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仙桃市儒廷化工有限公司
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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
 
作為化學實驗里最常見的身影---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,在實際應用里,客戶經常發現儀器控溫不準的現象,可以表現為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。為此,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®為全球用戶提供品種豐富的磁力攪拌器產品組合,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-積分-微分,是基于錯誤信號生成控制信號的三個控制條件。在一些應用中僅需要運用一或兩個條件來生成適當的系統控制。P (比例)控制可以提供穩定的處理溫度但時常也會有在設定溫度和實際溫度之間產生誤差的情況。I (積分)控制顯示系統的穩態誤差并將消除設定溫度和實際測得溫度之間的誤差。對很多應用而言,P + I控制以其良好的穩定性和達到設定溫度的準確性就已經可以滿足應用需求了。D(微分)控制通常用于快速變化過程輸出的處理。

例如,你對某一液體樣品加熱到設定溫度后停止加熱。如果樣品溫度慢慢降低,PI 控制會立即產生作用對樣品輕微加熱。這樣看來似乎樣品的溫度不會產生任何波動,但實際上控制器可以感應到這些輕微的溫度波動。如果你往樣品中加入冰水,溫度變化會非常迅速。D 控制將會對這些快速的溫度作出響應直到樣品溫度達到設定值。因此,樣品設定溫度將不會產生太大的偏差且最終的微調是通過 PI 控制來實現的。由此可見,通過P , I 和 D 三個控制條件的調節可以實現快速精確控溫。


IKA®可提供的帶PID控溫,精確性可高達±0.5℃,該產品系列有:
 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銹鋼兩種,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,使用不銹鋼浴鍋加熱,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,使用不銹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油浴鍋1L  Ident No:2829400H1000鋁鍋 1LIdent No:4444401

H1500不銹鋼鍋1.5L Ident No:4444503   H3000鋁鍋3L Ident No:4444505
 
三、加熱介質-推薦低粘度硅油控溫
一般磁力攪拌器的加熱介質有水和導熱油,而化學實驗室里使用硅油較為常見,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。

而市售的硅油,化學名稱聚二甲基硅氧烷,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,并可在-50℃~+200℃下長期使用,如果用于磁力攪拌器的控溫,為達到精確控溫的效果,應該選擇哪種粘度的硅油更合適呢?下面是我們根據不同粘度的硅油所做的測試。

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,低粘度的硅油控溫效果非常理想,這是因為低粘度的硅油流動性更好,更有利于溫度均一性。如使用過高粘度的硅油,在溫升過程中可能會導致一定的溫沖,并且在后期溫度穩定過程中,控溫偏差相對來說比低粘硅油大。
 
四、攪拌速度-推薦IKA PTFE磁力攪拌子攪拌,增強控溫流體溫度傳遞
下圖為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,并且在后期溫度穩定過程中,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,為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,為你實驗數據準確性,可靠性保駕護航。
 

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