Máy khuấy từ hai lớp là thiết bị phổ biến được sử dụng trong phòng thí nghiệm để làm nóng và khuấy từ hai mẫu khác nhau cùng một lúc. Lợi thế cốt lõi của nó là "kiểm soát nhiệt độ độc lập hai lớp+khuấy từ tính", có thể đáp ứng hiệu quả các yêu cầu thí nghiệm song song (chẳng hạn như thí nghiệm kiểm soát, xử lý mẫu hàng loạt). Để hiểu nguyên tắc hoạt động của nó, cần phải phát triển từ sự phối hợp của ba mô-đun cốt lõi của "hệ thống khuấy", "hệ thống sưởi ấm", "hệ thống điều khiển nhiệt độ", đồng thời xác định rõ tính độc lập của "thiết kế hai lớp".
B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)
Bản chất của máy khuấy từ hai lớp là "hai bộ'khuấy từ+sưởi ấm'độc lập được tích hợp trong cùng một khung thiết bị, mỗi lớp có thể đặt tốc độ khuấy và nhiệt độ sưởi ấm riêng biệt, không can thiệp lẫn nhau. Quy trình làm việc tổng thể của nó là: hệ thống điều khiển nhiệt độ nhận được các thông số thiết lập → đồng bộ/độc lập kiểm soát hai lớp mô-đun sưởi để tạo ra nhiệt → đồng thời lái xe hai lớp mô-đun từ tính để thúc đẩy vòng khuấy → theo dõi nhiệt độ trong thời gian thực và điều chỉnh phản hồi, duy trì trạng thái ổn định.
II. Phá vỡ nguyên tắc làm việc của các mô-đun chính
1. Hệ thống trộn từ: lõi không có ổ đĩa tiếp xúc
Khuấy từ là để đạt được truyền tải điện không tiếp xúc thông qua "khớp nối từ trường", tránh ô nhiễm hoặc rò rỉ nguy cơ của mẫu bằng cách khuấy cơ học truyền thống (chẳng hạn như mái chèo khuấy), nguyên tắc cụ thể như sau:
Các thành phần cốt lõi: Mỗi lớp được trang bị 1 nam châm ổ đĩa (nằm bên trong thiết bị, được điều khiển bởi một động cơ mini) và 1 mixer (được đặt bên trong thùng chứa để khuấy, thường là nam châm vĩnh cửu bọc bằng teflon, có hình ô liu/hình trụ).
Quá trình truyền tải điện:
Khi bật chức năng khuấy, động cơ mini bên trong thiết bị (thường là động cơ không chổi than DC, tốc độ quay có thể điều chỉnh) kéo "nam châm lái xe" quay tốc độ cao;
Một từ trường quay được tạo ra khi lái nam châm quay, tạo ra một "mô-men xoắn từ tính" đối với "mixer" bên trong thùng chứa (lực hút/đẩy lẫn nhau giống như nam châm);
Dưới tác dụng của mô-men xoắn từ tính, khuấy đồng bộ với hướng quay của nam châm điều khiển, do đó, các mẫu chất lỏng trong thùng chứa được tạo thành đối lưu để đạt được sự pha trộn đồng đều.
Độc lập hai lớp: Hệ thống trộn hai lớp được trang bị động cơ độc lập và nam châm truyền động tương ứng, có thể thiết lập tốc độ trộn của mỗi lớp riêng biệt thông qua bảng điều khiển (thường dao động từ 100-2000rpm), đáp ứng nhu cầu cường độ trộn của các mẫu khác nhau (chẳng hạn như một lớp dung dịch dính khuấy tốc độ thấp, một lớp dung dịch loãng khuấy tốc độ cao khác).
2. Hệ thống sưởi ấm: nguồn nhiệt để kiểm soát chính xác nhiệt độ
Vai trò của hệ thống sưởi ấm là cung cấp cho mẫu một môi trường nhiệt độ ổn định (chẳng hạn như phản ứng nhiệt độ không đổi, sưởi ấm hòa tan), được thiết kế với "sự nóng lên nhanh chóng" và "tính đồng nhất nhiệt độ", các nguyên tắc cụ thể như sau:
Các thành phần cốt lõi: mỗi lớp khu vực sưởi ấm sử dụng đĩa sưởi (vật liệu phổ biến là hợp kim nhôm hoặc thép không gỉ, yếu tố sưởi ấm tích hợp), có hai loại chính của các yếu tố sưởi ấm:
Ống sưởi điện trở: thông qua dòng điện qua dây điện trở để tạo ra nhiệt, dẫn đến đĩa sưởi, sau đó thông qua "dẫn nhiệt" đến đáy thùng chứa, cuối cùng làm nóng mẫu;
Tấm sưởi ấm gốm: Sử dụng đặc tính "Hệ số nhiệt độ dương (PTC)" của vật liệu gốm, nó sẽ nóng lên nhanh chóng sau khi bật nguồn, và điện trở sẽ tự động tăng lên khi nhiệt độ vượt quá giá trị cài đặt, để đạt được bảo vệ quá nhiệt ban đầu, hiệu quả sưởi ấm cao hơn và tuổi thọ dài hơn.
Đường dẫn truyền nhiệt:
Yếu tố làm nóng Nhiệt → Đĩa sưởi dẫn nhiệt đồng đều → Đáy thùng chứa (ví dụ: cốc, bình) hấp thụ nhiệt → Mẫu đạt được sự nóng lên tổng thể thông qua đối lưu nhiệt và dẫn nhiệt.
Độc lập hai lớp: hai lớp đĩa sưởi được trang bị các yếu tố làm nóng độc lập và cảm biến nhiệt độ tương ứng, có thể thiết lập nhiệt độ sưởi ấm riêng biệt (thường là nhiệt độ phòng đến 300 ℃, một số mô hình nhiệt độ cao có thể đạt 500 ℃), và có một lớp cách nhiệt giữa đĩa sưởi (như amiăng, vật liệu cách nhiệt gốm), tránh hai lớp nhiệt can thiệp lẫn nhau (như một lớp sưởi ấm đến 200 ℃, lớp khác có thể duy trì nhiệt độ không đổi 50 ℃, lớp cách nhiệt có thể kiểm soát chênh lệch nhiệt độ hai lớp trong ± 2 ℃).
3. Kiểm soát nhiệt độ và hệ thống phản hồi: Duy trì độ chính xác "bộ não"
Hệ thống điều khiển nhiệt độ là chìa khóa để đảm bảo sự ổn định nhiệt độ, tránh nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp bằng cách so sánh và điều chỉnh thời gian thực "giá trị thiết lập - giá trị đo thực", nguyên tắc cụ thể như sau:
Các thành phần cốt lõi: Mỗi lớp được trang bị cảm biến nhiệt độ (thường là bạch kim kháng Pt100 hoặc cặp nhiệt điện với độ chính xác lên đến ± 0,1 ℃), vi điều khiển (MCU) và rơle/silicon điều khiển (phần tử điều hành).
Quy trình kiểm soát nhiệt độ vòng kín (lấy một lớp làm ví dụ):
Người dùng đặt nhiệt độ mục tiêu (chẳng hạn như 100 ℃) thông qua bảng điều khiển;
Cảm biến nhiệt độ theo dõi nhiệt độ thực tế của đĩa sưởi hoặc mẫu trong thời gian thực (một số mô hình hỗ trợ "đo nhiệt độ kiểu đầu dò", cắm trực tiếp vào mẫu để có được nhiệt độ chính xác hơn);
Bộ vi điều khiển so sánh "nhiệt độ đo thực" với "nhiệt độ đặt":
Nếu nhiệt độ đo thực<thiết lập nhiệt độ: vi điều khiển đưa ra hướng dẫn để rơle/silicon có thể dẫn và các yếu tố làm nóng được cung cấp điện;
Nếu nhiệt độ đo thực ≥ đặt nhiệt độ: vi điều khiển ra lệnh cắt nguồn điện của phần tử làm nóng và ngừng làm nóng;
Lặp lại các bước trên để làm cho nhiệt độ thực tế ổn định gần giá trị cài đặt bằng cách "phá vỡ chu kỳ" (tần số cao, khoảng thời gian ngắn) (thường dao động nhiệt độ trong phạm vi ± 0,5 ℃, đáp ứng nhu cầu chính xác thông thường của phòng thí nghiệm).
Chức năng bảo vệ bổ sung: Để tránh hư hỏng thiết bị hoặc tai nạn mẫu, hệ thống kiểm soát nhiệt độ thường bao gồm:
Bảo vệ quá nhiệt: Khi cảm biến nhiệt độ phát hiện nhiệt độ vượt quá ngưỡng an toàn (chẳng hạn như giá trị cài đặt+50 ℃), buộc phải cắt nguồn điện sưởi ấm;
Bảo vệ không tải: Nếu không đặt bình chứa nhưng bật sưởi ấm, nhiệt độ đĩa sưởi sẽ tăng nhanh, hệ thống sẽ tự động ngừng sưởi ấm sau khi phát hiện bất thường;
Bảo vệ dừng khuấy: Một số mô hình thông qua giám sát dòng điện động cơ, nếu khuấy bị kẹt (chẳng hạn như mẫu quá dính), dòng điện động cơ tăng lên, hệ thống sẽ báo động và ngừng khuấy để bảo vệ động cơ.