CN105087370A - 一种微生物培养仪及其温度控制系统 - Google Patents

Abstract

一种温度控制系统，包括由第一壳体围绕成的与外界环境隔离的第一腔体；由第二壳体围绕成的第二腔体，所述第二腔体设置在第一腔体内，用于容纳保温对象；第一温度控制器，用于对第一腔体和第二腔体进行加热和/或制冷；和具有温度失控保护开关的第二温度控制器，用于对保温对象进行加热。本申请提供的微生物培养仪及其温度控制系统，通过第一腔体将第二腔体与外界隔离，保温对象放置在第二腔体内，不容易被外界环境的温度变化所影响，能够达到更好的温度控制效果，同时独特的温度失控保护设计，确保整个温控系统的电气安全。

Description

一种微生物培养仪及其温度控制系统

技术领域

本申请涉及生物样本检测领域，具体涉及一种微生物培养仪及其温度控制系统。

背景技术

微生物培养系统广泛应用于检测生物样本（例如放置在培养瓶或其他类似器皿中的血液或无菌体液）中是否存在微生物的临床检测领域。用于检测生物样本的设备主要包括控制系统、测量检测系统以及孵育温控系统。其中，孵育温控系统常用来提供准确稳定的孵育环境。通常，刚性骨架设置在孵育空间内，刚性骨架用于装载盛有生物样本的容器，孵育空间保持恒定的温度。在这种方式中，孵育空间与外界环境仅通过一层外壳隔离，外界环境的温度波动相对较容易影响孵育空间内的孵育温度，因此，较难确保测量检测结果不受外界环境的影响。

发明内容

本申请提供一种微生物培养仪及其温度控制系统，解决了外界环境的温度波动容易影响孵育空间内孵育温度的问题。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种温度控制系统，包括：

由第一壳体围绕成的与外界环境隔离的第一腔体；

由第二壳体围绕成的第二腔体，所述第二腔体设置在第一腔体内，用于容纳保温对象；

第一温度控制器，用于对第一腔体和第二腔体进行加热和/或制冷。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种微生物培养仪，包括控制系统、测量检测系统和上述的任一种温度控制系统；所述温度控制系统用于为生物样本提供孵育环境；所述控制系统用于控制测量检测系统对所述生物样本进行测量检测。

本申请提供的微生物培养仪及其温度控制系统，通过第一腔体将第二腔体与外界隔离，保温对象放置在第二腔体内，不容易被外界环境的温度变化所影响，能够达到更好的温度控制效果。

附图说明

图1为本申请一种实施例中微生物培养仪的结构示意图；

图2为本申请一种实施例中温度控制系统的结构示意图；

图3为本申请另一种实施例中温度控制系统的结构示意图；

图4为本申请一种实施例温度控制系统中刚性骨架的结构示意图；

图5为本申请一种实施例中固体直热方式的示意图；

图6a-6c为具体应用例中外界环境、第一腔体和第二腔体、刚性骨架和保温对象之间的温度关系示意图。

具体实施方式

请参考图1，本申请实施例提供了一种微生物培养仪，包括控制系统101、测量检测系统102和温度控制系统103。温度控制系统103用于为生物样本提供孵育环境。控制系统101用于控制测量检测系统102对生物样本进行测量检测。其中，温度控制系统103可以采用下面实施例中提供的任意一种。

需要说明的是，在具体实施例中，第一温度控制器包括第一加热器和/或第一制冷器，通常，第二温度控制器为第二加热器，本领域技术人员可以根据具体需要选择第一温度控制器为第一加热器和/或第一制冷器。本申请实施例中主要以第一温度控制器为第一加热器、第二温度控制器为第二加热器为例进行说明。

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

请参考图2，本实施例提供了一种温度控制系统，包括由第一壳体201围绕成的与外界环境隔离的第一腔体202、由第二壳体203围绕成的第二腔体204和第一加热器206。第二腔体204设置在第一腔体202内，用于容纳保温对象205；第一加热器206用于对第一腔体202和第二腔体204进行加热。

温度控制系统通过第一腔体202将第二腔体204与外界隔离，保温对象放置在第二腔体204内，不容易被外界环境的温度变化所影响，能够达到更好的温度控制效果。

在具体实施例中，第二壳体203上开设用于连通第一腔体202和第二腔体204的通孔。第一加热器206对第一腔体202和第二腔体204进行加热，使之达到预设的温度值。通孔用于第一腔体202和第二腔体204之间进行热传导。第一加热器206可以设置在第一腔体202或第二腔体204，第一加热器206对其中任意一个腔体进行加热时，可以通过通孔的热传导作用同时实现对另一个腔体的加热。第一加热器206主要用于弥补因放入新的保温对象、系统开门以及系统整机固有热损所造成的热量损失。

优选的，通孔包括气体从第一腔体202流出到第二腔体204的出风口208和气体从第二腔体204流入到第一腔体202的入风口209。出风口208和入风口209分别设置在第二壳体203相对的两端，第一腔体-出风口-第二腔体-入风口-第一腔体形成一循环风道。

进一步，第一腔体202内设置有鼓风装置207，用于驱动第一腔体202和第二腔体204内的气体沿着一固定方向在循环风道内流动。鼓风装置207驱动第一腔体202和第二腔体204内的气体沿循环风道内流动的方向如图2中的箭头所示。在其他实施例中，鼓风装置207还可以驱动第一腔体202和第二腔体204内的气体沿图2箭头相反的方向流动。出风口208和入风口209的数量可以根据具体需要设置。具体的，鼓风装置207可以是风扇。

循环风道内流动的气体可以保证第一腔体202和第二腔体204内温度的均匀性，同时也提高了温度控制的效率。

由于第二腔体204内放置有保温对象205，因此，随着气流往入风口209处流动，气流要抵抗阻力做功，循环风道内流动的气体在从出风口208至入风口209处速度会被逐渐减小，因此，优选的，温度控制系统还包括设置在第二腔体204一侧的增压板210，增压板210到第二腔体204另一侧的距离从出风口208至入风口209逐渐收窄。增压板210的目的就是增加腔体在入风口209一端的动压，进而起到加快气流流速的作用，保证各个保温对象表面的气体流速相同，以达到更好的温度控制效果。增压板210到第二腔体204另一侧的距离从出风口208至入风口209收窄的幅度可以根据具体的风速灵活设置。在具体实施例中，增压板210可以是倾斜放置的板状材料，也可以是一楔形材料。

为了减小气流的阻力，并保证气流具有一致的流向，第一腔体202的转角处设置有与气体流向存在一定角度的引流板211。

在具体实施例中，温度控制系统还包括控制电路（图中未示出），其设置在第一壳体101外部，用于控制第一加热器206通电或断电。例如，在保温对象的温度达到目标温度时，控制电路控制第一加热器206停止加热。

温度控制系统还包括设置在第一腔体202或第二腔体204内的第一温度传感器，用于检测第一腔体202和第二腔体204内的温度，并反馈给控制电路。控制电路还用于根据第一温度传感器反馈的温度信息控制第一加热器206的工作状态，例如控制控制第一加热器206的输出功率。

具体的，本实施例中，保温对象205为微生物样本。需要说明的是，保温对象通常盛装在容器（例如培养瓶）内，之后再放置在第二腔体内；在某些实施例中，如果保温对象为固体，则可以不需要容器盛装，直接放置在第二腔体内。

目前，温度控制系统比较成熟的技术方案主要有两种，一种是采用塑料材质作为培养瓶等生物样本器皿的刚性骨架，通过在封闭空间单纯的空气浴使培养瓶内的样本温度升高并保持在设定温度；另一种是采用导热极好的金属材料作为刚性骨架，通过功率加热器件直接加热金属体，进而较为快速的对培养瓶内的样本进行加热及保温。

不过，这两种技术路线都有自身不可避免的缺陷。对于第一种来说，主要存在下面三个问题：

1、样本加热时间过长。由于塑料热导率低，因此需要较长的时间将培养瓶中的样本加热至目标温度。

2、系统反应迟滞。由于是通过热空气对培养瓶内的样本加热，对空气本身的加热和冷却速度较慢，因此，系统通过温度传感器反馈给温度控制电路的目标温度值总会滞后于目标实际温度值。

3、温控稳定性差，控制精度低。由于系统反应存在迟滞，同时加上外部的干扰例如热损，会使温度控制系统容易波动，无法准确控制温度，并且当加热温度超过目标温度之后，单纯依靠自身则无法实现冷却，需要等待仪器自行散热降温或者增加独立冷却设备。

对于第二种技术路线来说，主要存在的问题在于金属模块温升速度较快，极容易出现温度过冲的现象，即实际温度超过目标温度。例如，目标温度是35℃，加热一段时候后，实际温度为38℃。为了解决温度过冲的问题，目前普遍的方法是引入外部温度较低的空气对其进行冷却。该方法可以较好的解决固体直热带来的温度过冲问题，但是缺点也同样显著，大量空气流入流出，会在仪器内部积累大量的灰尘，过滤网需要频繁清洁或更换。同时由于排出的空气带走了部分热量，降低了仪器输出功率的利用率。

为解决上述问题，本实施例提供的温度控制系统还包括设置在第二腔体204内的刚性骨架212，用于装载盛装保温对象205的容器。进一步，刚性骨架212侧面贴附有第二加热器213，用于对刚性骨架212和保温对象进行加热。具体的，控制电路还用于控制第二加热器213通电或断电。

第二加热器213可以使用柔性加热器件例如硅胶加热片、电阻丝、PTC（PositiveTemperatureCoefficient，正温度系数热敏电阻）原理的加热器件等。第二加热器213主要用于弥补因放入新的保温对象而造成的热量损失。

具体的，刚性骨架212采用具有较高热导率的金属材料。刚性骨架212至少具有一个固定孔位，用于安装固定盛装保温对象205的容器。如图4所示，为刚性骨架212的结构示意图，2120为用于安装固定保温对象205的固定孔位，第二加热器213贴附在刚性骨架212的两个侧面2121。在具体应用例中，可以采用硬铝机加工出放置保温对象的圆孔固定孔位，并在底部放置温度传感器用于检测温度，在两侧安装第二加热器，利用铝材具有轻质及高导热率的特性，可以有效保证刚性骨架的温度均匀性和导热能力。图4所示为整机机械加工成型的刚性骨架，在其它实施例中，还可以以两个孔位为单元进行挤压模加工，整体拼装后得到刚性骨架。

第二加热器213对刚性骨架212和保温对象进行加热属于固体直热的方式，因此，可以提高系统的温升能力及导热效率，保证温升时间及温差反馈时间都处于一个较小的水平。如图5所示，为固体直热的示意图，其中，205为保温对象，其盛装在容器2050内，通过两侧的第二加热器213直接对刚性骨架212和保温对象205进行加热。

温度控制系统还包括设置在刚性骨架212底面的第二温度传感器（图中未示出），用于检测刚性骨架212和保温对象的温度。具体的，第二温度传感器检测到刚性骨架212和保温对象的温度后，将检测结果反馈给控制电路；控制电路还用于根据第二温度传感器反馈的温度信息控制第二加热器213的工作状态。

优选的，控制电路还用于在第一加热器206对第一腔体202和第二腔体204加热、第二加热器213对刚性骨架212和保温对象加热时，控制第一腔体202和第二腔体204的温度低于刚性骨架212和保温对象的温度一个预设温度值。

请参考图6a-6c，为该预设温度值为0.5℃时，三个具体应用例中，外界环境、第一腔体和第二腔体、刚性骨架和保温对象之间的温度关系示意图。

图6a中，外界环境为10-20℃，第一腔体和第二腔体为34.5℃，刚性骨架和保温对象为35℃。

图6b中，外界环境为0-5℃，第一腔体和第二腔体为39.5℃，刚性骨架和保温对象为40℃。

图6c中，外界环境为30-35℃，第一腔体和第二腔体为24.5℃，刚性骨架和保温对象为25℃。

需要说明的是，以固体直热方式对保温对象进行加热时，加热温度应严格等于目标温度，而第一腔体和第二腔体内的加热温度低于目标温度0.5℃，当刚性骨架和保温对象的温度超过目标温度时，第一腔体和第二腔体便可以立即对刚性骨架和保温对象进行降温，从而有效防止刚性骨架和保温对象局部过热。另外，采用密闭的循环风道，还可以避免将外界的灰尘带入仪器内部，从而保证仪器内部的清洁。图6a和6b提供的是外界环境温度低于目标温度时的情况，另外，当第一温度控制器包括第一制冷器时，温度控制系统可以工作在外界环境高于目标温度的情况下，如图6c所示，当外界环境为30-35℃时，通过第一制冷器将第一腔体和第二腔体内温度维持在24.5℃，通过第二加热器将刚性骨架和保温对象的温度维持在25℃。

另外，对于目前市场上的微生物培养仪来说，其温度控制系统应对温度失控的方法均是通过采用电子温度传感器对温度进行实时探测，当发现温度异常时，系统报警并断电。然而当温度控制系统由于自身电路原因出现故障时如温度传感器失灵或者控制系统故障，则不能即时识别出温度异常的情况，因此，有可能出现温度异常的风险。

为解决上述问题，本实施例提供的温度控制系统还包括耦合在电源和第二加热器213之间的温度失控保护开关214，温度失控保护开关214设置在刚性骨架212上，用于在刚性骨架212和保温对象的温度超过设定阈值时自动断开电源与第二加热器213之间的连接。

具体的，温度失控保护开关214可以是采用双金属片作为感温组件的温控器。系统正常工作时，双金属片处于自由状态，触点处于闭合状态。当温度传感器失效或者电路异常而导致温度异常升高，温度超过设定阈值时，双金属片受热产生内应力而迅速动作，打开触点，切断电路，从而起到控温作用。通常，该设定阈值为双金属片感受温度时发生物理形变的临界点温度。当系统冷却到复位温度时，触点自动闭合，系统恢复正常工作状态。

请参考图3，在某些实施例中，第一温度控制器包括第一制冷器和第一加热器，具体的，第一制冷器包括设置在第一壳体201上的制冷装置215和设置在第一腔体202内的热传导板栅216，制冷装置215与热传导板栅216连接。制冷装置215用于在控制电路的控制下，通过设置在第一腔体202内的热传导板栅216来降低第一腔体202内的温度。当设置有热传导板栅216时，由于热传导板栅216占据了第一腔体202内的部分空间，第一加热器206可以固定在第二壳体203上。

需要说明的是，控制电路可以提供第一加热器206、第二加热器213、鼓风装置207、第一温度传感器、第二温度传感器等器件的连接接口，同时通过控制程序负责PID算法，从而为保温对象提供稳定均匀的环境温度。

在某些实施例中，可以增加或减少引流板211和增压板210的数量，也可以更改出风口和入风口的相对位置及数量。为了进一步提升保温效果，还可以在第一壳体201的外侧安装保温材料。

本申请实施例提供的微生物培养仪及其温度控制系统，通过第一腔体将第二腔体与外界隔离，保温对象放置在第二腔体内，不容易被外界环境的温度变化所影响；通过气体在循环风道内流动，使得系统内的温度更加均匀；采用固体直热式的加热方式，保证了保温对象的加热效率。因此，微生物培养仪及其温度控制系统能够达到更好的温度控制效果。

需要说明的是，本申请实施例提供的温度控制系统不仅可应用于微生物分析仪上，还可以应用到其它需要进行温度控制的仪器设备上，例如生化分析仪、血细胞分析仪等。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (16)

1.一种温度控制系统，其特征在于，包括：

由第一壳体（201）围绕成的与外界环境隔离的第一腔体（202）；

由第二壳体（203）围绕成的第二腔体（204），所述第二腔体（204）设置在第一腔体（202）内，用于容纳保温对象（205）；

第一温度控制器（206），用于对第一腔体（202）和第二腔体（204）进行加热和/或制冷。

2.如权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，所述第二壳体（203）上开设用于连通第一腔体（202）和第二腔体（204）的通孔。

3.如权利要求2所述的温度控制系统，其特征在于，所述通孔包括气体从第一腔体（202）流出到第二腔体（204）的出风口（208）和气体从第二腔体（204）流入到第一腔体（202）的入风口（209）；所述出风口（208）和入风口（209）分别设置在第二壳体（203）相对的两端，第一腔体-出风口-第二腔体-入风口-第一腔体形成一循环风道。

4.如权利要求3所述的温度控制系统，其特征在于，所述第一腔体（202）内设置有鼓风装置（207），用于驱动第一腔体（202）和第二腔体（204）内的气体沿着一固定方向在所述循环风道内流动。

5.如权利要求4所述的温度控制系统，其特征在于，所述温度控制系统还包括设置在第二腔体（204）一侧的增压板（210），所述增压板（210）到第二腔体（204）另一侧的距离从出风口（208）至入风口（209）逐渐收窄。

6.如权利要求5所述的温度控制系统，其特征在于，所述第一腔体（202）的转角处设置有改变气体流向的引流板（211）。

7.如权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，还包括控制电路，其设置在第一壳体（101）外部，用于控制第一温度控制器（206）通电或断电。

8.如权利要求7所述的温度控制系统，其特征在于，还包括设置在第一腔体（202）或第二腔体（204）内的第一温度传感器，用于检测第一腔体（202）和第二腔体（204）内的温度，并反馈给所述控制电路；所述控制电路还用于根据第一温度传感器反馈的温度信息控制第一温度控制器（206）的工作状态。

9.如权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，所述第一温度控制器（206）设置在第一腔体（202）内。

10.如权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，所述第一温度控制器（206）包括第一加热器和/或第一制冷器。

11.如权利要求1-10任一项所述的温度控制系统，其特征在于，还包括设置在第二腔体（204）内的刚性骨架（212），用于装载保温对象（205）。

12.如权利要求11所述的温度控制系统，其特征在于，还包括贴附在所述刚性骨架（212）侧面的第二温度控制器（213），用于对刚性骨架（212）和保温对象进行加热。

13.如权利要求12所述的温度控制系统，其特征在于，还包括设置在刚性骨架（212）底面的第二温度传感器，用于检测刚性骨架（212）和保温对象的温度。

14.如权利要求11所述的温度控制系统，其特征在于，所述第一温度控制器（206）对第一腔体（202）和第二腔体（204）加热和/或制冷、第二温度控制器（213）对刚性骨架（212）和保温对象加热时，控制第一腔体（202）和第二腔体（204）的温度低于刚性骨架（212）和保温对象的温度一个预设温度值。

15.如权利要求12所述的温度控制系统，其特征在于，还包括耦合在电源和第二温度控制器（213）之间的温度失控保护开关（214），所述温度失控保护开关（214）设置在刚性骨架（212）上，用于在刚性骨架（212）和保温对象的温度超过设定阈值时自动断开电源与第二温度控制器（213）之间的连接。

16.一种微生物培养仪，其特征在于，包括控制系统、测量检测系统和如权利要求1-15任一项所述的温度控制系统；所述温度控制系统用于为生物样本提供孵育环境；所述控制系统用于控制测量检测系统对所述生物样本进行测量检测。