一、前言与目的

赛默飞 3131 培养箱是一款高精度恒温设备，广泛应用于微生物培养、细胞培养、样品保存及生物反应过程控制等实验场景。其核心性能在于温度控制系统的准确性、稳定性与均匀性。为了确保设备在运行期间能够维持理想的培养环境，必须掌握其温控原理、调节方式与维护要点。本文件系统介绍 3131 培养箱的温控系统构成、工作机理、参数设定、校准与优化方法，以保障温度控制的科学性与可重复性。

二、温控系统原理概述

2.1 系统结构

赛默飞 3131 培养箱的温控系统由以下主要部件组成：

1. 温度传感器（Sensor）：通常为高精度热敏电阻（PT100 或 NTC），用于实时监测腔体温度。

2. 加热单元（Heater）：包括底部、侧壁及门体加热元件，以红外或电阻丝方式提供热量。

3. 温控主板（Controller Board）：通过 PID（比例-积分-微分）算法精确调节加热功率。

4. 风道与循环风扇（Airflow System）：用于腔体内热量均匀分布，防止温度梯度。

5. 安全保护系统：包括超温保护、传感器故障报警、断电自检、门开检测。

6. 显示与输入模块：LCD 显示屏及按键/触控面板，用于设定温度与查看实时状态。

2.2 控制逻辑

系统以主传感器的实时信号作为反馈输入，经过PID算法计算后控制加热功率。

• 当实际温度低于设定值时，系统增加加热功率；

• 当接近目标值时，系统逐步减小功率以防止超调；

• 若出现过冲，PID 参数中的微分与积分项起到抑制作用，使温度回归稳定区。

整个控制过程为一个闭环反馈系统（Closed-Loop Feedback Control），确保设定点（Set Point, SP）与实际测量值（Process Value, PV）之间的偏差最小化。

三、温度设定与基本操作

3.1 启动前准备

1. 检查电源电压与设备铭牌一致，接地可靠；

2. 确认箱门密封良好，门封条无破损；

3. 腔体内部清洁、无杂物、层架稳固；

4. 打开主电源开关，控制面板显示正常；

5. 等待系统自检完成后进入待机状态。

3.2 温度设定步骤

1. 按下“SET”键进入设定模式；

2. 使用上下方向键调整目标温度（设定点 SP）；

3. 按“ENTER”键确认设定；

4. 系统自动保存设定值并启动加热。

温度显示界面同时显示：

• SP（Set Point）：设定温度；

• PV（Process Value）：实际温度；

• ΔT（差值）：显示 SP 与 PV 的偏差。

3.3 升温与稳定阶段

初次升温时，加热模块全功率工作；当温度接近设定点时，系统自动进入PID调节阶段。
通常稳定时间约为 30–60 分钟，视设定点与环境温差而定。
稳态条件下温度波动应小于 ±0.3 °C，均匀性差异不超过 ±0.5 °C。

四、PID 参数与调节方法

4.1 PID 算法概述

PID 控制（Proportional-Integral-Derivative Control）是培养箱温度控制的核心算法：

• P（比例）：反映偏差的实时比例，调整反应速度；

• I（积分）：修正持续偏差，提高稳定性；

• D（微分）：预测偏差变化趋势，防止过冲。

三者协调工作，使温度快速达到设定值并保持稳定。

4.2 参数调节原则

• 若温度上升过慢，可适度提高比例系数（P）；

• 若系统频繁振荡或过冲，应减小P或增大D；

• 若稳态误差较大，适当增大积分系数（I）；

• 调节后需等待系统重新稳定，再观察趋势。

4.3 自动与手动调节

部分版本支持**自动整定（Auto-Tuning）**功能。
操作步骤：

1. 在设定模式中启用“AT（Auto Tune）”功能；

2. 系统自动运行若干升温/降温循环；

3. 计算最优PID参数并保存。

手动模式下，工程师可进入“工程菜单”，直接修改 PID 值。
建议仅在校准或维修后调整，普通用户保持出厂设定即可。

五、温控均匀性与优化

5.1 均匀性原理

赛默飞 3131 采用三维环绕加热与强制气流循环设计。

• 侧壁加热元件维持腔体边界温度；

• 底部加热负责整体升温；

• 风扇循环形成均匀热流，减少上下层温差。

均匀性取决于风道清洁度、层架位置及负载分布。

5.2 优化措施

1. 样品摆放不应遮挡风道出口；

2. 负载不超过有效容积的 70%；

3. 层架间保持≥5 cm 间距；

4. 定期清理风扇与进风口；

5. 环境温度波动不超过 ±2 °C。

5.3 温度漂移控制

若出现长期温度偏高或偏低，可依次排查：

• 门封是否漏气；

• 风扇是否运行正常；

• 传感器是否老化或偏移；

• PID 参数是否被误改。

必要时进行温度校准或系统复位。

六、温度校准与修正

6.1 校准原理

校准的目标是使显示温度（PV）与实际腔体温度一致。
通过外部标准温度计在腔体中心布点测量，将偏差修正到控制系统中。

6.2 操作步骤

1. 设定常用温度点（如 37 °C）；

2. 运行稳定至少 60 分钟；

3. 在腔体中心放置已校准标准温度计；

4. 比较显示值与实测值：

• 若差值 ≤0.3 °C，可视为合格；

• 若超出，进入“校准模式”修正。

5. 在控制面板输入修正值（Offset），并保存。

6.3 多点校准

为提高精度，可选择 2–3 个代表温度点（如 25 °C、37 °C、50 °C）分别测量偏差，系统自动生成修正曲线。

七、温控系统维护与保养

7.1 日常检查

• 确认温度显示与实际一致，无异常报警；

• 门体关闭严密，无凝露；

• 风扇运转平稳，无异响；

• 电源线、插头、地线完好。

7.2 定期维护

7.3 故障排查

常见温控异常现象及对应处理方法：

八、节能与性能优化

8.1 环境匹配

放置位置应远离阳光直射、空调出风口及振动源。
环境温度推荐 18–28 °C，相对湿度 40–60%。

8.2 操作规范

• 避免频繁开关门；

• 样品取放快速完成；

• 避免放入高温物体导致温度骤升；

• 合理规划实验时间段，降低无效运行。

8.3 智能控制

部分型号支持联网控制与温度曲线设定，可实现多阶段升温或恒温程序。
例如：

• 阶段 1：25 °C → 37 °C（30 min 升温）；

• 阶段 2：维持 37 °C（24 h 恒温）；

• 阶段 3：降温至 25 °C 自动待机。

曲线控制有助于模拟生理或发酵过程，提升实验可控性。

九、安全保护与报警系统

9.1 超温保护

设有独立机械式温控保护器，一旦温度超过设定阈值（通常为设定点 +5 °C），自动切断加热电路并报警。
复位后需人工确认方可重启。

9.2 门开检测

开门时自动暂停加热，以防热量集中烧损门封；关门后自动恢复调节。

9.3 断电保护

短时断电后，设备可自动保存设定参数并在来电后恢复上次工作状态。

9.4 报警记录

系统自动保存报警代码、发生时间及温度数据。用户可导出日志，用于趋势分析与质量追溯。

十、温控精度验证（用户自测建议）

10.1 单点稳定性测试

在设定 37 °C 稳定 2 小时后，记录每分钟温度，计算峰-谷差与标准差。
合格标准：波动 ≤ ±0.3 °C。

10.2 多点均匀性测试

布置 9 个测点（上、中、下层各3个），连续记录1小时。
计算各点与中心点平均差值，评估空间均匀性。
合格标准：最大偏差 ≤ ±0.5 °C。

10.3 开门恢复测试

在稳态下开门30秒后关闭，记录恢复至设定±0.5 °C所需时间。
合格标准：恢复时间 ≤15 min。

十一、再校准与验证周期

为保证温度控制长期稳定，应建立年度校准制度：

• 内部核查：每季度核对温度偏差；

• 外部校准：每年由第三方计量机构进行标准校准；

• 再验证：若更换关键部件（传感器、加热模块、控制板）后必须重新验证温控性能。

十二、常见用户误区

1. 误区一：温度显示即为真实温度
   实际温度分布存在微小梯度，应参考多点测量。

2. 误区二：忽视环境温度影响
   实验室环境波动过大，会导致控温系统频繁补偿。

3. 误区三：样品堆叠过密
   阻碍空气循环，形成局部热区。

4. 误区四：未定期清洁风道与过滤棉
   会造成传热效率下降与温控滞后。

十三、总结

赛默飞 3131 培养箱的温控系统结合了高灵敏传感、PID 智能控制及循环均温设计，可在多种实验场景下提供稳定可靠的恒温环境。
正确的温度设定、合理的PID调节、定期校准与规范的维护操作，是保证设备长期性能的关键。
通过对温控原理、调节技巧与异常处理方法的系统掌握，使用者能够充分发挥设备性能，确保实验数据的准确性与可重复性。