超低溫恒溫槽是一種關鍵的實驗設備,廣泛應用于科研機構、高校實驗室、企業研發中心等多個領域。它通過一系列復雜的技術和工藝,實現了在極低溫度下的穩定控制,為各種對溫度要求苛刻的實驗提供了理想的環境。
一、原理
超低溫恒溫槽的原理基于熱傳導原理,通過循環流動的低溫液體來控制設備的溫度。它主要由低溫液體、加熱器、傳感器、循環泵和控制系統等組成。加熱器用于提供熱量,傳感器用于檢測溫度,循環泵用于使低溫液體循環流動,控制系統則用于調節溫度。
在超低溫恒溫槽中,低溫液體通常是液氮或液氦等低沸點物質,通過蒸發吸熱來降低溫度。加熱器通過電熱絲加熱液體,使液體蒸發吸收熱量。傳感器檢測溫度并通過控制系統調節電熱絲的加熱功率,以保持恒定的溫度。循環泵則將低溫液體從容器中抽出,經過加熱器再回到容器中,形成循環流動,使溫度更加均勻穩定。
二、制冷系統的核心技術
制冷系統是超低溫恒溫槽實現低溫的關鍵。常見的制冷系統有兩種:機械壓縮式制冷系統和液氮制冷系統。
機械壓縮式制冷系統:這一系統主要由壓縮機、蒸發器、冷凝器和節流閥等組成。壓縮機將低溫低壓的制冷劑吸入,通過壓縮變為高溫高壓的氣體。隨后,氣體進入蒸發器與外界熱量交換,降低內膽中的溫度。制冷劑以液態形式進入冷凝器,釋放熱量并轉化為氣態,最后通過節流閥回到壓縮機重新循環。
液氮制冷系統:液氮具有極低的溫度,利用這一特性可以降低內膽中的溫度。液氮在接觸樣品時會迅速蒸發并帶走樣品周圍的熱量,從而實現快速制冷。
三、特點
1、超低溫度:能夠在極低的溫度下工作,最低可達到-150℃左右,能夠滿足各種低溫實驗的需求。
2、高精度控制:采用先進的溫度控制系統,能夠實現高精度的溫度控制,溫度波動小,穩定性高。
3、循環流動:低溫液體能夠循環流動,使溫度更加均勻穩定,避免了局部溫度過高或過低的現象。
4、操作簡便:操作簡單方便,用戶可以根據需要設定溫度,并可實時監測溫度變化。
5、可靠性高:具有較高的可靠性,能夠長時間穩定運行,適用于各種科研和生產環境。
三、應用
1、低溫物理實驗:如研究物質的超導性、量子相變等現象。
2、超導材料制備:超導材料需要在極低的溫度下進行制備和加工,超低溫恒溫槽為其提供了可靠的低溫環境。
3、生物樣本保存:如精子、胚胎等,能夠在低溫條件下保持樣本的活力和穩定性。
4、制冷設備測試:可用于測試制冷設備的性能和可靠性,為其研發和生產提供支持。
5、其他領域:超低溫恒溫槽還可應用于能源、環保、航空航天等領域中的低溫實驗和測試。