世界顶级磁力搅拌器当然要具备一流的温度控制

guolvfenlitech1 · 发表于 2022-8-25 06:20:11

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2022-08-25 环球过滤分离技术网 guolvfenlitech1

摘要

目的

研究加热磁力搅拌器采用3px (Two-point mode,两点控温模式)，fPID (FastPID mode,快速PID控温模式)和aPID (Accuracy PID mode,精确PID控温模式)这三种不同控温模式对样品控温精度与效果，测试验证RET control-visc加热磁力搅拌器在PID控制技术上的精确与稳定优势。方法采用外部温度探头PT100对水，50mPas 硅油和500mPas硅油这三种不同介质在不同温度对三种不同控温模式进行比对控温测试。结果采用3px控温模式升温速率快，但温冲较大且稳定性偏差较大；aPID升温速率较慢，但温冲小且具有高精度稳定性；fPID升温速率和温冲在2pt与aPID之间，同样也具有高精度稳定性优势。结论不同控温模式，可以满足不同用户需求，用户可选择性高，在实际应用中有很大帮助。

1. 关键词PID 解读：

PID（P比例-I积分-D微分）控制-由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，PID控制吸取了比例控制的快速反应功能、积分控制的消除余差功能和微分控制的预测功能，从控制效果看，这是比较理想的一种温度控制方法。PID三作用控制器虽然性能效果比较理想，但并非任何情况下都可采用PID三作用控制器。因为PID三作用控制器需要整定比例度Kp、积分时间Ki和微分时间Kd三个变量，不同的介质，其温度特性不尽相同，PID参数设定也不同，调节比例，积分，微分的三项参数对升温速率，温冲，稳定时间，相对误差，稳定性等性能指标有不同的影响,所以在实际应用上是很难将这三个变量都整定到最佳值[1]。IKA为此开发了具有PID参数自整定功能的两种PID温度控制模式，其参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现的，有利于控制不同温度特性的介质，使其达到最优控温效果。下面我们将一起来分析世界顶级加热磁力搅拌器--RETcontrol-visc如何利用高精度控制PID技术实现理想的控温效果。

2.实验部分

2.1 仪器与试剂

加热磁力搅拌器 ------------（RETcontrol-visc）

PT100 温度传感器 ----------（IKA® PT100.50 ）

30mm圆柱体磁力搅拌子 ------（IKAFLON®30 ）

labworldsoft®软件 ----------（IKAlabworldsoft®）

数据采集仪 ----------（AhlbornAlmemo®2690）

PT100-1 温度探头 ---------（AhlbornFPA32P）

1000mL低型烧杯 ----------（SCHOTTDURAN）

水 --------------------（普通自来水）

硅油 ---------------------（50mPas）

硅油 ---------------------（500mPas）

2.2 实验方法

分别量取800mL水/50mPas硅油/500mPas硅油于1000mL低型烧杯中，放入30mm搅拌子，然后将烧杯置于RETcontrol-visc加热磁力搅拌器盘面中心，连接RET control-visc外部温度传感器PT100进行控温，将温度探头置于离烧杯壁10mm与杯底20mm处，再将外部Alhborn温度探头PT100-1置于与RETcontrol-visc加热磁力搅拌器PT100相近位置，连接labworldsoft软件对样品温度变化进行实时采集记录。按照表1实验条件对磁力搅拌器分别进行设置测试。

表1 实验条件设置

器材	样品容量（mL）	介质	设定温度（℃）	设定转速（rpm）	PT100控温模式
1000ml烧杯	800	水	50、80	800	2pt, fPID, aPID
1000ml烧杯	800	50mPas硅油	80、150	800	2pt, fPID, aPID
1000ml烧杯	800	500mPas硅油	80、150	600	2pt, fPID, aPID

3 结果与讨论

3.1 800mL水在1000mL烧杯中的测试图表：

图1：50℃ 水控温测试图

图2：80℃ 水控温测试图

计算结果：

水测试设定温度50℃：

控温模式	稳定性[K]	温冲[K]	升温速率[K/min]
2P	±0.45	6.80	3.62
fPID	±0.00	-0.50	1.36
aPID	±0.00	-0.30	1.09

水测试设定温度80℃：

控温模式	稳定性[K]	温冲[K]	升温速率[K/min]
2P	±0.60	2.80	3.73
fPID	±0.05	-0.40	2.43
aPID	±0.00	-0.70	1.28

3.2 800mL 50mPas硅油在1000mL烧杯中的测试图表：

图4：80℃ 50mPas硅油控温测试图

图5：150℃ 50mPas硅油控温测试图

计算结果：

50mPas硅油测试设定温度80℃：

控温模式	稳定性[K]	温冲[K]	升温速率[K/min]
2P	±3.05	15.30	6.10
fPID	±0.05	3.20	4.45
aPID	±0.05	-0.70	1.96

50mPas硅油测试设定温度150℃：

控温模式	稳定性[K]	温冲[K]	升温速率[K/min]
2P	±2.00	1.60	4.18
fPID	±0.20	-0.10	4.27
aPID	±0.10	-0.20	2.39

3.3 800mL 500mPas硅油在1000mL烧杯中的测试图表：

图7：80℃ 500mPas硅油控温测试图

图8：150℃ 500mPas硅油控温测试图

计算结果：

500mPas硅油测试设定温度80℃：

控温模式	稳定性[K]	温冲[K]	升温速率[K/min]
2P	±5.25	12.50	5.24
fPID	±0.10	7.00	4.92
aPID	±0.15	-0.20	2.34

500mPas硅油测试设定温度150℃：

控温模式	稳定性[K]	温冲[K]	升温速率[K/min]
2P	±2.25	0.60	3.28
fPID	±0.25	-0.30	3.12
aPID	±0.15	-0.40	2.28

3.4 实验结果

以上实验表明在使用1000ml烧杯，采用800ml三种不同粘度介质为载体进行控温测试，三种不同控温模式都可以达到不同目的的控温效果。因此，可以简单的概括三种控温模式之间相互比较的控温特点：2pt升温速率最快，温冲最大，稳定性最差；aPID升温速率最慢，温冲最小，稳定性最好；fPID基本介于2pt与aPID之间。

4 结语

最新一代的 RETcontrol-visc 加热磁力搅拌器对不同的介质，不同的设定温度都可以达到良好、精确及稳定的控温效果，甚至高粘度的样品效果也很好。而且RET control-visc提供了三种不同的温度控制模式给用户选择：