CN107782604A - 一种快速均匀加热的高通量石墨加热模块 - Google Patents

一种快速均匀加热的高通量石墨加热模块 Download PDF

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朱秀娟
陈建钢
刘志高
赵永强
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Abstract

本发明公开了一种快速均匀加热的高通量石墨加热模块，其主要由石墨加热台，加热棒，温度控制器配合构成，其中石墨加热组件表面设置有特氟龙层，其上开设有若干的样品位；加热棒穿设在石墨加热台中，并等距分布在石墨加热组件上的样品位之间；温控器控制连接加热棒。本模块中采用石墨喷涂特氟龙为加热材料，既可以防止酸对加热模块的腐蚀，同时石墨材料的导热性极好，能快速升温至所需温度。同时温度控制器控制加热棒通过热传导至石墨加热台，温度控制准确。

Description

一种快速均匀加热的高通量石墨加热模块
技术领域
本发明涉及一种科学仪器，具体涉及科学仪器中的加热技术。
背景技术
在分析化学发展的过程中，样本前处理技术一直没有受到重视，相对与现代分析技术的快速发展，样本前处理技术以及仪器的发展滞后并制约了分析化学的发展，在过去的很多年中，分析化学的发展集中在研究分析方法的本身：如何提高灵敏度、选择性以及分析速度；如何应用物理、化学、生物学等方面的理论来发展新的分析方法与技术，以满足新技术对分析化学提出的新目标与高要求；如何采用新技术的成果改进分析仪器的性能、速度、以及自动化的程度。长期以来忽视对前处理方法与技术的研究，是样本前处理技术成为制约分析化学发展的瓶颈。
其中对样本加热是样本前处理技术中一个重要的环节，而现有的加热技术普遍存在加热速度慢、加热不均匀的问题；这大大影响了样本前处理的效率和效果。
发明内容
针对现有样本加热技术所存在的问题，需要一种新的样本加热技术，实现对样本的快速均匀加热。
为此，本发明所要解决的技术问题是提供一种快速均匀加热的高通量石墨加热模块，以对样本进行快速均匀加热。
为了达到上述目的，本发明提供的快速均匀加热的高通量石墨加热模块，主要包括：
石墨加热台，所述石墨加热组件表面设置有特氟龙层，其上开设有若干的样品位；
加热棒，所述加热棒穿设在石墨加热台中，并等距分布在石墨加热组件上的样品位之间；
温度控制器，所述温控器控制连接加热棒。
进一步的，所述石墨加热台的上样品位为石墨孔洞，呈阵列式分布。
进一步的，所述样品位内设置有温度传感器，所述温度传感器连接至温控器。
进一步的，所述温度控制器通过固态继电器控制加热棒。
本模块中采用石墨喷涂特氟龙为加热材料，既可以防止酸对加热模块的腐蚀，同时石墨材料的导热性极好，能快速升温至所需温度。同时温度控制器控制加热棒通过热传导至石墨加热台，温度控制准确。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明实例中高通量石墨加热模块的结构示意图；
图2为本发明实例中单个石墨加热台的结构示意图；
图3为本发明实例中石墨加热台与加热棒配合示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
以中国国家重大科学仪器设备开发专项《多用途样品前处理仪器的开发和应用》的子任务4(项目编号：2013YQ15055704)研发的全自动赶酸定容仪为例。
该全自动赶酸定容仪需要对样品进行加热，且要求温度范围从室温-250℃，温度误差控制在±1℃，可满足72位样品同时加热赶酸至蒸干或近干的要求。
为此，本实例提供快速均匀加热的高通量石墨加热模块的方案。
参见图1，其所示为本实例提供的高通量石墨加热模块100的整体结构示意图。
由图可知，该本实例提供的高通量石墨加热模块100由3个独立设备组合而成，每个独立设备即为一个高通量石墨加热模块100。另外，对于高通量石墨加热模块配合使用的数量，可根据实际需求而定，可以独立使用，可以多台配合使用。
这里的每个高通量石墨加热模块100，主要包括石墨加热台110、基座120、温控器130以及若干的加热棒140。
其中，石墨加热台110作为待加热样品的承载和加热平台，用于承载样品并对其进行快速均匀加热。
参见图2，本实例中的石墨加热台110整体为全部由石墨材料制成方体结构。具体选用优质、耐磨的石墨进行精细加工而成，同时在石墨加热台110的上表面上开设有若干的石墨孔洞111作为样品位，用于放置待加热样品，并对其进行加热。
这些若干的石墨孔洞111为口径相同的圆形，根据需要可采用不同口径，或采用不同形状。为了保证每个石墨孔洞111内的温度相同，这些若干的石墨孔洞111之间呈等距阵列式分布在石墨加热台110上。作为优选，本实例中的石墨孔洞111采用4*3阵列分布。
与之配合，在石墨加热台110的反面根据其上石墨孔洞111的分布对应的设置有若干的加热棒安置槽112，使得每个石墨孔洞111与最近加热棒之间的直线垂直距离相同，由此保证每个石墨孔洞111中能够获得相同的加热温度。
本实例中的石墨孔洞111为等距阵列式分布，加热棒安置槽112分布在相邻两列石墨孔洞111的中间位置，这样每个加热棒安置槽112与分布在其两侧的石墨孔洞111之间直线垂直距离相同。
对应于石墨孔洞111采用4*3阵列分布的方式，本实例设置5个加热棒安置槽112，分布在4列石墨孔洞111中间。
在此基础上，本实例还在石墨加热台110上进一步开设若干的热电偶安置槽113,用于在每个石墨孔洞内安置相应的热电偶，以检测石墨孔洞内温度。
针对如此结构的石墨加热台110，本实例进一步在石墨加热台110的表面喷涂一层特氟龙保护层，通过该特氟龙保护层能够有效防止石墨加热台110的耐酸腐蚀性能，可有效防止酸对加热模块的腐蚀。
为保证石墨加热台110耐酸腐蚀性能可靠性，该特氟龙保护层采用匀厚，覆盖整个石墨加热台110的表面，同时厚度达到0.2mm-2mm。
根据上述方案构成的石墨加热台110，其采用石墨喷涂特氟龙为加热材料，石墨材料具有极好的导热性，能快速升温至所需温度；同时表面喷涂的特氟龙层可以防止酸对加热模块的腐蚀。
本实例中的基座120，其用于承载石墨加热台110。该基座120的具体结构、材质等属性，可根据实际需求而定，此处不加以限定。
本实例中的若干的加热棒140，作为热源通过热传导至石墨加热台110。本实例中优选100W加热棒，其对应的安置在石墨加热台110中的加热棒安置槽112中(如图3所示)，用于将热量以热传导的方式传至石墨加热台110，以对其上的石墨孔洞111进行均匀加热。
参见图3，对于石墨加热台110设置5个加热棒安置槽112，本实例优选5根100W加热棒等距安装在4列*3排的石墨孔洞111中间，可保证石墨热传导受热均匀，各个样品位之间的温度差尽可能小。
在此基础上，本实例还在每个石墨孔洞111中安装相应的热电偶作为温度传感器，可精确测定温度并反馈至温度控制器130。热电偶的相关导线150安置在石墨加热台110的热电偶安置槽113中。
本实例中的温度控制器130用于控制加热棒140的工作。本温度控制器130通过接收热电偶反馈的石墨孔洞111中温度信号，由此来实时控制加热棒140的工作状态，实现准确控制温度，使得温度误差小于1℃。
具体的，本实例中的温度控制器130采用安全、低功耗电路设计，使用固态继电器来控制加热棒140，由此来实现升温和控温的过程，隔离控制端和受控端。在升温阶段，温度控制器130控制固态继电器打开，使得加热棒全功率工作；当温度升到设定温度后，热电偶反馈温度信号到温控器，此时以低功率输出保温一定时间，达到省电，延长加热棒寿命的目的。
另外，根据需要本实例中的温度控制器130具有相应的IP地址，可实现远程控制。
该温度控制器130还具有相应的显示屏，用于显示温度的相关参数，可直观观察其工作状态，若超过最高温度或异常，及时闪灯报警。
基于上述的高通量石墨加热模块100，本实例针对全自动赶酸定容仪的要求，采用3个独立设备，每个设备由两块石墨加热台组成，每块石墨加热台有12个样品位(即石墨孔洞)，呈4*3分布，由一个温控器控制，由此共72个样品位，6个温控器。72位样品可在相同温度下同时加热升温，也可实现每12位设定一个温度，共6组不同温度下的同时加热升温。
每块石墨加热台由5根100W加热棒均匀分布在每列样品位中间，保证温度均一性。同时在石墨孔洞中安装热电偶，能实时精确探测温度并反馈。
由此构成的设备能在15分钟之内从室温加热到250℃，温度精度控制在±1℃内。同时实时温度显示在温控器表头上，若超过最高温度及时报警提示。
另外，根据需要可分别定义不同温控器的IP地址，温控器1-6，通过控制软件发送命令，可实现每12位样品位同时独立升温工作，提高工作效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.快速均匀加热的高通量石墨加热模块，其特征在于，所述高通量石墨加热模块包括：
石墨加热台，所述石墨加热组件表面设置有特氟龙层，其上开设有若干的样品位；
加热棒，所述加热棒穿设在石墨加热台中，并等距分布在石墨加热组件上的样品位之间；
温度控制器，所述温控器控制连接加热棒。
2.根据权利要求1所述的高通量石墨加热模块，其特征在于，所述石墨加热台的上样品位为石墨孔洞，呈阵列式分布。
3.根据权利要求1所述的高通量石墨加热模块，其特征在于，所述样品位内设置有温度传感器，所述温度传感器连接至温控器。
4.根据权利要求1所述的高通量石墨加热模块，其特征在于，所述温度控制器通过固态继电器控制加热棒。
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