Banho de reação de baixa temperatura(também conhecido como banheiro de baixa temperatura, banheiro de baixa temperatura) é o equipamento central usado em laboratório e produção industrial para fornecer um ambiente de baixa temperatura constante, amplamente utilizado em reações químicas, refrigeração de amostras, testes de materiais e outros cenários, seu princípio de trabalho gira em torno de "refrigeração - controle de temperatura - ciclo" três principais laços, através de sinergia multi-sistema para alcançar efeitos de baixa temperatura precisos e estáveis, como segue:

I. Sistema de Composição Central

Para entender o princípio de funcionamento, primeiro identifique os componentes-chave do equipamento, a divisão do trabalho de vários sistemas para completar a função de termostato de baixa temperatura:

Sistema de refrigeração: o núcleo é o circuito de refrigeração por compressão (semelhante ao princípio de refrigeração do frigorífico), incluindo o compressor, o condensador, os componentes de redução de fluxo (capilares / válvulas de expansão), os quatro principais componentes do evaporador, alguns equipamentos serão equipados com estruturas de refrigeração auxiliares (por exemplo, refrigeração a ar / refrigeração a água);

Sistema de aquecimento: geralmente um tubo de aquecimento elétrico (ou placa de aquecimento), usado para ajustar a temperatura, compensar o desvio de temperatura causado pelo excesso de refrigeração e garantir a precisão da termostata;

Sistema de controle de temperatura: composto por sensores de temperatura (como a resistência de platina PT100, termopar), termometros (PLC ou termocontrolador especial), é o "cérebro" do dispositivo, responsável pela detecção de temperatura e a emissão de instruções;

Sistema de circulação: contém bomba de circulação, tubulação de circulação, bile interna da banheira, para que o meio condutor térmico dentro da banheira (como etanol, solução de água de etanol, óleo de silício, etc.) flua uniformemente para garantir a temperatura uniforme em todas as áreas da banheira;

Sistema de isolamento: a camada interna e externa envolve materiais de isolamento (como espuma de poliuretano, algodão de rocha), reduzindo a troca de calor entre as baixas temperaturas do tanque e o ambiente externo, reduzindo o consumo de energia e melhorando a estabilidade termostática.

Fluxo de trabalho principal (refrigeração + controle de temperatura + sinergia de ciclo)

Processo de refrigeração (núcleo de refrigeração)

O sistema de refrigeração é a chave para a realização da "baixa temperatura", com base no princípio do "ciclo de refrigeração por compressão de vapor", o resfriamento é alcançado através da absorção de calor por mudança de fase do refrigerante:

Primeiro passo: o compressor comprime o gás refrigerante de baixa temperatura e baixa pressão (refrigerante comum como R404A, R134a) em gás de alta temperatura e alta pressão, aumentando o nível de energia do refrigerante;

Segunda etapa: gás refrigerante de alta temperatura e alta pressão entra no condensador (refrigerado por ar ou água), após a liberação de calor condensado como refrigerante líquido de alta pressão;

Terceiro passo: após o refrigerante líquido de alta pressão passar pelo elemento de redução (capilar / válvula de expansão), a pressão cai e se transforma em refrigerante névoa de baixa temperatura e baixa pressão (processo de mudança de fase);

Quarto passo: refrigerante de névoa de baixa temperatura entra no evaporador (o evaporador entra em contato com a bile interna da banheira ou incorpora a camada interna da bile), absorve o calor do meio condutor térmico dentro da banheira e se evapora como gás, enquanto a temperatura do meio condutor térmico continua a diminuir;

5º passo: O gás refrigerante evaporado retorna ao compressor para completar o ciclo, o que permite um resfriamento contínuo repetidamente.

2. Processo de controle de temperatura (núcleo de termostato de precisão)

O sistema de controle de temperatura é controlado em circuito fechado por meio de "Detecção - Contraste - Ajuste" para garantir a estabilidade da temperatura nos valores definidos:

Detecção de temperatura: um sensor de temperatura, como o PT100, capta a temperatura real do meio condutor térmico dentro da banheira em tempo real e converte o sinal de temperatura em sinal elétrico para o termometro;

Contraste de sinal: o termometro compara a temperatura real com a temperatura objetivo definida pelo usuário para determinar se é necessário refrigeração ou aquecimento;

Quando a temperatura real> definir a temperatura: o termometro emite instruções para iniciar o sistema de refrigeração e reduzir a temperatura do meio;

Quando a temperatura real é inferior à temperatura definida: o termometro emite instruções para iniciar o sistema de aquecimento (tubo de aquecimento elétrico) e aumentar a temperatura do meio (compensar as flutuações de temperatura causadas pelo excesso de refrigeração ou resfriamento ambiental);

Quando a temperatura real = temperatura definida: o termometro desliga o sistema de refrigeração e aquecimento ou mantém operações de baixa potência para manter a temperatura estável.

Controle de precisão: o instrumento de controle de temperatura de equipamentos de alta qualidade usa o algoritmo de regulação PID (proporção - integral - diferencial), que ajusta automaticamente a potência de refrigeração / aquecimento de acordo com o tamanho do desvio de temperatura e a taxa de mudança, evitando o "excesso" (excedendo os valores definidos) ou o "insuficiência" da temperatura, alcançando um termostato de alta precisão de ± 0,1 ° C e até ± 0,01 ° C.

Processo cíclico (garantia da uniformidade)

O papel do sistema de circulação é permitir que o meio condutor térmico flua uniformemente dentro da banheira, evitando diferenças de temperatura locais:

Após a inicialização da bomba de circulação, o meio condutor térmico na bile interna da banheira é empurrado para formar um ciclo forçado (alguns equipamentos suportam o ciclo interno, o ciclo externo ou a comutação de ciclo interno e externo);

Ciclo interno: o meio flui dentro da vasca de banho para manter a temperatura uniforme em todas as áreas da vasca (por exemplo, fundo, centro, perto da parede da vasca) para garantir que os recipientes de reação, amostras e outros colocados na vasca sejam aquecidos / resfriados uniformemente;

Ciclo externo: alguns equipamentos podem transportar mídia de baixa temperatura para equipamentos externos (por exemplo, reatores, piscinas de amostras) através de tubulações, fornecendo um ambiente termostato de baixa temperatura para equipamentos externos, depois que o mídia retorna à banheira para alcançar o resfriamento de ligação de vários equipamentos.

Principios principais de auxílio

Função do meio condutor térmico: a banheira não pode adicionar água diretamente (a baixa temperatura vai congelar), o uso de um meio condutor térmico específico (como - 50 ° C ou etanol comum - mistura de água, -100 ° C ou mistura de etanol comum - etanol ou óleo de silício especial de baixa temperatura), o seu papel é a transferência de calor, e tem baixa temperatura de congelamento, alta eficiência de condução térmica, boas características de estabilidade química, para garantir que a baixa temperatura não congele, não volátil, transferência estável de refrigeração;

Princípio de isolamento: o material de isolamento da camada interna e externa pode reduzir a condução térmica e a convecção térmica, reduzir a troca de calor entre os meios de baixa temperatura do tanque e o ambiente externo (evitar que o calor externo entre no tanque e cause aumento da temperatura), melhorando a estabilidade termostática e reduzindo a carga de trabalho do sistema de refrigeração, economizando o consumo de energia;

Princípio de proteção de segurança: o dispositivo geralmente é equipado com múltiplas funções de proteção de segurança, como proteção contra sobrecarga (o compressor, o tubo de aquecimento se desliga automaticamente quando sobrecarregado), proteção contra baixos níveis de líquido (para o resfriamento / aquecimento quando o meio é insuficiente, para evitar queima seca ou danos ao equipamento), proteção contra sobretemperatura (alarme e parada quando a temperatura excede a faixa de segurança), para garantir o funcionamento seguro do equipamento.

Resumo

　　Banho de reação de baixa temperaturaA lógica de trabalho principal é: alcançar o resfriamento do meio condutor térmico através do sistema de refrigeração por compressão, ajustar com precisão a potência de refrigeração / aquecimento através do sistema de controle de temperatura PID, garantir a temperatura uniforme do meio através do sistema de circulação e, em seguida, reduzir a perda de calor em conjunto com o sistema de isolamento, e, finalmente, fornecer um ambiente estável, uniforme e de alta precisão de baixa temperatura para experimentação ou produção. Sua essência é a sinergia de "refrigeração de mudança de fase + temperatura de controle de ciclo fechado + ciclo forçado", resolvendo o problema do controle preciso da temperatura em ambientes de baixa temperatura.