一、CO₂控制器在培养箱中的功能角色

1.1 气体浓度调节基础

在水套式CO₂培养箱中，CO₂浓度通常设定在5%，以模拟哺乳动物细胞在体内的生理环境（高湿度+高CO₂低氧）。CO₂控制器的任务是不断监测箱内气体混合状态，通过精准调控CO₂进气阀门的开合，使腔体中CO₂浓度始终维持在设定值上下浮动范围内（±0.1% ~ ±0.3%之间）。

1.2 传感器与反馈系统配合

CO₂控制器依赖于实时传感器（主要是红外传感器或热导传感器）所反馈的浓度数据，与预设浓度值进行对比，若出现偏差，则启动供气模块调整流量。整个调控过程基于闭环反馈算法完成，一般每隔2至5秒采样一次，确保浓度稳定。

二、CO₂控制器主要品牌及其对应培养箱型号

以下列出的是当前全球主流水套式CO₂培养箱品牌中广泛应用的控制器系统及其具体型号：

2.1 Thermo Scientific（美国）

代表培养箱型号：Heracell VIOS 160i、Forma 3110、Series II 3111

控制器系统：

• iCAN Touchscreen Control Panel（Heracell系列）
  特点：7英寸触控彩屏，集成CO₂控制与温度曲线图形展示，采用非分散红外传感器（NDIR）进行浓度检测。可记录90天的历史曲线，并具备三段报警系统。

• Forma Series II微处理控制器
  特点：基于数字PID调节算法的嵌入式系统，配合电容式键盘操作，提供高精度CO₂控制。采用主动流量调节与双阀控制结构，有效减少波动。

传感器型号：内置NDIR Sensor（长寿命二氧化碳检测器，响应时间<15秒）

2.2 PHCbi（原SANYO，日本）

代表培养箱型号：MCO-19AIC、MCO-170AIC、MCO-230AIC

控制器系统：

• Microprocessor PID Control System
  特点：基于嵌入式微处理器的智能闭环控制系统，采用陶瓷红外传感器（IR CO₂ Sensor）与伺服阀调节方式，具备自学习能力，可在环境温度变化时自动优化气体输入算法。

• Smart Alarm System（SAS）：集成气体、温度、门开闭等多维报警数据。

传感器型号：

• IR Sensor Model IR-3001
  灵敏度高，适用于高湿度环境，响应快、漂移小。

• 另有热导传感器选项，适用于预算有限项目。

2.3 Binder（德国）

代表培养箱型号：CB 170, CB 260, CB-S 210

控制器系统：

• APT.line™ CO₂ Control
  特点：高级微处理器控制器，控制面板为按钮+LCD显示，具备设定值记忆、断电后自动恢复等功能。Binder在CO₂进气调节中采用比例阀控制，相较于传统开关阀更能细致控制浓度。

• Auto-Start CO₂ Calibration：自动校准功能，减少人为误差。

传感器型号：

• NDIR Infrared Sensor
  拥有智能校准程序和防水保护涂层，能够长时间工作于湿度大于90%的环境中。

2.4 Memmert（德国）

代表型号：ICO50med、ICO105

控制器系统：

• TwinDISPLAY控制系统
  特点：配有双液晶显示界面，提供数据记录、报警设定、远程USB导出等功能。CO₂控制基于模糊逻辑与PID耦合调节系统。

传感器类型与型号：

• NDIR Infrared Sensor 型号依托OEM定制，通常每年需一次标准气体校准。适用于长期无人工干预工作环境。

2.5 ESCO（新加坡）

代表培养箱型号：CelCulture CO₂ Incubator CCL-170B-8

控制器系统：

• ISOCIDE™ Control System
  集成紫外线杀菌与CO₂浓度调节功能，控制器具备动态CO₂补偿机制，在频繁开关门实验环境中尤为稳定。

传感器型号：

• IR-200系列
  内嵌式非分散红外线传感器，搭配双气路精密调节模块，延长传感器寿命达5年以上。

2.6 Heal Force（力康，中国）

代表型号：HF90、HF240

控制器系统：

• TFT LCD智能控制系统
  中文显示界面，内置气体浓度曲线跟踪系统与高精度CO₂浓度调节软件，适合教学与科研使用。

传感器类型：

• IR-01红外传感器或热导式（TC）传感器可选。
  用户可依据实验预算与精度需求选择不同传感器类型。

三、CO₂传感器类型及其适配控制器逻辑

3.1 非分散红外传感器（NDIR）

工作原理：
基于CO₂分子对特定波长红外光的吸收特性。传感器内红外源发射红外线，穿过测量室被接收器检测，根据透光率计算气体浓度。

优点：

• 不受湿度影响，响应迅速

• 精度高（±0.1%～0.3%）

• 使用寿命长，维护频率低

劣势：

• 成本高

• 需年检校准

适用品牌：Thermo, PHCbi, Binder, ESCO等中高端设备。

3.2 热导式传感器（TC Sensor）

工作原理：
利用CO₂气体与空气的热导率不同的特性，检测气体混合物导热变化进而推算浓度。

优点：

• 成本较低，结构简单

• 适合教学与短周期实验室使用

缺点：

• 易受湿度与温度干扰

• 精度与响应速度不及红外传感器

适用品牌：Heal Force、国产基础款设备。

四、用户选购CO₂控制器时的考量因素

4.1 精度与稳定性

高精度实验（如干细胞培养、IVF）推荐选择内嵌NDIR传感器并支持微调补偿的控制器系统；普通细胞增殖实验可考虑热导传感器。

4.2 自动校准功能

优先选择具备“自动零点校准”、“气体曲线自学习”的控制器品牌，如Binder、PHCbi、Thermo等。

4.3 抗干扰能力

湿度波动频繁时，红外控制器更能保持准确；若实验室通风条件差，应选择具备门开补偿算法的控制器系统。

4.4 数据记录与报警系统

控制器是否支持USB导出、连续72小时数据回溯、远程报警推送等，是现代智能实验室的重要考量。

五、未来趋势：智能化、远程化与自学习算法的引入

随着人工智能与IoT的融合，未来CO₂控制器将进一步向自学习算法控制、云端监控、语音诊断等方向演进。例如部分新款Thermo培养箱已实现通过手机App实时远程调控CO₂浓度，并由云端模型预测系统故障。此外，多传感器耦合技术（如CO₂+O₂+温度三位一体传感器）也正在被Binder、ESCO等品牌引入下一代产品中，进一步提升控制器的智能水平与环境适应性。

六、结语

CO₂控制器作为水套式二氧化碳培养箱中不可或缺的“大脑”，其品牌与型号对整体性能起着决定性作用。从早期的模拟调节器到如今集成NDIR传感器、数字PID算法、自适应控制系统的先进产品，其技术进步持续提升了细胞培养的质量和效率。在选择培养箱时，用户应根据实验要求、预算范围、操作便利性、售后保障等因素，综合判断控制器系统的适配性。通过选购高质量的CO₂控制器，实验室将更有信心面对复杂多变的生物实验环境，也能有效提升科研数据的可重复性与可靠性。