干燥箱、培养箱和水温箱的结构

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**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**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。


.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:**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**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。

.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:**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**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**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**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.** 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,**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,**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**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**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。