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的基礎上研制專用產品。
      
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、生產中的實際需求，人們不斷尋求著更的熱傳遞手段，“熱管"技術便是其中之一。
      “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。管芯內充有一定量的液態(tài)工質。外部電源通過管芯下部的電加熱器加熱工質時，部分液態(tài)工質吸收大量熱能后產生汽化，變?yōu)檎羝墓べ|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)綗峁芄苄緝刃枰獜浹a能量的部位，從而保持著管芯恒溫區(qū)內極小的溫差。

                                      

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)結構以及對化學工質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。熱管技術用于恒溫槽，需要傳輸?shù)臒崮芄β屎苄。瑧ㄟ^結構改進，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。現(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，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指標。目前的熱管恒溫槽在工作溫度下限附近，由于工質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、從而保證了熱管產品的使用壽命；
（3）抽空過程的質量控制；
（4）特殊工藝保證封口的嚴密性。
2.對化學工質配方及工藝的深入研究
      計量/校準用熱管恒溫槽對工質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全密封，能夠避免上述污染，屬于綠色環(huán)保產品，因此具有廣闊的市場前景。
      2. 恒溫油槽受加熱介質和自身材料、結構的限制，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溫場均勻性，通常從插孔下部向上的40mm范圍內垂直溫差在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。