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前處理應用技巧系列之:加熱磁力攪拌器如何實現精確控溫

德國IKA®艾卡前處理應用技巧系列之磁力攪拌器
--加熱磁力攪拌器如何實現精確控溫
 
作爲化學實驗裏最常見的身影---磁力攪拌器,相信大家都非常熟悉,一般的磁力攪拌器具有攪拌和加熱兩個作用,攪拌可以使反應物混合均勻,使溫度均一,加熱可以加快反應速度,或者蒸發速度,縮短反應時間,由于其方便性及通用性,深受實驗者的喜愛。

然而,在實際應用裏,客戶經常發現儀器控溫不准的現象,可以表現爲在快速升溫過程中樣品溫度過沖,即超出所設定的控制溫度,或者整個控溫過程中樣品溫度時高時低,控溫偏差較大,又或者實際溫度達不到設定溫度。
 
德國IKA®艾卡觀點及應用推薦:
經驗證明,樣品介質能達到的控溫精度除了硬件要素,即儀器性能外,還取決于盤面溫度、容器材質、溶液容量、溶液熱容性、攪拌速度、環境溫度、氣流等。爲此,IKA應用中心根據上述影響控溫精度的關鍵要素進行了一系列的測試。

一、硬件方面-推薦帶PID控溫技術的磁力攪拌器
IKA®爲全球用戶提供品種豐富的磁力攪拌器産品組合,在熱處理技術上,出色的溫度控制PID控溫技術,可有效保證對樣品的控溫精確性。

PID 代表比例-积分-微分,是基于错误信号生成控制信号的三个控制条件。在一些应用中仅需要运用一或两个条件来生成适当的系统控制。P (比例)控制可以提供稳定的处理温度但时常也会有在设定温度和实际温度之间产生误差的情况。I (积分)控制显示系统的稳态误差并将消除设定温度和实际测得温度之间的误差。对很多应用而言,P + I控制以其良好的稳定性和达到设定温度的准确性就已经可以满足应用需求了。D(微分)控制通常用于快速变化过程输出的处理。

例如,你对某一液体样品加热到设定温度后停止加热。如果样品温度慢慢降低,PI 控制会立即产生作用对样品轻微加热。这样看来似乎样品的温度不会产生任何波动,但实际上控制器可以感应到这些轻微的温度波动。如果你往样品中加入冰水,温度变化会非常迅速。D 控制将会对这些快速的温度作出响应直到样品温度达到设定值。因此,样品设定温度将不会产生太大的偏差且最终的微调是通过 PI 控制来实现的。由此可见,通过P , I 和 D 三个控制条件的调节可以实现快速精确控温。


IKA®可提供的帶PID控溫,精確性可高達±0.5℃,該産品系列有:
 RH digital        C-mag HS series      RCT basic          RET control
 
二、容器材質方面-根據具體應用條件選擇合適容器
目前市面上普遍使用較多的加熱容器有玻璃和不鏽鋼兩種,下圖示例是分別測試這兩種不同材質的容器的效果。

注:以上測試均在同等環境、設置條件下測定。

從上述效果圖可清晰看到,使用不鏽鋼浴鍋加熱,同樣的儀器功率和測試條件下,導熱介質最高溫度比玻璃容器可達到更高的溫度,另外在加熱溫升過程中,使用不鏽鋼浴鍋的升溫速率更快,而玻璃容器的升溫速率較慢,但這樣卻不容易造成溫沖的現象,應根據具體應用選擇合適的加熱容器。

IKA®可提供的多種浴鍋以適用客戶不同的應用:
H29油浴锅1L  Ident No:2829400H1000铝锅 1LIdent No:4444401

H1500不锈钢锅1.5L Ident No:4444503   H3000铝锅3L Ident No:4444505
 
三、加熱介質-推薦低粘度矽油控溫
一般磁力攪拌器的加熱介質有水和導熱油,而化學實驗室裏使用矽油較爲常見,由于其具有抗熱裂化和化學氧化的性能,傳熱效率好,散熱快,熱穩定性好的特點,被廣泛應用于各種有控溫需求的儀器上。

而市售的矽油,化學名稱聚二甲基矽氧烷,是一種無色透明的新型合成高分子材料,有多種不同的粘度(5cps~800萬cps),從極易流動的液體到稠厚的半固態物都有,並可在-50℃~+200℃下長期使用,如果用于磁力攪拌器的控溫,爲達到精確控溫的效果,應該選擇哪種粘度的矽油更合適呢?下面是我們根據不同粘度的矽油所做的測試。

注:以上測試均在同等環境、設置條件下測定。

從控溫效果圖可以看出,低粘度的矽油控溫效果非常理想,這是因爲低粘度的矽油流動性更好,更有利于溫度均一性。如使用過高粘度的矽油,在溫升過程中可能會導致一定的溫沖,並且在後期溫度穩定過程中,控溫偏差相對來說比低粘矽油大。
 
四、搅拌速度-推荐IKA PTFE磁力搅拌子搅拌,增强控温流体温度传递
下圖爲在帶攪拌和不帶攪拌的條件下進行的測定。
注:以上測試均在同等環境、設置條件下測定。

從控溫效果圖可以看出,充足的攪拌是實現精確控溫的有效途徑。如沒有足夠的攪拌狀態下,在溫升過程中可能會導致一定的溫沖,並且在後期溫度穩定過程中,控溫偏差相對來說比有充足攪拌的大。
 
IKA®可根據客戶不同類型的容器或應用提供多種選擇的磁力攪拌子:


綜上所述,爲更好地實現對加熱介質精確控溫,在充分攪拌條件下,選擇流動性能好的導熱介質,配合
IKA® PID技術控溫,爲你實驗數據准確性,可靠性保駕護航。