眾所周知，生化實驗室要使用大量的化學(xué)試劑及精密儀器，這就對實驗室溫度有了嚴格要求，因此，加強對實驗室溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)已成為生化實驗工作正常開展的前提。本文針對生化實驗室實施恒溫設(shè)計的可行性及常用控制法進行分析，并以某實驗室為例，就關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)方法進行探討。以期通過本文的闡述為促進現(xiàn)代實驗室溫度控制技術(shù)發(fā)展，實現(xiàn)低碳節(jié)能提供理論參考。

一、對生化實驗室實施恒溫設(shè)計的可行性分析

目前大部分計量檢定規(guī)程／校準(zhǔn)規(guī)范對環(huán)境條件的要求，改變目前生化恒溫室溫度制度的建議是可行的。

在幾何量、熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)四大計量領(lǐng)域中，對計量環(huán)境溫度要求較高的主要是長度計量領(lǐng)域，即便在長度計量領(lǐng)域，大部分計量檢定規(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℃；在熱學(xué)計量領(lǐng)域，普遍對環(huán)境溫度要求不高。環(huán)境溫度要求相對較高的二次儀表檢定，如JJG617-1996《數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)》檢定規(guī)程，要求檢定時環(huán)境溫度為20℃±2.O℃；在力學(xué)計量領(lǐng)域，大部分計量檢定要求的環(huán)境溫度為20℃±5.O℃，只有少數(shù)檢定項目要求環(huán)境溫度為20℃±1.O℃或20℃±2.O℃，如JJG236-1994《一等標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力真空計》檢定規(guī)程，要求檢定時環(huán)境溫度為20℃±1.O℃；在電學(xué)計量領(lǐng)域，對環(huán)境溫度的要求主要集中在20℃±2.O℃，部分檢定項目要求環(huán)境溫度條件略高，如JJGl25-2004《直流電橋》檢定規(guī)程，被檢對象為0.005級-0.01級時，要求檢定時的環(huán)境溫度為20℃±O.5℃，被檢對象為0.02級時要求檢定時的環(huán)境溫度為20℃±1.0℃，被檢對象為0.05級時要求檢定時環(huán)境溫度為20℃+2.O℃。 　　

可見，如果將計量的環(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現(xiàn)，同樣可以滿足規(guī)程或參數(shù)要求的環(huán)境溫度。

二、生化實驗室恒溫系統(tǒng)的常用控制法

生化實驗室恒溫系統(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。

2.1、位式調(diào)節(jié)法

位式圖節(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)的恒溫恒濕實驗室機組所采用，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。

2.2、PLC直方圖控制法

PLC直方圖控制法又稱動態(tài)調(diào)節(jié)法。PLC單板機是比較常見的一種儀表控制方式，PLC單板機與計算機通過常規(guī)接口連接，有使用者錯認為是計算機在控制實驗室的指標(biāo)運行，其實在PLC直方圖控制法中，計算機扮演的角色只是簡單的數(shù)據(jù)采集及參數(shù)修改，真正的運算控制只能通過PLC單板機來完成。 　

在恒溫實驗室的控制中，此方法的控制原理是：空調(diào)壓縮機連續(xù)運轉(zhuǎn)（空調(diào)機組有制冷和除濕的功能），使實驗室內(nèi)溫度及濕度指標(biāo)低于實驗室正常指標(biāo)要求，再分別加熱及加濕，最后達到加熱量約等于制冷量，除濕量約等于加濕量，使實驗室指標(biāo)達到動態(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。PLC單板機的運算相對簡單，造成系統(tǒng)對外界的抗干擾能力也較差。 　

2.3、智能控制法

智能控制法是采用以計算機為核心的控制系統(tǒng)，并配備高精度傳感器。此控制方式打破了傳統(tǒng)恒溫恒濕實驗室采用動態(tài)平衡及靜態(tài)平衡的兩種高能耗運行方式，使恒溫恒濕實驗室真正實現(xiàn)節(jié)能、高效、環(huán)保及超低維護率。

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)干擾源及實驗室內(nèi)各種散熱及熱損耗之和。計算機在線跟蹤并計算需要補充熱量的大小，通過加熱智能模塊改變電加熱運行的電壓，達到改變并控制電加熱功率的作用，使實驗室內(nèi)指標(biāo)不受到外界及室內(nèi)干擾源的干擾，達到溫度平衡，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)恒溫叵濕實驗室的控制滯后問題。

三、生化實驗室恒溫系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)的實例分析

3.1、系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的主要研究內(nèi)容可以分為四個模塊：（1）輸入模塊：即為數(shù)字溫度傳感器。（2）輸出模塊：包括顯示，報警電路，放大電路，V／I轉(zhuǎn)換等。（3）單片卡幾是整個系統(tǒng)的大腦，數(shù)據(jù)指令的調(diào)度均由此發(fā)出。（4）上位計算機；通過RS485／232串口通訊，實現(xiàn)上位計算機與單片機的雙向信息傳輸，這樣操作員存辦公室就可以實現(xiàn)對實驗室溫度的實時掌控。 另外單片機的外圍電路：包括電源電路（用來提供5v電壓源），時鐘電路（單片機通過總線通訊調(diào)取時間值），報警電路（溫度上下限報警）等。

四、結(jié)束語

綜上所述，我們在生化實驗恒溫系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)過程中要根據(jù)實際情況，改變降溫方法，將會節(jié)約大量的電能和水，在保障計量檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提下，實現(xiàn)“低碳”計量。