恒温箱温度计量性能参数的调优

李群芳

摘 要：恒温箱是常见的环境温度实验设备，提供实验所需的环境温度。由于恒温箱的使用年限一般较长，长期的使用过程中，温度计量的性能会受到环境及其他因素的影响出现相应的参数改变，当恒温箱温度计量的性能参数出现偏差时，就无法满足对于恒定温度的要求，恒温箱也就不能正常进行工作。文章简要论述了导致恒温箱温度计量性能出现偏差的原因，通过对原因的分析，针对性的提出相应的解决措施，为恒温箱温度计量性能的调节提供理论依据，进而保证恒温箱的稳定性能以及对温度控制的准确度。

关键词：恒温箱；温度计量；参数；调优

恒温箱常见于科学实验、医学化验、食品成分研究以及化学研究等专业研究领域，为其提供恒定温度，从而满足实验对于环境的要求[1]。由于恒温箱能够在较长一段时间里提供一个温度恒定的实验环境，在这样的环境中放置实验样品，或者进行一系列的实验操作，进而得出化验样本的各项参数。由于环境温度不便，可以将温度因素排除在外，由此得出的参数更加接近样品本身的性状，实验的结果也更加具有科学性。但是随着相关技术的完善，对于检测结果的精度要求也愈发严苛，对实验环境的控制也更加严谨。在长期的实验过程中，由于受到周围环境的影响，或者自身设备的老化，会出现恒温箱温度计量参数失准的现象，再加上恒温箱调温过程对于能量的消耗较大，调控当时也比较落后，恒温箱的温度计量参数都会发生改变，如何保证恒温箱参数满足实验需要，是当前亟待解决的问题。

1 单一参数模式调优

单一参数模式调优是指恒温箱在使用过程中，发现某一参数的变化超出允许变化的范围，这种情况下需要对出现问题的参数单独进行调整。

1.1 对温度的偏差值进行调优

偏差值是指恒温箱在稳定运行的状态下，其显示的温度的平均值与实际测得的温度之间的偏差大小[2]。造成恒温箱偏差失准的原因主要有：测温探头故障造成实际测得的温度存在偏差；恒温箱的显示程序出现故障不能正取确显示测量温度[3]；测温探头设置的位置不恰当，测得的温度与恒温箱中心点温度之间的差值较大，故此恒温箱的实际温度与实验要求温度出现偏差；温控仪表示值出现较大误差。根据造成偏差值过大的以上原因进行相应的调整：根据实验需要更换高精度的测温探头，降低测量误差；对温控仪显示温度的修正值进行适当调整，还可以优化修正温度变化曲线使偏差值控制在变化范围之内；在不影响实验样本的检测的情况下，将测温探头尽量放置在接近恒温箱的中心位置，或者通过改变恒温箱内网格搁架板位置改善箱内空气循环状态进而使恒温箱内各个位置上的温度尽可能保持一致。

1.2 对温度的波动度进行调优

温度波动度是指恒温箱在稳定运行的状态下，箱内中心点温度随时间发生变化的量值标示[4]。造成恒温箱出现波动度异常的原因主要有：恒温箱自身对于温度的控制质量不佳，造成波动的不规律变化；电加热功率匹配度较低。根据以上原因的应对措施有：根据PID参数整定的相关标准结合相关工作的实践经验[5]，选择适宜的PID值，也可以利用恒温箱启动仪表的自我调整功能，自动选定PID值，以此实现减小温度波动幅度、使示温曲线保持一个较为平滑状态的目的；调整电加热功率，使其为匹配功率，对可以进行加热功率调整的恒温箱，可以通过改变设定值的方式减小调温波动的幅度，保证温度控制的稳定性。

1.3 对温度的均匀度进行调优

温度均匀度是指恒温箱在稳定运行的状态下，一定时间内，多次测量的箱内实际最高温度与最低温度之间的平均差值[6]，导致均匀度偏差较大的原因有：恒温箱内部的热对流情况不佳，造成局部温度失常；箱内强制对流功能受到影响，不能正常发挥作用。恒温箱内温度的均匀度是由箱内空气流通状况决定的，所以调整其均匀度的根本思想是加强箱内空气流通具体操作如下：在自然对流的恒温箱内，可以设置大网格的搁架板，或者清理空气流通的通道，加装强制对流装置，改善恒温箱内部的空气流通状况；对于采用风扇调节空气流通状态的恒温箱应先检查风扇装置是否能够正常工作，如果风扇存在异常应及时进行修复或者更换。

2 多参数模式综合调优

多参数综合调优是指恒温箱温度计量性能中发现两个或者两个以上参数出现异常，此时需要根究实际情况进行多参数的综合调优，以保证恒温箱能够正常使用。恒温箱的三个计量性能参数之间存在一定的关联性，所以在某一参数出现偏差时，很有可能会对其他两个参数产生影响，根据这一特点，在对恒温箱计量参数进行调优时，一般按照先调整温度的均匀度，之后调整其温度的波动度，最后调整温度的偏差度这一顺序进行综合调优。具体到实际操作中为：先将恒温箱内各部分的温度差值调小，使其均匀度保证在一个适当的浮动范围之内，并根据温度均匀度整定PID值，随后对波动度进行调优，减小恒温箱内的温度波动幅度，最后对箱内温度的偏差度进行调优，保证显示温度与箱内实际温度之间的差值在允许范围之内。

3 进行参数调优过程的注意事项

在对恒温箱进行调优过程中还应根据恒温箱的实际情况以及具体实验要求进行恒温箱温度计量性能参数的调优工作：首先，在调优工作开展过程中应先从简单的工作入手，循序渐进的完成相应参数的调优，此外，在调整过程中，不仅在操作的难易程度上存在差异、在调控成本、调控程度的復杂程度上也都存在较大差别，所以在调优工作中，应先对问题产生的原因进行分析，再进行针对性较强的调优程序。其次，对于恒温箱计量性能参数测量应保证在其空载的情况下进行，负载条件下测量的参数不具有代表性，因此不能根据负载条件下的测量结果对参数进行调整。在对恒温箱温度计量参数进行调整时，如果温度偏差度在调优之后仍然未能达到要求，可以将温度偏差值提供给客户使其进行温度设定值以及温度显示值的调整，此时的恒温箱可以利用修正值继续使用，但是如果温度的均匀度以及波动度仍不满足需要，就不建议该恒温箱再继续使用。最后，在加装强制对流风扇改善箱内空气流通状况时，应根据恒温箱的大小以及实际需要选择功率适当的风扇装置，保证风扇在运行过程中，不会对检测样品造成影响。此外，还需根据实际工作情况选择具有耐高温或者耐潮湿性能的风扇。

4 结束语

本文根据对造成恒温箱温度计量性能参数发生改变的原因进行析，相应的总结出恒温箱温度的控制方法以及进行参数调节的相关步骤。通过完善温度调节方法，提升了恒温箱整体的稳定性以及对温度控制的精准度，提升了恒温箱的工作效率，也降低了噪声对于温度调节的干扰。与此同时，通过对于参数的调优过程使得输入功率保持连续变化，所以加热元件能够保持一个较为平缓的运行过程，相应的减小了对于元件自身的损伤，延长相关元件的使用寿命。对于温度的控制也更加灵敏、精准。通过合理的温控调节办法能够优化恒温箱温度计量的性能参数，对于提升相关实验的科学性及精准度具有重要意义。

参考文献

[1]高峰.高精度恒温箱测控系统的优化设计[D].合肥工业大学，2010.

[2]宋佳 ，潘攀，李斌，等.一种恒温箱快速自适应控制方法[C].//2015国防无线电电学计量与测试学术交流会论文集，2015：253-256.

[3]宋佳 ，潘攀，李斌，等.一种恒温箱快速自适应控制方法[J].宇航计测技术，2015，35（5）：50-53.

[4]李颖.0℃恒温器装置的设计[J].品牌与标准化，2015（9）：75-76.

[5]程美枫.干燥箱温度测量中系统误差的分析[J].科技创新与应用，2014（20）：297.

[6]孙宏健，李文军，高猛，等.一种数字温度计的设计和校准[J].中国计量大学学报，2016，27（4）：400-405.