實驗室高溫恒溫培養箱（通常指工作溫度高于室溫，最高可達60℃、80℃甚至更高的培養箱）的工作原理，可以概括為 “一個核心目標，三大核心系統" 的協同工作。

其核心目標是：在箱體內部創造一個不受外界環境干擾、溫度高度均勻且穩定的空間環境。

為了實現這個目標，它主要依靠以下三個系統：

1. 加熱系統 - “產熱源"

這是提升箱內溫度的核心部件。

• 核心元件：通常采用電熱絲（加熱管） 作為發熱元件。這些加熱元件通常安裝在箱體內部周圍或底部，通過風扇的作用使熱空氣均勻分布。

• 工作原理：當控制系統發出需要加熱的指令時，會向加熱元件提供電流，電能轉化為熱能，從而開始對箱內空氣進行加熱。

2. 溫度傳感與控制系統 - “大腦和神經"

這是恒溫培養箱最核心、精密的部分，決定了溫度的準確性和穩定性。

• 溫度傳感器：通常使用鉑電阻（Pt100） 或熱電偶。這些傳感器能夠精確地將檢測到的實時溫度轉化為電信號，反饋給控制系統。Pt100因其出色的線性度和精度，在設備中更為常見。

• 控制器（微處理器）：這是整個系統的大腦。它內部有設定的目標溫度值，并持續接收來自傳感器的實時溫度信號。

• 控制邏輯（PID控制）：現代培養箱普遍采用PID（比例-積分-微分）控制算法。這是一種非常先進和精確的控制方式：

• P（比例）：根據當前溫度與目標溫度的差值大小來調整加熱功率。溫差越大，加熱功率越大。

• I（積分）：消除“靜差"。如果長時間存在一個很小的溫差，積分作用會累積這個誤差，并逐步加大調節力度，直到溫差為零。

• D（微分）：根據溫度變化的趨勢進行預判。如果溫度正在快速上升接近目標，它會提前減小加熱功率，防止溫度“過沖"（沖過頭）；反之亦然。

• 簡單比喻：就像給浴缸放熱水，PID控制不僅是看現在水溫差多少（P），還會考慮剛才已經加了多久熱水（I），并且能預判水流下去溫度會升多快（D），從而極其平滑和精準地將水溫穩定在設定值。

3. 熱循環與隔熱系統 - “均勻與保溫"

這個系統確保了箱內各點的溫度一致，并有效減少了能量損失。

• 強制空氣循環：箱內有一個由電機驅動的風扇。風扇不斷攪動箱內的空氣，將加熱元件產生的熱量迅速、均勻地吹送到箱內的每一個角落，最大限度地減少箱內不同位置的溫度差（溫度均勻性）。這是實現“恒溫"和“均勻"的關鍵。

• 高效保溫層：箱體的壁殼通常采用雙層結構，中間填充著優質的保溫材料（如高性能玻璃纖維、聚氨酯泡沫等）。這就像給培養箱穿了一件“羽絨服"，極大地減少了內部熱量向外界的散失，既節能又能保證內部溫度的穩定。

工作流程總結：

1. 設定目標：用戶在控制面板上設定所需的溫度（例如，60℃）。

2. 啟動加熱：控制器驅動加熱管開始工作，箱內溫度迅速上升。

3. 實時監控：溫度傳感器持續監測箱內實際溫度，并反饋給控制器。

4. 智能調節：控制器（通過PID算法）對比設定溫度和實際溫度，計算出最佳的加熱功率，并動態調節加熱管的通斷或功率大小。溫度低時就多加熱，快接近時就減小功率或停止加熱。

5. 均勻擴散：風扇持續工作，使熱空氣循環，保證溫度均勻。

6. 持續保溫：保溫層有效隔絕內外熱交換，維持溫度穩定。

7. 達到穩定：經過短暫的調節過程后，系統進入動態平衡狀態，將溫度精確且穩定地維持在設定值。

補充：與二氧化碳培養箱的區別

需要注意的是，這里說的是高溫恒溫培養箱，它通常只控制溫度。而常見的CO?培養箱除了控溫，還需要精確控制CO?濃度和濕度，以模擬哺乳動物細胞的體內生長環境。其原理更為復雜，增加了CO?傳感器、紅外或熱導傳感器、CO?氣路控制系統和濕度托盤等部件。

總而言之，實驗室高溫恒溫培養箱的工作原理是依靠：加熱系統產熱、由高精度的溫度傳感器和智能的PID控制器組成的系統進行精確調控，再通過強制空氣循環和高效保溫來保證箱內溫度的均勻性和穩定性。