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关于加热型磁力搅拌器加热问题的探讨

2015-01-16

加热型磁力搅拌器主要应用于化学合成、分析化学和生命科学领域。对于加热功能，客户往往比较关注的加热速度、控制温度过冲和维持温度稳定性的能力，但加热速度和控制温度过冲是一对不可调和的矛盾，尤其是在开放的环境中针对不同介质、不同体积的应用，这对矛盾显得更加难以平衡。为了能够适应更多客户不同应用的需求，全球的该类产品生产商都采用了类似的折中的控制方法------允许第一次达到目标温度时有一定程度的温度过冲，之后不再允许有任何大幅度温度过冲，并且尽快形成只在目标温度附近非常小的震荡（如图1所示），这也必然导致了这类产品在同时追求加热速度和控制温度过冲时，无法达到十分完美的标准。

图 1 温度控制示意图

我们分别利用水和硅油作为被加热介质，在同一温度条件下，进行加热实验，所得实验结果如图2-4所示。

图2

图3

图4

由实验结果可以看出：

与水相比，同样实验条件下，使用硅油作为被加热介质到达目标温度所需的时间较短，过冲温度较大，这是因为水的比热容(4.2 x 10³ J/Kg)大于硅油的比热容(20℃时，硅油比热容为2.49 x 10³ J/Kg)，在吸收相同热量的情况下，比热容较小的物质散热慢，温升较快，升温幅度较大。
目标温度分别设置在40℃和80℃的情况下，使用硅油作为加热介质达到目标温度所需时间差较小，而使用水作为加热介质所需时间差较大，这是因为随着温度的升高，硅油的比热容还会变小，当温度达到100℃，硅油的比热容降低至1.63 x 10³ J/Kg)，而水的比热容基本不变，相同加热条件下，比热容越小的被加热介质，升温越快。
同样的实验条件下，分别利用两种体积的水和两种体积的硅油作为加热介质，体积越小，达到目标温度所需时间越短，温度过冲越大。

一般情况下，环境温度、容器表面积/体积、被加热介质比热容、室内气流大小、目标温度与外环境温差等都会对加热速度、控制温度过冲和维持温度稳定性产生影响，因此，对于部分研究人员严格要求控制第一次温度过冲，建议用户在应用中可以采用以下两种方式：（1）待被加热介质温度稳定后放置样品；（2）将加热温度设置为低于目标温度约10℃左右，待温度稳定后，再将设置温度逐渐调至所需的目标温度值。
而对于另一部分研究人员要求快速达到目标温度，并不计较第一次温度过冲时，建议用户在应用中采用另外两种方式：（1）在加热过程中采用一些保温措施，如加上盖子等；（2）将设置温度值设置高于目标值，待被加热介质接近目标温度时，降低设置温度到目标值。
另外，为了达到最佳的热传递效果，建议用户：（1）尽量使用与仪器盘面尺寸大小相近的容器；（2）尽量保证容器底面与加热盘面完全贴合。

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