恒溫槽在行業(yè)里的應用

    恒溫槽是熱工檢測方面的一種計量設備，廣泛應用在溫度計、熱電阻等計量器具的檢定領域。目前zui常見的是以水或油為介質(zhì)的水恒溫槽和油恒溫槽。熱管恒溫槽是利用“熱管”原理制作的新型低、中溫恒溫裝置，適用于工業(yè)熱電阻、工作用玻璃液體溫度計、高精密玻璃液體溫度計、低溫熱電偶、雙金屬溫度計、壓力式溫度計及二等標準水銀溫度計等溫度儀表、計量器具的檢定/校準工作。它是油、水恒溫槽的理想替代產(chǎn)品，與傳統(tǒng)水、油槽相比，具有溫度范圍寬、插孔深、溫場均勻性好、綠色環(huán)保、自動循環(huán)等特點。
      寬溫場熱管恒溫槽的研制具有深遠的社會意義。我國大量使用的短型溫度傳感器、短型溫度變送器，缺乏適合的測試用恒溫槽，急需在寬溫場熱管技術(shù)的基礎上研制專用產(chǎn)品。
      
二. 工作原理
      自然界中的熱傳遞有三種自然方式:傳導、對流和輻射，在氣體或液體中,熱傳導過程往往和對流同時發(fā)生。為解決科研、生產(chǎn)中的實際需求，人們不斷尋求著更的熱傳遞手段，“熱管”技術(shù)便是其中之一。
      “熱管”是一種傳熱元件，其熱阻比相同尺寸的金屬材料小幾個數(shù)量級，可稱為熱的“超導體”。熱管的導熱能力同時意味著它具有極其優(yōu)良的均溫性能，或“溫度展平”能力。

          “熱管恒溫槽”是基于熱管原理研制的一種恒溫槽。熱管恒溫槽的核心部分是一個*密閉的容器——熱管管芯（見圖1），管芯上端有許多不同孔經(jīng)的插管，用于插入被校溫度計和標準溫度計，插管下端均被封堵以保證管芯的氣密性。管芯內(nèi)充有一定量的液態(tài)工質(zhì)。外部電源通過管芯下部的電加熱器加熱工質(zhì)時，部分液態(tài)工質(zhì)吸收大量熱能后產(chǎn)生汽化，變?yōu)檎羝墓べ|(zhì)攜帶潛熱充滿管芯容器。蒸汽在上升過程中，遇到上端蓋、插管及內(nèi)壁等部位（這些部位不同程度地與外界接觸，有一定的熱損失，溫度可能稍稍偏低）會冷凝并釋放出潛熱，冷凝后的液態(tài)工質(zhì)在重力的作用下返回管芯底部，被繼續(xù)加熱，……，如此往復循環(huán)。

      上述過程中，工質(zhì)作為載體，通過汽、液相變，不斷將從電源獲取的能量傳輸?shù)綗峁芄苄緝?nèi)需要彌補能量的部位，從而保持著管芯恒溫區(qū)內(nèi)極小的溫差。

三.恒溫槽的創(chuàng)新特點
        通過改進熱管管芯冷凝區(qū)和加熱區(qū)結(jié)構(gòu)以及對化學工質(zhì)配方及工藝的深入研究，使以下性能指標得到極大提高。

• 1、提高熱管動力性能。熱管技術(shù)用于恒溫槽，需要傳輸?shù)臒崮芄β屎苄?，應通過結(jié)構(gòu)改進，加強飽和蒸汽的流速，增強換熱能力，從而降低整個恒溫區(qū)的溫差。

• 2、向上擴展寬了均勻溫場區(qū)域。管恒溫槽的有效均勻溫區(qū)基本上從距離熱管上端口150mm～ 200mm開始至450mm深度?，F(xiàn)在經(jīng)過一系列的探索、試驗、改進，可使有效均勻溫場范圍向上擴展至不大于80mm，使熱管的有效均勻溫區(qū)覆蓋80mm～450mm的區(qū)域，甚至更寬，滿足全浸式玻璃溫度計、短型傳感器、特殊傳感器的檢定/校準/測試。

• 3、提高了溫場均勻性。在上述有效均勻溫場范圍內(nèi)，進一步改善了溫場均勻性，以保證滿足等一、二等標準玻璃溫度計的量值傳遞所需溫場指標。

• 4、改善溫度下限的技術(shù)指標。目前的熱管恒溫槽在工作溫度下限附近，由于工質(zhì)蒸汽壓不足導致熱交換能力不足，直接影響溫場均勻性指標和溫度波動度指標，應予以改善，這與降低熱管恒溫槽的工作溫度下限具有同等意義。

• 5、增加快速降溫功能。必要時，通過在熱管散熱器外部增設冷凝管等措施，在保證各指標的前提下，大幅度提高降溫速率，提高上、下行程（循環(huán)）測試的效率。

四、質(zhì)量保證手段
1.對關鍵工藝、工裝的研究、改進和試驗
      熱管生產(chǎn)過程主要包括：備料、焊接、清洗、烘干、檢漏、抽空、充液、封口、電氣儀表安裝、檢驗與測試等一系列工序，各工序要求十分嚴格，項目研制過程中，通過反復試驗、摸索，總結(jié)了大量關于熱管制作的經(jīng)驗，編制出詳細、嚴格的工藝文件，作為指導今后生產(chǎn)的依據(jù)。研制階段重點解決的工藝問題有：
（1）防止傳感器插管焊接過程縮孔；
（2）引進氦質(zhì)普檢漏儀替代氣泡法檢漏，漏率的檢測靈敏度提高了3～4個數(shù)量級，保證了熱管的氣密性、從而保證了熱管產(chǎn)品的使用壽命；
（3）抽空過程的質(zhì)量控制；
（4）特殊工藝保證封口的嚴密性。
2.對化學工質(zhì)配方及工藝的深入研究
      計量/校準用熱管恒溫槽對工質(zhì)純度要求既嚴格又特殊。通過進一步研究各溫度段熱管的工質(zhì)配方，以理論數(shù)據(jù)及現(xiàn)有實驗數(shù)據(jù)為基礎，采用正交試驗、回歸分析等科學方法，找出工質(zhì)的配比及制備流程，使熱管工作溫度范圍達到更寬，溫場指標更高。
五、熱管恒溫槽與常規(guī)液體恒溫槽的性能比較
      1. 恒溫油槽工作時，介質(zhì)會揮發(fā)、冒煙，污染環(huán)境，影響工作人員身體健康。熱管恒溫槽工作介質(zhì)全密封，能夠避免上述污染，屬于綠色環(huán)保產(chǎn)品，因此具有廣闊的市場前景。
      2. 恒溫油槽受加熱介質(zhì)和自身材料、結(jié)構(gòu)的限制，zui高工作溫度一般不超過300℃。熱管恒溫槽的工作溫度可達300℃～500℃甚至更高，溫度場均勻性優(yōu)于0.05℃,是目前其它恒溫設備無法達到的，這一溫區(qū)的一項空白。
六、熱管恒溫槽與干體校驗槽的性能比較
      需要特別提醒的是，請不要將熱管恒溫槽與“干體校驗槽”混淆。干體槽主要是靠金屬“恒溫塊”的熱傳導均勻溫度，zui大的優(yōu)點是便攜，多用于現(xiàn)場溫度校驗。受工作原理和體積所限，干體槽一般不太強調(diào)溫場均勻性，通常從插孔下部向上的40mm范圍內(nèi)垂直溫差在3℃～4℃；而對于熱管恒溫槽來說，溫場均勻性是zui重要的指標。由于熱管中汽化工質(zhì)的運動速度是同材料金屬塊導熱速度的成百上千倍，所以熱管恒溫槽有著比“干體”更好的溫場均勻性，更適合實驗室檢定/校準工作。兩者的共同優(yōu)點，僅僅在于沒有污染。