恒温槽作成

質問

研究室で粘弾性の物性値計測を行っています．厳密な温度コントロールを行う為に，自作恒温槽の設計を行うのですが，次の２点についてお伺いしたいです．

ちなみに使用温度領域は３０～１８０℃を予定しています．

（１）恒温槽の容器
現在考えているのが，断熱材として，発泡スチロールかレンガを用い，ベニア板－（断熱材）－アルミ板の層状の構造を考えていますが，どのような構造を取るのが望ましいのでしょうか？

（２）ヒータの設置
現在の恒温槽では，ニクロム線の熱をファンで拡散して容器内を対流させていますが，内部の温度を定常状態にするには，どのような機構が良いのでしょうか？また，ヒータと液体窒素などの加熱，冷却二つで制御するのがいいのでしょうか？

よろしくお願い致します．

回答No.4

drmuraberg · ベストアンサー

返事おくれてすみませんでした。

温度コントロール精度　±1℃以内。30～180℃でこの精度なら妥当でしょう。

恒温槽サンプル室、縦450，幅300，奥行300mmはかなり大きいです。
これを煉瓦内張で作るには次の問題があります。
１） 熱容量が大きく、10℃/minで昇温には強力なヒータと攪拌ファンが必要。
パーライトボードの様な軽量で優れた断熱材が必要。
http://www.sanwa-3355.co.jp/parlightboad-merit.html
２） 恒温槽がかなり重くなる。煉瓦だけで少なくとも60個（120Kg、正面無し）
しっかりしたフレーム必要。

断熱材に発泡スチロール（＝押出ポリスチレンフォーム）や硬質ウレタンフォーム
等の樹脂系は避けてください。100℃以上で軟化し、180℃では溶けます（断熱
ボードの外でも）。ガラス繊維またはウール系をお勧めします（昔は石綿）。
その外に更に断熱ボードを使います。箱外面の安全目安温度は60℃です。
（温度が低くなる場合は、アルミ板でも構いません。樹脂や木材は避けます。）

＜現在はヒータに温度調節機とヒータ用リレー（SSR）を取付けて制御。＞
温度調節機がプログラム制御方式で無い場合は昇温速度設定が大変です。
試行錯誤の場合は、ヒータ電圧調整器（バリタップ等）が有れば楽には
なります。
オムロンカタログのURLを貼っておきますので参考にしてください。
http://www.fa.omron.co.jp/product/selection/53/tc_selector/list/

ヒータと熱電対TCの位置
　TCがヒータに近い：制御時の温度振幅は小さい、サンプル温度と差が出る。
　TCがサンプルに近い：温度振幅は大きい、サンプル温度に近い。

ヒータの種類
　いろいろ有りますので、時々世話になるメーカのURLを貼っておきます。
　通販や特注もしています。
http://www.sakaguchi.com/lineup/index.html

頑張って下さい。

お礼

１から丁寧に解説して頂きありがとうございます．
早速恒温槽の作成に取り掛かりたいと思います．
本当にありがとうございました．

回答No.3

drmuraberg

粘弾性の物性値計測、使用温度領域は３０～１８０℃から高分子材料に
付いての測定と推測しますが、アドバイスするには不明な点が多すぎます。
したがって補足質問です。

＜厳密な温度コントロール＞とはどの程度の精度ですか？
ちなみに、市販のオムロンのコントローラですと表示値の±0.3%か0.5%、または
±1℃の悪い方が普通です。

＜現在の恒温槽では，・・・＞とありますが、不都合は？
サンプル室の大きさに付いての情報も大切です。

＜断熱材として，・・・＞とありますが、身近な物ばかりで、
もっとましなものは考えて居られないのですか？

No.2の方の言われる事が理解できる基礎知識はありますね？

昇温速度やパターンの制御は必要では無いのでしょうか？
例えば、測定温度が150℃で、サンプルをセットして温度を上げだし
＜内部の温度が定常状態になる＞まで待って測定ということは
考え難いのですが。
昇温速度制御は恒温糟の熱容量に影響されます。

補足

色々不備があり申し訳ありません．

＜温度コントロール＞
要求する精度は±1℃以内です．

＜現在の恒温層＞
サンプル室の大きさは
縦450，幅300，奥行き300[mm]です．

現在の恒温槽は以前，低温領域（－２０℃～室温）の測定の為に自作したもので，結露を防止するために断熱材として，ウールを用いてその上にアルミの板を貼り付けてありました．
恒温槽自体も古いので今回新しく作り直すことになりましたので

＜断熱材について＞
すいません，さすがに発泡スチロールではまずいと思いましたので，何かお勧めの物があればと思い，今回質問させて頂きました．

一応は硬質ウレタンフォーム，押し出し法ポリスチレンフォームを考えています．
もっと良い物があればお願いします．

＜制御に関して＞
昇温速度は10℃/minが目標です．
現在はヒータに温度調節機とヒータ用リレーを取り付けて制御しています．

よろしくお願いします．

回答No.2

elpkc

室温に比べて、高い場合は、加熱制御だけでよさそうですが、
室温に近い場合は、中の強制対流ファンの熱で上がりますので、
コンプレッサーフィンチューブで冷却し続けて、加熱制御します。
冷却の制御は、温度大きく変動しますので、入れっぱなしでヒーターの加熱制御がいかがですか。

また、制御の温度コントローラーはオートチューニング付きのもので行えば、
かなり一定温度を保てます。

制御用のセンサーは、精度の高いPt100がいいでしょう。
一定温度でも、センサーの温度のことですので、
槽内の各部分の温度分布の確認が要ります。

お礼

回答ありがとうございます．

ご指摘の通り，室温近辺では，ファンの影響で一定温度に制御できておりませんでしたので，フィンチューブで冷却しようと思います．

回答No.1

noname#160321

日大,生産工学部の辻智也先生をご紹介します。
粘弾性の専門家ではないですが、非常に高度な恒温槽での測定の経験をお持ちです。
http://www.ic.cit.nihon-u.ac.jp/staff/laboratory/index12.html

お礼

回答ありがとうございます．

早速ホームページを参照させて頂きます