CN108932000A - 一种氮气保护式样品温度调节器 - Google Patents

一种氮气保护式样品温度调节器 Download PDF

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韩克利
羊送球
徐大力
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Abstract

本发明涉及恒温恒湿控制及光谱仪器，具体说的是一种氮气保护式样品温度调节器，包括密封箱体、样品架、半导体制冷系统、外部循环冷却液系统、氮气吹扫系统。本装置利用半导体制冷和外部循环冷却液装置控制样品架的温度，实现样品温度从零下40摄氏度到80摄氏度可调，并利用氮气吹扫保持样品密封箱内干燥，避免温度在零度以下时样品架上结冰的现象。

Description

一种氮气保护式样品温度调节器
技术领域
本发明涉及恒温恒湿设备和光谱测量仪器，具体说的是一种氮气保护式样品温度调节器，本装置利用半导体制冷片和外部商用的循环冷却设备控制用于光谱测量的样品温度，为了避免在零度以下时空气中的水凝结在样品架上结霜影响光谱测量，采用氮气吹扫密封箱的办法，保持样品架附近空气干燥。
背景技术
商品化的光谱仪器，比如紫外可见吸收光谱仪、紫外可见荧光光谱仪，在测量样品时常常要使用到恒温装置，控制样品的温度，观察样品在不同温度下的光谱信号。目前商品化恒温装置已经很多，也有用于光谱仪器样品架的恒温装置，但是这些普通的样品架恒温装置大多数没有考虑到温度低于零度时空气中的水汽在样品架上的结霜问题。另外商品化的恒温装置大多数只利用外部恒温器输出的循环液控制样品架温度，其恒温控制范围主要取决于循环液种类，循环液为水时，温度调节范围最低只能到0度，循环液为乙醇时温度最低可到零下30度，对于一些低于零下30度的实验要求很难实现。
本发明将恒温控制样品架放入一个密封箱内，并将该密封箱与外部的循环冷却液，氮气以及电线连接实现恒温控制，在密封箱类通入氮气保持氮气环境隔绝空气中水汽，从而避免样品架在低于零度时结霜。
本发明使用半导体制冷片控制样品架的温度，从而调节样品架内的样品温度，可调节温度范围从零下40度到80度，外部循环冷却液主要用于冷却半导体制冷片。当外部循环冷却液为零下5度左右时，半导体制冷片可将样品温度冷却到零下40度。当外部循环冷却液为室温时，样品温度可加热到80度。
发明内容
本发明的目的在于得到一种氮气保护式样品温度调节器，用于光谱测量时样品温度的调节和控制，主要是避免温度在零度以下时样品架的结霜，还可以在零下40度到零上80度温度范围精确调节样品架温度，从而达到调节样品架内的样品温度的目的。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
样品架在密封箱内，密封箱材料为透明的有机玻璃，密封箱前后开有观察窗口，窗口中有石英片用于密封和透光；
样品架材料为硬铝，样品架上有小孔用于放置温度传感器，另外在光路中也有一孔用于透过测量的光束，样品置于样品架中；
半导体制冷片在样品架下，并紧贴样品架，用于调节控制样品架的温度；循环冷却系统包括冷却模块和冷却液循环流动管，冷却模块在半导体制冷片下，并紧贴半导体制冷片，用于调节控制相邻的半导体制冷片的温度；
隔热垫片位于循环冷却系统的下方和密封箱底板的上方，用于样品架和密封箱之间隔热，隔热垫片与样品架通过螺丝绑定在一起，隔热垫片材料为聚四氟塑料或电木等隔热材料；
氮气从气管进入吹扫保持密封箱中空气的干燥，用流量计控制氮气流量在0.6-1.2L/min范围；
密封箱为长方形，其中有两面中间位置开有窗口，用于安装石英玻璃片并使测量的光束通过；
半导体制冷片标准尺寸为40mm×40mm，通过正极电线和负极电线与外部电源连接，使用一个温度控制器控制半导体制冷片的电源系统；
循环冷却系统中，冷却液流动管中使用的冷却液可以是水或乙醇，循环流动管接外置的商业循环冷却装置。
本装置利用半导体制冷和外部循环冷却液装置控制样品架的温度，实现样品温度从零下40摄氏度到80摄氏度可调，并利用氮气吹扫保持样品密封箱内干燥，避免温度在零度以下时样品架上结冰的现象。
附图说明
图1为本发明的氮气保护式样品温度调节器纵剖面结构示意图。
图2为实施例1中本发明的氮气保护式样品温度调节器的工程装配图。
具体实施方式
请参阅附图，图1为本发明的氮气保护式样品温度调节器纵剖面结构示意图。本发明的氮气保护式样品温度调节器，包括密封箱、样品架、半导体制冷系统、循环冷却液系统、氮气吹扫系统。样品架1在密封箱2内，样品架上有小孔用于放置温度传感器11，还有一个用于透过测量光束的孔14，样品13置于样品架1内部；半导体制冷片3在样品架1下，并紧贴样品架1，用于调节样品架的温度；循环冷却液系统包括冷却模块4和冷却液循环流动管8，冷却模块4在半导体制冷片3下，并紧贴半导体制冷片3，用于调节控制相邻的半导体制冷片的温度；隔热垫片7位于循环冷却系统4的下方和密封箱2底板的上方，用于样品架和密封箱之间隔热，隔热垫片7与样品架1通过塑料螺丝6绑定在一起；氮气从气管5进入吹扫保持密封箱中空气的干燥；
密封箱2为长方形，其中有前后两面中间位置开有圆形窗口12，用于安装石英玻璃片并使测量光束通过；
半导体制冷片3尺寸为40mm×40mm，通过正极电线9和负极电线10与外部电源连接；
循环冷却系统中，冷却液流动管中使用的冷却液可以是水或乙醇，循环流动管8接外置的商业循环冷却装置；
隔热垫片7，材料为聚四氟塑料或电木等隔热材料；
样品架1材料为硬铝；
按照技术方案，设计出加工图纸，加工出各部件，在实验室完成组装，如附图2所示。
按照设计目标，在温度降低到零下40.3度时，没有发现样品架上有明显的结霜，但是样品密封箱体外右侧的循环冷却液管已经有结霜。

Claims (10)

1.氮气保护式样品温度调节器，包括密封箱、样品架、半导体制冷片、循环冷却液系统、氮气吹扫系统，其特征在于：
样品架(1)置于中空的密封箱(2)内；
样品架(1)底部为一平板、平板上方固接有样品柱，于样品柱中部沿垂直于平板上表面方向开设有样品皿容置孔，于样品皿容置孔的前后二侧壁面上开设有相对应的透光口(14)，透光口(14)用于透过测量光束；
于密封箱(2)的前后二侧壁面上开设有与透光口(14)上相对应的观察窗口(12)；
样品皿为透明材料的上端开口下端密闭容器，其内用于放置样品；
样品架上开设有用于放置温度传感器(11)的孔，孔内放置温度传感器(11)；
于样品架(1)底部平板下方设有半导体制冷片(3)，并紧贴着样品架(1)，用于调节控制样品架的温度；
循环冷却液系统包括冷却模块(4)和冷却液循环流动管(8)，冷却模块(4)置于半导体制冷片(3)下方，并紧贴着半导体制冷片(3)，用于调节控制相邻的半导体制冷片的温度；冷却模块(4)为一密闭容器，其上设有冷却液循环流动管(8)，冷却液循环流动管(8)穿过密封箱(2)侧壁面与置于密封箱(2)外部的冷却液相连；
冷却模块(4)下方设有隔热垫片(7)，隔热垫片(7)位于冷却模块(4)和密封箱2底板之间，用于样品架和密封箱之间隔热；
氮气吹扫系统包括置于密封箱(2)外部的氮气气源和气管(5)，气管(5)设置于密封箱(2)侧壁上，氮气从气管(5)进入密封箱(2)吹扫保持密封箱中空气的干燥。
2.根据权利要求1所述的氮气保护式样品温度调节器，其特征在于：
所述的密封箱2为长方体形，材料为透明有机玻璃或石英；样品皿材料为透明有机玻璃或石英。
3.根据权利要求1所述的氮气保护式样品温度调节器，其特征在于：
透光口(14)和观察窗口(12)同轴设置，均为圆形；于观察窗口(12所在处的密封箱上安装石英玻璃片用于密封并透过测量光束。
4.根据权利要求1所述的氮气保护式样品温度调节器，其特征在于：
所述的半导体制冷片3尺寸为长宽40mm×40mm。
5.根据权利要求1所述的氮气保护式样品温度调节器，其特征在于：
所述循环冷却液系统中，冷却液循环流动管(8)中使用的冷却液可以是水和/或乙醇，冷却液循环流动管(8)。穿过密封箱(2)侧壁面经泵与置于密封箱(2)外部的循环冷却装置内的冷却液相连。
6.根据权利要求1所述的氮气保护式样品温度调节器，其特征在于：
所述半导体制冷片(3)，通过正极电线(9)和负极电线(10)与密封箱(2)外部电源连接。
7.根据权利要求1所述的氮气保护式样品温度调节器，其特征在于：
所述隔热垫片7，材料为聚四氟塑料或电木等热的不良导体材料；隔热垫片(7)与样品架(1)通过螺丝(6)绑定在一起。
8.根据权利要求1所述的氮气保护式样品温度调节器，其特征在于：
所述样品架1材料为硬铝。
9.根据权利要求1所述的氮气保护式样品温度调节器，其特征在于：
所述氮气是干燥的普通氮气或高纯氮气。
10.根据权利要求7所述的氮气保护式样品温度调节器，其特征在于：
螺丝(6)为塑料螺丝。
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