干燥箱、培养箱和水温箱的结构

南国知心

用途：干燥箱用于干燥物品或干热灭菌。其恒温调节范围，（50～200）℃(或（50～250）℃、（50～300）0C)；培养箱用于培养细菌等。其恒温调节范围：自高于室温起至60℃；水温箱用于间接恒温加热。其恒温调节范围；自高于室温起至65℃。上述三种箱体都是采用电来加热的，有时又将它们统称为电热箱。
    分类：干燥箱可分为普通式和鼓风式两种。后者在箱内装有一个电风扇，用以加快热空气的对流，使箱内温度均匀。同时使箱内物品蒸发的水蒸汽加速散逸到箱外的空气中，以提高干燥效率。
培养箱主要有直热式和隔水式两种：直热式用电热丝直接加热。隔水式培养箱的恒温室被水箱包围，通电后，加热的是水，利用热水的温度使箱内恒温，故为间接加热。这种培养箱，温度的上升或下降较为缓慢，更适合于细菌培养。
一、干燥箱的结构
      干燥箱又叫烤箱或烘箱。主要由箱体、电热器和温度控制系统三部分组成，老式干燥箱的结构如图12-1-1所示。近年生产的干燥箱在此基础上增加了了温度显示器及温度设置器。

1.箱壳 2.网状搁架 3.侧室门 4.温度控制器调节旋钮 5.电源插座 6.指示灯 7.鼓风机开关 8.转换开关 9.温度计 10.可调式排气窗 11.玻璃门 12.隔热保温门 13.盖动棒式温度控制器 14.内层铁板 15.鼓风机 16.电线孔 17.绝热材料（玻璃纤维或石棉板） 18.排气孔 19.恒温室 20.电热丝 21.排气孔
(一)箱体
1、箱壳：外壳用薄铁板(或薄钢板)制成。箱壁多分为三层(包括外壳)，三层铁板之间形成内外两个夹层，外夹层中填充绝热材料(玻璃纤维或石棉板)，内夹层作为热空气对流层。
2、恒温室：最内层铁板所围绕的空间叫做恒温室。室内有2～3层网状搁架，用于放置物品。温度控制器的感温部分（即感温探头）从左侧壁上伸入恒温室内。底部夹层中装有电热丝。
3、箱门：通常均为双重式。内门是玻璃门，用于在减少热量散失的情况下观察所烘烤的物品。外门用于隔热保温。
4、进、排气孔：底部或侧面有一进气孔，干燥空气由此进入。箱顶有一排气孔，在它的出口处装有可调式的排气窗，蒸汽由此逸出。排汽窗的中央插入一支温度计，用以指示箱内温度。
5、侧室：为控制室。一般设在箱体左边，与恒温室绝热隔开。其内安装有开关，指示灯、温度控制器，鼓风机等电器元件。打开侧室门，可以很方便地检修电热丝之外的电路。
也有的电热箱将控制室设置在箱体的下方。
(二)电热器   
    干燥箱的电热器通常由4根电热丝并联组成。电热丝均匀地盘绕在由耐火材料烧成的绝缘板上。一般分成二组，受转换开关控制。总功率为（2～4）kＷ，功率大的可达8 kＷ。功率愈大，箱体也愈大。
（三）温度控制系统
早期干燥箱上使用的温度控制系统，通常有差动棒式和水银温度计式两种。近年生产的干燥箱上使用的温度控制系统主要由温度传感器、温度控制电路、继电器、温度设置及温度显示部分组成。
二、、培养箱的结构
      培养箱的结构与干燥箱基本相同，从外形上看很难区别。仅有以下几点不同；
（一）隔水式培养箱的内夹层用铜皮制造，用于贮水，形成一个包围恒温室的水箱。这种结构的优点是：温度的上升或下降都比较缓慢，箱内温度均匀。缺点是：水箱的锡焊处有可能漏水，不便于修理。
(二)培养箱使用的电热器有下述两种：
l、直热式培养箱的电热器由多根电热丝串联而成。总功率较小(300～800瓦)，加热时，电热丝本身温度并不高(约800C左右)。
2、隔水式培养箱的电热器，多采用浸入式电热管，其结构如图12-1-2所示。这种电热管，通电前必须用水将它浸没，否则将会烧坏。
（三）为了防止隔水式电热管烧坏，有的培养箱还设有低水位报警保护装置。当槽内的水降至规定水位时，在发出声光报警的同时，还能自动切断电热管的电源。

1.接线柱 2.螺母 3.垫圈 4.绝缘垫片 5.环氧树脂充填层 6.固定螺母 7.橡胶石棉垫圈 8.容器壁 9.电热管座 10.管外套 11.氧化镁绝缘层 12.电热丝
三、水温箱的结构
      水温箱的外形如图12-1-3所示。它的箱壁只有两层，外壳为薄钢板，内壁为铜皮，夹层中填有绝热材料。侧室设在右边，内装开关，指示灯、温度控制器等电器元件。
水温箱的电热器，多采用浸入式电热管。温度控制系统也和前述两种相同。

四、温度控制器和温度控制电路
（一）、温度控制器
温度控制器简称温控元件。用来自动控制加热电路的通断，从而达到自动控制箱内温度的目的。
早期生产的上述三类电热器中常用的温度控制器有以下三种形式：
1、差动棒式温度控制器
这种温度控制器用在干燥箱上，灵敏度多为±1℃，其结构及所控制的电路如图12-1-4所示。
图12-1-4中1是铜管(伸入恒温室内)，管内有一根直径为3毫米的铟钢丝(旧式的用玻璃棒)，其右端通过顶棒4顶至动接点臂11的突尖上，以控制其接点的通断。弹簧5使得两接点臂总有一个向右的作用力。通电以前，只要调温旋钮没有旋至零位，两接点是闭合的。因此，当接通电源开关K后，电热丝即通过闭合的接点而与电源相接。于是，箱内温度不断上升。由于铜管的膨胀系数远比铟钢丝的大(它们的线胀系数的比值为1l：1)，虽然同样受热，但铜管相对伸长，带动铟钢丝向左移动，在弹簧5的弹力和臂11的杠杆作用下，顶棒4亦跟着向左移动，接点8则向右移动而断开，切断加热电路。待箱内温度下降，铜管又冷却而收缩，推动顶棒向右移动，又使接点闭合，加热电路再次接通。如此反复，即可使箱内恒温。

1.铜管 2.钢丝 3.螺帽 4.顶棒 5.弹簧 6.9.云母绝缘垫片 7.静止接点（可调接点） 8.动作接点（控制接点） 10.静接点臂 11.动接点臂 12.顶尖 13.螺母 14.弹簧 15.限位杆 16.固定螺钉 17.调节杆 K.电源开关
箱内温度的高低，可通过调节杆17来调节。调节杆上的螺纹是反向螺纹，当反时针方向旋转时，顶尖12上升，通过臂10的杠杆作用，使静接点7向左移动，这时只要箱内温度稍微上升，即可使接点8断开。反之，当调节杆按顺时针方向旋转时，顶尖12下降，接点7向右移动，紧紧压住接点8，这时，需要较高的温度，才能使接点断开。
在正常情况下，当调节杆按反时针方向旋到尽头时(此时，固定螺钉16被限位杆15限位)，两接点应刚好能打开。如果不合要求，可先将调节杆按反时针方向旋转到底，再把螺帽3松开，旋动铜管，使接点刚好离开时，再将螺帽3固紧即可。
从控制电路中可以看出以下两点：   
1、红灯与电热丝并联，白灯(或绿灯)并联在两接点上，加热时(接点闭合)红灯亮，白灯因被接点短路，所以不亮。停止加热时，接点断开，红灯和电热丝并联以后再与白灯串联接入电路，电热丝的阻值很小，相当于把红灯短路，电压几乎全部加在白灯两端，所以白灯亮而红灯不亮。两接点间并联一只电容器是为了减小接点通断时产生的电弧，以保护接点不致烧坏。
2、加热时，通过电热丝的电流全部通过接点，此电流很大。一般接点用银制造，其额定电流为5～10A。因此，单独使用这个控制器时，只能控制2千瓦以下的电热丝电路。否则，接点将被烧坏。为了解决这个问题，在大功率的烤箱上，装有适当容量的继电器。温度控制器只用来控制继电器线圈的通断。这时，通过温度控制器接点的电流很小，而被控制的电流可以很大。
2、螺旋管式温度控制器   
      这种温度控制器用在培养箱和水温箱上。其结构如图12-1-5所示。图中1是螺旋管(伸入恒温室内)，由双金属片制成。管内有一根轴杆，轴杆的左端固定在螺旋管末端，它的转动受螺旋管控制。右端固定在动作接点6的臂上，可带动接点6转动。加热时，由于双金属片上两种金属的膨胀系数不同，螺旋管将产生反时针方向的转动力矩，通过轴杆的传动，使接点6按反时针方向转动，使接点断开，切断加热电路。待箱内温度下降，双金属片冷却而收缩，螺旋管将产生顺时针方向的转动力矩，使接点闭合，加热电路重复接通。如此反复，即可恒温。

1.螺旋管 2.轴杆 3.绝缘底板 4.接线柱 5.静止接点（可调接点） 6.动作接点（控制接点） 7.弹簧 8.涡轮 9.调节杆 10.涡杆
      箱内温度的高低可通过调节杆9来调节。当调节杆按顺时针方向旋转时，涡杆10将带动涡轮8按反时针方向转动。由于静止接点5(即可调接点) 固定在绝缘板制的涡轮上，所以它也随之按反时针方向转动。紧紧压住动作接点6。这时，需要较高的温度才能使接点6断开，故处于高温状态。反之，当调节杆按反时针方向旋转时，两接点间的压力放松，温度稍有上升，即可使接点6断开，故处于低温状态。弹簧7的作用是使两接点接触良好。
在正常情况下，当调节杆按反时针方向旋至尽头时，两接点应刚好能断开，这种温度控制器的灵敏度稍高，一般为±0.5℃，接点电流为5Ａ。
3、热敏电阻式温度控制器
      热敏电阻本身的结构是一个特殊的半导体PN结。在某一范围内，这一PN结两端的电阻值随温度成线性变化。故意可将其作为温度传感器使用。作温度感应器时，其两端的阻值随温度的不同而变化，这一变化的阻值，加到温度控制电路上，去和控制器内部所设定的温度相比较。进而控制加热电路的通断。
（二）温度控制电路
      在电流不太大的场合及早期的电热箱中，直接使用差动棒式或螺旋管式温度控制器来进行控温。差动棒式或螺旋管式温度控制器的最大优点是集设置与控制于一射，简单方便。其不足之处是，设定和显示温度都不直观。要反复试用才能找出对应关系。再则，其控制电流也不够大。故在电流较大时及近年生产的电热箱中，均采用温度控制电路来进行控温。
      增加了温度控制电路后，一来可增加温度控制的灵敏度，二来可以用较小的电流去控制较大的电流。更主要的是，其温度的设置及显示的温度均可用数码管显示，方便了观察。
      温度控制电路的形式各种各样。但是其工作原理大致相同。图12-1-6是其工作原理方框图。

      温度控制电路通常由温度设定装置、温度传感器、放大器、继电器及显示器等组成。温度设定电路用来设置需要加热的温度。温度传感器用来感测电热箱中的温度。继电器是一个利用电磁原理工作的电子元件。它主要由缠绕在电磁铁上的线圈（包）及能耐大电流的接点组成。接点可以是一组，也可以是多组。当线包通电时，电磁铁产生磁性，继电器的接点被电磁铁吸合；不通电时，两个接点开路。显示器可以是一个，也可以是两个。用两个显示器时，一个用来显示所设置的温度，另一个用来显示恒温箱内的温度。
      整个温度控制电路的工作过程为：当传感器感测到的温度低于温度设定电路设置的温度时，放大器饱和导通，继电器线包带电，其接点Jx吸合，给电热箱加热。反之，当传感器感测的温度和温度设置电路设置的温度相同时，放大器载止，继电器线包中无电流通过，其接点断开，停止加热。早期电热箱所用的放大器多为电子管或晶体管。近期的多为集成电路。
      放大电路的另一个作用是与显示器配合，将设置的温度及加热箱内的温度实时地显示出来。

冰雪木子

学习，很详细，谢谢楼主