電熱恒溫培養(yǎng)箱與水溫培養(yǎng)箱穩(wěn)定性和均勻性的比較

　　1 前言

　　科學(xué)研究實(shí)踐中,眾所周知恒溫培養(yǎng)箱的溫度穩(wěn)定程度和溫度分布的均勻程度都會(huì)直接影響科學(xué)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性,因而我們對(duì)于不同類型的恒溫培養(yǎng)箱進(jìn)行了一系列的動(dòng)態(tài)觀測(cè)和分析研究工作,并用于指導(dǎo)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

　　我們用精密溫度計(jì)、測(cè)溫?zé)犭娕己?52OA數(shù)字多用表對(duì)大型隔水式恒溫培養(yǎng)箱(工作室尺寸為500x500x60mm,功率660w,以下簡(jiǎn)稱為隔水箱)和浙江托普儀器生產(chǎn)的DNP-9052型電熱恒溫培養(yǎng)箱(工作室尺寸350x350x410~,功率200w,以下簡(jiǎn)稱為電熱箱)內(nèi)相同位置上的10個(gè)點(diǎn),進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)觀測(cè),其觀測(cè)結(jié)果如下。

　　2 動(dòng)態(tài)觀測(cè)結(jié)果

　　2.1 用額定的溫度范圍(36士0.5℃)為標(biāo)準(zhǔn),與兩種培養(yǎng)箱的平均溫度曲線相比較,盡管這兩種恒溫箱的溫度曲線全部都在額定溫度范圍內(nèi),但是相比之下隔水箱的溫度曲線比電熱箱的要平穩(wěn)些(圖示),這說(shuō)明前者的平均溫度較后者穩(wěn)定。

　　2.2 在同一觀測(cè)時(shí)點(diǎn)里,將兩種恒溫箱內(nèi)溫度的離散度相比較。隔水箱內(nèi)溫度的變異系數(shù)Cv.全部小于電熱箱的變異系數(shù)Cv,、這說(shuō)明前者溫度的均勻程度優(yōu)于后者。

　　2.3 就同一種恒溫箱內(nèi)部上層溫度的離散度與下層溫度的離散度比較而言,這兩種恒溫箱有一個(gè)共同的特點(diǎn),即都是上層溫度的變異系數(shù)CV.全部小于下層溫度的變異系數(shù)cv,這說(shuō)明上層溫度的均勻程度均優(yōu)于下層。

　　2.4 電熱箱內(nèi),上層平均溫度低于下層平均溫度(p<0.05)。

　　2.5 隔水式箱內(nèi),上層平均溫度略高于下層平均溫度(p<0.05)。

　　3 討論

　　綜上所述,隔水箱溫度的恒定程度和均勻程度均優(yōu)于大電熱箱。造成上述結(jié)果差異的原因是:制造這兩種大型恒溫箱的材料不同,構(gòu)造也有差異。

　　3.1 隔水箱的內(nèi)層箱壁是用導(dǎo)熱性能良好的紫銅制成的,而電熱箱的內(nèi)壁箱壁是用導(dǎo)熱性能較差的鋼制成的。紫銅的導(dǎo)熱系數(shù)比鍬大6倍。

　　3.2 隔水箱紫銅制成的夾壁內(nèi)裝滿了導(dǎo)熱性能較好的水,而電熱箱沒(méi)有夾層箱壁,也沒(méi)有水來(lái)傳導(dǎo)熱量,僅靠導(dǎo)熱性能較差的空氣來(lái)傳導(dǎo)熱能。水的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大25倍。

　　因此,使隔水箱底部熱源產(chǎn)生的熱量能通過(guò)導(dǎo)熱性能良好的紫銅和水以及空氣較迅速均勻地傳導(dǎo)到箱內(nèi)各處。而電熱箱的熱傳導(dǎo)媒介是導(dǎo)熱性能較差的鋼和空氣,故其熱傳導(dǎo)速度受到較大的限制,因而前者的溫度均勻程度優(yōu)于后者。

　　3.3 由于水的比熱比空氣大5倍,隔水式箱的總熱容量比電熱箱大2倍,故前者的熱穩(wěn)定性優(yōu)于后者。

　　3.4 隔水式箱的上層溫度略高于下層,電熱箱的下層溫度高于上層的原因是由熱傳播的三種方式—傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流的規(guī)律所決定的。盡管兩者的熱源都安裝在箱底部,但后者熱傳導(dǎo)媒介的導(dǎo)熱性遠(yuǎn)不如前者,因而箱底部產(chǎn)生的熱量不能迅速傳導(dǎo)到箱的上層。

　　其次,上層比下層離熱源遠(yuǎn),熱輻射的熱量隨距離的增加會(huì)減少,因而上層受到的熱輻射量少,溫度就低。再次熱傳播的第三種方式—對(duì)流也相應(yīng)受到了一定限制,因而電熱恒溫箱下層溫度高于上層。

　　反之,隔水箱三種熱傳播方式均優(yōu)于電熱箱,因而前者溫度的均勻程度優(yōu)于后者,加之熱的對(duì)流具有冷降熱升的規(guī)律,因而造成大隔水式恒溫箱上層溫度略高于下層。

　　4 建議

　　在對(duì)于溫度的穩(wěn)定性和均勻性要求較高的科學(xué)實(shí)驗(yàn)中,為減小系統(tǒng)誤差,提高實(shí)驗(yàn)精度,應(yīng)該注意以下幾個(gè)問(wèn)題:

　　(1)盡量采用性能優(yōu)良的隔水箱,避免使用電熱箱。

　　(2)由于上層溫度的均勻度都優(yōu)于下層,實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡量把標(biāo)本放置在上層。

　　(3)如果上、下兩層均須放置實(shí)驗(yàn)標(biāo)本,則應(yīng)該在上、下兩層同時(shí)分別設(shè)置對(duì)照標(biāo)本。

　　(4)由于這兩種大恒溫箱溫度高低分布呈現(xiàn)相反的特點(diǎn),且差別程度也不一樣,因而在分析有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí),也應(yīng)該相應(yīng)予以考慮。