平均温度低于下层平均温度(p<0.05)。
2.5 隔水式箱内,上层平均温度略高于下层平均温度(p<0.05)。
3 讨论
综上所述,隔水箱温度的恒定程度和均匀程度均优于大电热箱。造成上述结果差异的原因是:制造这两种大型恒温箱的材料不同,构造也有差异。
3.1 隔水箱的内层箱壁是用导热性能良好的紫铜制成的,而电热箱的内壁箱壁是用导热性能较差的钢制成的。紫铜的导热系数比锹大6倍。
3.2 隔水箱紫铜制成的夹壁内装满了导热性能较好的水,而电热箱没有夹层箱壁,也没有水来传导热量,仅靠导热性能较差的空气来传导热能。水的导热系数比空气大25倍。
因此,使隔水箱底部热源产生的热量能通过导热性能良好的紫铜和水以及空气较迅速均匀地传导到箱内各处。而电热箱的热传导媒介是导热性能较差的钢和空气,故其热传导速度受到较大的限制,因而前者的温度均匀程度优于后者。
3.3 由于水的比热比空气大5倍,隔水式箱的总热容量比电热箱大2倍,故前者的热稳定性优于后者。
3.4 隔水式箱的上层温度略高于下层,电热箱的下层温度高于上层的原因是由热传播的三种方式—传导、辐射和对流的规律所决定的。尽管两者的热源都安装在箱底部,但后者热传导媒介的导热性远不如前者,因而箱底部产生的热量不能迅速传导到箱的上层。
其次,上层比下层离热源远,热辐射的热量随距离的增加会减少,因而上层受到的热辐射量少,温度就低。再次热传播的第三种方式—对流也相应受到了一定限制,因而电热恒温箱下层温度高于上层。
反之,隔水箱三种热传播方式均优于电热箱,因而前者温度的均匀程度优于后者,加之热的对流具有冷降热升的规律,因而造成大隔水式恒温箱上层温度略高于下层。
4 建议
在对于温度的稳定性和均匀性要求较高的科学实验中,为减小系统误差,提高实验精度,应该注意以下几个问题:
(1)尽量采用性能优良的隔水箱,避免使用电热箱。
(2)由于上层温度的均匀度都优于下层,实验中应尽量把标本放置在上层。
(3)如果上、下两层均须放置实验标本,则应该在上、下两层同时分别设置对照标本。
(4)由于这两种大恒温箱温度高低分布呈现相反的特点,且差别程度也不一样,因而在分析有关的实验结果时,也应该相应予以考虑。
