Быстрое термоциклирование Опции

[vilinsky]

В ходе работы над проектом (в области биологии) столкнулись с задачей: есть медная пластина размером 1*1*0,2 см. Задача - добиться термоциклирования этой пластины в режиме: 70 градусов - 1 секунда, 90 градусов - 0 сек, 60 град. - 0 сек. (0 секунд-имеется ввиду ситуация, когда после достижения заданной температуры сразу идет переключение на достижение следующей температуры). Критическое значение имеет скорость циклирования - не более 10 сек на цикл 70-90-60. Необходимо технологическое решение для системы термоциклирования. Есть ли у кгоо-нибудь какие-нибудь идеи на этот счет? Я не компетентен в этой области, но идея с Пельтье мне кажется сомнительной - все же скорость нагрева и охлаждения не та.

[ukpyr]

например греть нихромом, охлаждать водой
или держать 3 емкости с водой нагретой до 60/70/90 град, насосами поочередно переключать

Сообщение отредактировал ukpyr - Nov 3 2010, 18:25

[HARMHARM]

Можно просто подавать воду соответствующей температуры из термостатированных резервуаров, переключая электроклапанами.

[vilinsky]

Хочется иметь решение небольшого размера, поэтому идея с водой не очень подходит....

[HARMHARM]

Поскольку по условию время реакции очень невелико, то охладить, кроме как водой, возможно и не выйдет. Нагреть куда проще.

[Stanislav]

Я не компетентен в этой области, но идея с Пельтье мне кажется сомнительной - все же скорость нагрева и охлаждения не та.

Скажите, а как Вы её оценивали, чтобы утверждать наверняка?

Поскольку по условию время реакции очень невелико, то охладить, кроме как водой, возможно и не выйдет. Нагреть куда проще.

Можно попробовать ещё перебрасывать пластину между нагревателем и холодильником. Если тем и другим будет выступать вода, получится проще и точнее, чем другими способами.

[vilinsky]

Скажите, а как Вы её оценивали, чтобы утверждать наверняка?

Существуют термоциклеры на основе Пельтье, но у всех максимальная скорость нагрева/охлаждения - 5 градусов в секунду. Не утверждаю что нельзя придумать что-нибудь получше, но почему никто до сих пор не придумал?

Сообщение отредактировал vilinsky - Nov 4 2010, 06:08

[Stanislav]

 

Существуют термоциклеры на основе Пельтье, но у всех максимальная скорость нагрева/охлаждения - 5 градусов в секунду.

Я спросил из чистого интереса: проводился ли количественный расчёт? Ибо скорость нагрева/охлаждения рабочей поверхности элемента Пельтье в принципе можно сделать при таких температурах в несколько раз бОльшей. Как это скажется на его долговечности - не знаю. Кроме того, будет задержка, связанная  с теплоёмкостью меди и неидеальностью теплового контакта.
Вариант с переброской между двумя элементами с разной температурой несколько улучшит ситуацию.

Хорошей альтернативой предложенным выше способам был бы "мгновенный" индукционный нагрев пластины сперва до 70, потом до 90 град, с последующим охлаждением в среде, имеющей более низкую температуру. 

[vilinsky]

Я - молекулярный биолог, и с трудом представлю себе детальный расчет. Все мои суждения (наверняка не всегда верные) основаны только на том, какой вариант предлагается темим или иными производителями.
А про индукционный нагрев можно поподробнее? Предлагается проложить между пластиной и работающим на охлаждение Пельтье нагревательный элемент?

[Stanislav]

 

А про индукционный нагрев можно поподробнее? Предлагается проложить между пластиной и работающим на охлаждение Пельтье нагревательный элемент?

Никаких Пельтье данный способ не подразумевает.
Кладёте пластину в непроводящий и немагнитный сосуд, скажем, с водой, или маслом. Нагреваете её с помощью вихревых ВЧ токов, наводимых полем катушки-индуктора, подключённой к мощному ВЧ генератору, до 70 градусов. Температуру контролируете дистанционным или контактным (хуже) термометром. Снизив ток катушки при достижении заданной температуры, выдерживаете её в течение 1 секунды, используя термометр в качестве датчика обратной связи. Далее снова увеличиваете ток катушки, нагреваете до 90 град. Потом выключаете нагрев, и образец быстро остывает до 60-ти, после чего его можно извлекать или начинать повторный цикл.
Охлаждающая жидкость должна быть непроводящей и немагнитной. Во избежание роста её температуры, можно применить циркуляцию или отвод тепла непосредственно сосуда. Проточную воду использовать тоже, наверное, можно, хотя она содержит соли и обладает заметной электропроводностью.
Собственно, всё. Если есть вопросы по реализации - задавайте, постараюсь ответить. 

[vilinsky]

Нагреваете её с помощью вихревых ВЧ токов, наводимых полем катушки-индуктора, подключённой к мощному ВЧ генератору, до 70 градусов.

На сколько мощным должен быть ВЧГ и какого размера прибор получится?

P.S.
А можно с Вами как-нибудь встретиться и обсудить подробнее?

[Stanislav]

На сколько мощным должен быть ВЧГ и какого размера прибор получится?

Мощность прикиньте грубо, исходя из теплоёмкости меди, её массы и требуемой скорости нагрева. Потом умножьте на произвольную величину в диапазоне 3-10, чтоб не морочиться с теплоотдачей.
Габариты, думаю, не слишком большие будут. В единицы литров можно впихнуть всю установку. Правда, если речь идёт о поточном производстве изделий, габариты могут быть и побольше.

P.S.
А можно с Вами как-нибудь встретиться и обсудить подробнее?

Встретиться-то можно, время только надо найти. Хотя, опыта создания конкретно таких приборов у меня не имеется. Думаю, однако, что принципиальных сложностей здесь нет, но какую-то исследовательскую работу исполнителям провести придётся.
Возможно, получится подобрать нечто готовое, навроде мини-индукционной печи с последующей её модернизацией.