生化實(shí)驗(yàn)室實(shí)施恒溫設(shè)計(jì)可行性及常用控制法
常規(guī)溫濕度的恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室，還有其它特殊的5-18℃低溫、30-80℃高溫、相對濕度要求小于40%RH低濕、相對濕度高于80%RH的高濕等特殊要求的恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室。加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)室溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)已成為生化實(shí)驗(yàn)工作正常開展的前提。本文針對生化實(shí)驗(yàn)室實(shí)施恒溫設(shè)計(jì)的可行性及常用控制法進(jìn)行分析，并以某實(shí)驗(yàn)室為例，就關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行探討。
恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室在幾何量、熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)四大計(jì)量領(lǐng)域中，對計(jì)量環(huán)境溫度要求較高的主要是長度計(jì)量領(lǐng)域，即便在長度計(jì)量領(lǐng)域，大部分計(jì)量檢定規(guī)程／校準(zhǔn)規(guī)范對環(huán)境溫度的要求是在20℃±2℃的范圍內(nèi)，只有少部分對溫度要求較高，如JJGl46-2003《量塊》檢定規(guī)程，要求量塊檢定時的環(huán)境溫度為20℃；恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室在熱學(xué)計(jì)量領(lǐng)域，普遍對環(huán)境溫度要求不高。
恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室如果將計(jì)量的環(huán)境溫度設(shè)置為18℃和22℃，是可以滿足大部分檢定規(guī)程的要求的，對于少部分規(guī)程、少部分參數(shù)要求環(huán)境溫度靠近20℃的，我們可以采取局部二次恒溫措施實(shí)現(xiàn)，同樣可以滿足規(guī)程或參數(shù)要求的環(huán)境溫度。
生化實(shí)驗(yàn)室恒溫恒濕系統(tǒng)所采用的控制方法一般有三種：位式調(diào)節(jié)法、PLC直方圖控制法、智能控制法。
位式調(diào)節(jié)法：又稱開關(guān)量法，就是當(dāng)指標(biāo)高于設(shè)定值時關(guān)閉系統(tǒng)，當(dāng)指標(biāo)低時再打開系統(tǒng)。這種方法被大多數(shù)的恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室機(jī)組所采用，但此方法的能量消耗較大，控制上明顯滯后，且備品備件價格昂貴。
PLC直方圖控制法： 又稱動態(tài)調(diào)節(jié)法。PLC單板機(jī)是比較常見的一種儀表控制方式，PLC單板機(jī)與計(jì)算機(jī)通過常規(guī)接口連接，有使用者錯認(rèn)為是計(jì)算機(jī)在控制恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室的指標(biāo)運(yùn)行，其實(shí)在PLC直方圖控制法中，計(jì)算機(jī)扮演的角色只是簡單的數(shù)據(jù)采集及參數(shù)修改，真正的運(yùn)算控制只能通過PLC單板機(jī)來完成。
在恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室的控制中，此方法的控制原理是：空調(diào)壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)（空調(diào)機(jī)組有制冷和除濕的功能），使實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫度及濕度指標(biāo)低于實(shí)驗(yàn)室正常指標(biāo)要求，再分別加熱及加濕，最后達(dá)到加熱量約等于制冷量，除濕量約等于加濕量，使實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)達(dá)到動態(tài)平衡。
一邊制冷一邊加熱、一邊除濕一邊加濕，此種方法是通過能量的相互損耗達(dá)到指標(biāo)平衡的，因此這種方法的能耗是三種控制方法中最高的。恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室PLC單板機(jī)的運(yùn)算相對簡單，造成系統(tǒng)對外界的抗干擾能力也較差。
智能控制法 ： 是采用以計(jì)算機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，并配備高精度傳感器。此控制方式打破了傳統(tǒng)恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室采用動態(tài)平衡及靜態(tài)平衡的兩種高能耗運(yùn)行方式，使恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能、高效、環(huán)保及超低維護(hù)率。
恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室此方法采用空調(diào)變頻器調(diào)節(jié)空調(diào)制冷量，在溫度平衡后，空調(diào)加熱量只略高于新風(fēng)干擾源及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各種散熱及熱損耗之和。計(jì)算機(jī)在線跟蹤并計(jì)算需要補(bǔ)充熱量的大小，通過加熱智能模塊改變電加熱運(yùn)行的電壓，達(dá)到改變并控制電加熱功率的作用，使實(shí)恒溫恒濕驗(yàn)室內(nèi)指標(biāo)不受到外界及室內(nèi)干擾源的干擾，達(dá)到溫度平衡，系統(tǒng)的溫度控制波動范圍在±o.2℃以內(nèi)。系統(tǒng)既提高了精度，降低了能耗，又解決了傳統(tǒng)恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室的控制滯后問題。
半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器生產(chǎn)的新一代具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)。恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室該器件是將半導(dǎo)體溫敏元件、A／D轉(zhuǎn)換器、存儲器等做在－－4很小的集成電路芯片上，傳感器直接輸出的就是溫度信號數(shù)字值。信號傳輸采用兩芯電纜構(gòu)成的單總線結(jié)構(gòu)。恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室微控制器通過對器件的尋址，就可以讀取某一個傳感器的溫度值，從而簡化了信號采集系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)。
