CN102368163A

CN102368163A - 一种具有环境温度补偿功能的温度控制系统

Info

Publication number: CN102368163A
Application number: CN2011102458576A
Authority: CN
Inventors: 吴一辉; 黎海文; 张志强; 郝鹏; 周连群
Original assignee: Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2012-03-07

Abstract

本发明公开了一种具有环境温度补偿功能的温度控制系统，根据环境温度的变化主动改变反应盘的温度，从而补偿环境温度对反应液温度的影响。其包括一用于检测反应盘温度的反应盘温度检测电路，反应盘温度检测电路通过一第一A/D转换模块连接一单片机，单片机连接一驱动电路，驱动电路连接加热片，加热片设置在反应盘的周围，反应盘内嵌有反应杯，并对反应杯中的反应液进行加热，其还包括一用于检测环境温度的环境温度检测电路，环境温度检测电路通过一第二A/D转换模块连接单片机。本发明的温度控制系统不仅满足了生化分析仪对温度的精度高、响应快、稳定性好的要求，而且提高了仪器的环境适应能力。

Description

一种具有环境温度补偿功能的温度控制系统

技术领域

本发明涉及一种温度控制系统，尤其涉及一种具有环境温度补偿功能的温度控制系统。

背景技术

温度控制系统是生化分析仪的重要组成部分，被检样品和试剂只有在指定的温度下检测才能保证生化检验结果的可靠性。目前，生化分析仪中主要使用的温度控制方式有空气浴、水浴、恒温液浴、固体干式浴和帕尔贴效应片等。其中，固体直热恒温系统具有很多优点，其反应盘储热能力较强，导热迅速，温度稳定均匀，反应液升温快，维护方便。因此，固体直热恒温系统越来越多被用于小型生化分析仪。

固体直热恒温系统如图1所示，系统反应盘为一热容量大的铝盘，外围是用聚四氟乙烯做的保温罩，周围三个加热片对反应盘立体加热，温度传感器（PT1000）安装在反应盘中，反应盘温度被主动控制。因此，反应盘能很容易稳定在所需要的温度，并且受环境温度影响很小。反应杯嵌在反应盘中，反应液在反应杯中发生生化反应。由于反应液的体积小，热容量小，受环境温度影响大。假设环境温度波动不大，反应液与反应盘、环境发生热交换，最终会稳定在某个温度。

然而，如果把控制系统放置一个与室温相差较大的环境下（如10℃、30℃），虽然反应液能稳定在某个温度，但是稳定的温度与特定的反应温度有一定的偏差，实验证明，偏差最大达1℃，不能满足生化测试的需要。因此，需要一种温度控制系统对环境的影响进行补偿，使得反应液稳定在其特定的温度。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种温度控制系统对环境的影响进行补偿，使得反应液稳定在其特定的温度。

可知当环境温度升高（设环境温度小于37℃），则反应液给与环境的单位时间热量就会减小，热平衡被破坏，如果反应盘温度保持不变，反应液温度就会升高，为了使反应液温度恒定，可以将反应盘温度降低，使反应液在单位时间从反应盘获得热量再次等于它给与环境的热量，这样反应液温度保持不变；相反，如果环境温度降低，反应盘的温度相应升高，这样反应液温度也会保持不变。补偿的方法就是主动改变反应盘的温度来补偿环境对反应液的影响。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种具有环境温度补偿功能的温度控制系统，包括一用于检测反应盘温度的反应盘温度检测电路，所述反应盘温度检测电路通过一第一A/D转换模块连接一单片机，所述单片机连接一驱动电路，所述驱动电路连接加热片，所述加热片设置在反应盘的周围，所述反应盘内嵌有反应杯，并对所述反应杯中的反应液进行加热，其还包括一用于检测环境温度的环境温度检测电路，所述环境温度检测电路通过一第二A/D转换模块连接所述单片机。

进一步的，所述环境温度检测电路包括一由铂电阻温度传感器、第一精密电阻、第二精密电阻和第三精密电阻构成的电桥电路；所述铂电阻温度传感器与所述第一精密电阻连接端及所述第二精密电阻和所述第三精密电阻连接端分别作为第一电源输入端和第二电源输入端，所述铂电阻温度传感器和所述第二精密电阻的连接端及所述第一精密电阻和所述第三精密电阻的连接端分别作为第一输出端和第二输出端；所述第一电源输入端连接一第一双极性运算放大器的输出端，所述第一双极性运算放大器的同相输入端连接一电压基准芯片的输出端，所述第一双极性运算放大器的反相输入端连接所述第一输出端，所述第二电源输入端接地，所述第一输出端还连接一仪表放大器的反相输入端，所述仪表放大器的同相输入端连接所述第二输出端，所述仪表放大器的输出端连接一滤波器的输入端；所述滤波器的输出端连接所述第二A/D转换模块。

进一步的，所述驱动电路包括一作为功率放大器的达林顿管，所述达林顿管的输出端连接所述加热片，输入端连接一三极管的发射极，所述三极管的集电极通过一第六电阻接电源，基极通过一第五电阻连接一第二双极性运算放大器输出端，所述第二双极性运算放大器的反相输入端连接一光电隔离器件，所述第二双极性运算放大器的同相输入端与所述三极管的发射极连接，并分别通过第四电阻及电容接地。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的温度控制系统由两部分组成，一部分是用来控制反应盘的温度，另一部分是用来进行温度补偿。前部分控制过程是：测量反应盘温度，用来作温度控制的反馈，再通过自适应PID控制，输出占空比可变方波，形成PWM 控制，驱动加热片给反应盘加热，进而控制反应盘温度；后部分温度补偿过程是：测量环境温度，由补偿规律来确定所要控制的反应盘温度，这样可以提高或者减少反应盘温度，实现反应液的温度补偿。

本发明的温度控制系统不仅满足了生化分析仪对温度的精度高、响应快、稳定性好的要求，而且提高了仪器的环境适应能力。本发明的温度的温度补偿方法同样也可适用于其它仪器的温度控制。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了固体直热恒温系统的结构示意图。

图2为本发明的温控控制系统的原理框图。

图3为温度补偿规律图。

图4为没有温度补偿的反应液温度与环境温度关系图。

图5为具有温度补偿的反应液温度与环境温度关系图。

图6为本发明的环境温度检测电路的一实施例的结构示意图。

图7为本发明的驱动电路的一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参见图1所示，一种具有环境温度补偿功能的温度控制系统，包括一用于检测反应盘温度的反应盘温度检测电路1，所述反应盘温度检测电路1通过一第一A/D转换模块2连接一单片机3，所述单片机3连接一驱动电路4，所述驱动电路4连接加热片5，所述加热片5设置在反应盘6的周围，所述反应盘6内嵌有反应杯，并对所述反应杯中的反应液7进行加热，其还包括一用于检测环境温度10的环境温度检测电路8，所述环境温度检测电路8通过一第二A/D转换模块9连接所述单片机3。

参见图6所述，所述环境温度检测电路8包括一由铂电阻温度传感器R1、第一精密电阻R2、第二精密电阻R3和第三精密电阻R4构成的电桥电路；所述铂电阻温度传感器R1与所述第一精密电阻R2连接端及所述第二精密电阻R3和所述第三精密电阻R4连接端分别作为第一电源输入端A和第二电源输入端B，所述铂电阻温度传感器R1和所述第二精密电阻R3的连接端及所述第一精密电阻R2和所述第三精密电阻R4的连接端分别作为第一输出端C和第二输出端D；所述第一电源输入端A连接一第一双极性运算放大器U1的输出端，所述第一双极性运算放大器U1的同相输入端连接一电压基准芯片MAX6325的输出端，所述第一双极性运算放大器U1的反相输入端连接所述第一输出端C，所述第二电源输入端B接地，所述第一输出端C还连接一仪表放大器AD623的反相输入端，所述仪表放大器AD623的同相输入端连接所述第二输出端D，所述仪表放大器AD623的输出端连接一滤波器RC的输入端；所述滤波器RC的输出端连接所述第二A/D转换模块9。

参见图7所示，所述驱动电路4包括一作为功率放大器的达林顿管11，所述达林顿管11的输出端连接所述加热片5，输入端连接一三极管S8050的发射极，所述三极管S8050的集电极通过一第六电阻R5接电源13，基极通过一第五电阻R5连接一第二双极性运算放大器U2输出端，所述第二双极性运算放大器U2的反相输入端连接一光电隔离器件12，所述第二双极性运算放大器U2的同相输入端与所述三极管S8050的发射极连接，并分别通过第四电阻R5及电容C1接地。

以下对本发明的原理及有益效果做进一步的解释：

环境温度与反应盘温度最终决定了反应液温度。

通过实验可得出反应液温度恒定在37℃时环境温度、反应盘温度的关系曲线，根据关系图，主动改变反应盘温度，实现对环境温度的补偿，最终实现反应液温度恒定。

环境温度补偿实验采用恒温箱模拟实现，在不同的环境温度下，调节反应盘温度，使反应液温度恒定在37℃，从而得出环境温度与反应盘温度的关系，该温度补偿规律如图3，其中反应盘温度是测温电路的示值。

如图4所示，在环境温度17℃时，将反应液温度控制在37℃。而当环境温度变化时，没有环境温度补偿，通过实验得到不同环境温度下反应液温度曲线，由图4可以看出，反应液温度和37℃的差最大可以达到1℃。

如果按照图3的补偿规律进行温度控制，反应液温度曲线图如图5。可以看出，反应液温度和37℃的差在±0.3℃之内，也即本发明的系统温度控制正确度为±0.3℃。总之，反应液温度能被控制在37℃，其正确度为±0.3℃、波动为±0.1℃。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1. 一种具有环境温度补偿功能的温度控制系统，包括一用于检测反应盘温度的反应盘温度检测电路（1），所述反应盘温度检测电路（1）通过一第一A/D转换模块（2）连接一单片机（3），所述单片机（3）连接一驱动电路（4），所述驱动电路（4）连接加热片（5），所述加热片（5）设置在反应盘（6）的周围，所述反应盘（6）内嵌有反应杯，并对所述反应杯中的反应液（7）进行加热，其特征在于：还包括一用于检测环境温度（10）的环境温度检测电路（8），所述环境温度检测电路（8）通过一第二A/D转换模块（9）连接所述单片机（3）。

2. 根据权利要求1所述的具有环境温度补偿功能的温度控制系统，其特征在于：所述环境温度检测电路（8）包括一由铂电阻温度传感器（R1）、第一精密电阻（R2）、第二精密电阻（R3）和第三精密电阻（R4）构成的电桥电路；所述铂电阻温度传感器（R1）与所述第一精密电阻（R2）连接端及所述第二精密电阻（R3）和所述第三精密电阻（R4）连接端分别作为第一电源输入端（A）和第二电源输入端（B），所述铂电阻温度传感器（R1）和所述第二精密电阻（R3）的连接端及所述第一精密电阻（R2）和所述第三精密电阻（R4）的连接端分别作为第一输出端（C）和第二输出端（D）；所述第一电源输入端（A）连接一第一双极性运算放大器（U1）的输出端，所述第一双极性运算放大器（U1）的同相输入端连接一电压基准芯片（MAX6325）的输出端，所述第一双极性运算放大器（U1）的反相输入端连接所述第一输出端（C），所述第二电源输入端（B）接地，所述第一输出端（C）还连接一仪表放大器（AD623）的反相输入端，所述仪表放大器（AD623）的同相输入端连接所述第二输出端（D），所述仪表放大器（AD623）的输出端连接一滤波器（RC）的输入端；所述滤波器（RC）的输出端连接所述第二A/D转换模块（9）。

3. 根据权利要求1或2所述的具有环境温度补偿功能的温度控制系统，其特征在于：所述驱动电路（4）包括一作为功率放大器的达林顿管（11），所述达林顿管（11）的输出端连接所述加热片（5），输入端连接一三极管（S8050）的发射极，所述三极管（S8050）的集电极通过一第六电阻（R5）接电源（13），基极通过一第五电阻（R5）连接一第二双极性运算放大器（U2）输出端，所述第二双极性运算放大器（U2）的反相输入端连接一光电隔离器件（12），所述第二双极性运算放大器（U2）的同相输入端与所述三极管（S8050）的发射极连接，并分别通过第四电阻（R5）及电容（C1）接地。