CN109142020A - 无线微波消解仪温场校准装置及无线微波消解仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的无线微波消解仪温场校准装置及无线微波消解仪，用于解决密闭空间内，特别是环境参数为：内部微波频率2450±50Hz，温度0～170℃，压力0.8～1.1Mpa时，如何实施罐体温场内部检测的技术问题，其结构包括：温度采集模块、温度记录及传输模块、电源模块和微波屏蔽装置；所述温度采集模块、温度记录及传输模块分别与所述电源模块电连接；所述温度采集模块与所述温度记录及传输模块信号连接；所述温度采集模块、温度记录及传输模块、电源模块固定密封于所述微波屏蔽装置内。本发明中所述无线微波消解仪温场校准装置具有良好的工作性能、工作准确性及可靠性的技术优点。
Description
技术领域
本发明涉及无线微波消解仪温场校准技术领域，尤其是涉及一种无线微波消解仪温场校准装置及无线微波消解仪。
背景技术
微波消解是近年来兴起的一种样品前处理手段，具有速度快、试剂用量少、样品不易被沾污、节约能源等优点，目前已在生物、地质、冶金、煤炭、医药、食品等领域内,得到了广泛地应用。温度是微波消解仪的关键指标，微波消解过程中受到微波加热，高压产生的过热现象，反应放热，容器散热效果等温度因素的影响会影响到消解的完全性和安全性。如温度达不到设定温度会导致样品消解不完全，温度过高会造成消解罐内压力过大，影响消解罐使用寿命甚至造成安全问题。但对参加热力学反应样品温度和温场的实时检测始终是微波消解仪的关键技术和难点之一。因为微波环境的特殊性，为避免爆罐等危险发生，目前对微波消解仪的温度检测仍然主要停留在对微波消解罐的罐壁温度进行检测，不能对微波消解罐内的动态温场进行检测。同时，由于微波消解处于高温高压环境下，目前市场上的温度传感装置不能满足在该环境条件下稳定可靠地工作。进一步地，当微波消解装置工作条件下，密闭空间内环境参数为：内部微波频率(2450±50)Hz，温度(0～170)℃，压力(0.8～1.1)Mpa时，对温度传感装置的技术要求将更为苛刻，依现有技术生产的微波消解仪在结构上将更加不适宜在上述环境条件下实施内部检测。
因此，提供一种无线微波消解仪温场校准装置及无线微波消解仪，用于解决上述技术缺陷中的至少一种就成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线微波消解仪温场校准装置及无线微波消解仪，用于解决密闭空间内，特别是环境参数为：内部微波频率2450±50Hz，温度0～170℃，压力0.8～1.1Mpa时，如何实施罐体温场内部检测的技术问题。
为了实现上述目的：
一方面，本发明提供一种无线微波消解仪温场校准装置，包括：温度采集模块、温度记录及传输模块、电源模块和微波屏蔽装置；所述温度采集模块、温度记录及传输模块分别与所述电源模块电连接；所述温度采集模块与所述温度记录及传输模块信号连接；所述温度采集模块、温度记录及传输模块、电源模块固定密封于所述微波屏蔽装置内。
优选地，所述温度采集模块为高精度测温探头；所述高精度测温探头的测温精度为±0.1℃；所述高精度测温探头的测温范围为0～170℃。
优选地，所述电源模块为耐高温锂电池；所述耐高温锂电池的稳定工作稳定范围为0～170℃。
优选地，所述微波屏蔽装置包括：304不锈钢底管、中管、上盖、绝缘底板、绝缘中板和绝缘上板；所述中管的一端套接在所述304不锈钢底管的上端；所述上盖扣接在所述中管的另一端；所述绝缘底板、绝缘中板和绝缘上板分别设置在由所述304不锈钢底管、中管、上盖依次连接后形成的密封空腔内，所述绝缘底板用于绝缘所述电源模块与所述304不锈钢底管；所述绝缘中板用于绝缘所述温度记录及传输模块与所述电源模块；所述绝缘上板用于绝缘所述温度记录及传输模块与所述上盖。
优选地，所述温度采集模块、温度记录及传输模块、电源模块在所述密封空腔内分别采用道康宁3104RTV涂料加固；所述304不锈钢底管与所述中管、所述中管与所述上盖相连接的部位均分别采用道康宁3104RTV涂料密封。
优选地，所述绝缘底板、绝缘中板和绝缘上板均分别采用聚醚醚酮制成。
优选地，所述304不锈钢底管、中管的内径及外径均分别为：15.3±0.1mm和18.3±0.1mm；所述中管的两端分别与所述304不锈钢底管及上盖螺纹连接；所述上盖的外径为18.3±0.1mm。
优选地，所述304不锈钢底管的底板厚度和所述上盖的顶板厚度均为2±0.1mm。
优选地，所述温度采集模块采用AD7794芯片作为控制芯片；所述温度记录及传输模块采用MCU作为控制芯片；所述温度记录及传输模块连接有minUSB接口电路。
另一方面，本发明还提供一种无线微波消解仪，所述无线微波消解仪设置有如前所述的无线微波消解仪温场校准装置。
与现有技术中的微波消解仪温场检测装置相比，本专利具有以下优势：
1、本申请所要保护的无线微波消解仪温场校准装置可用于热电偶铂电阻控温微波消解仪，光纤传感器控温微波消解仪，红外控温微波消解仪工作条件下的温场进行校准检测。对于工作条件：内部微波频率(2450±50)Hz，温度(0～170)℃，压力(0.8～1.1)Mpa密闭空间内的温度无线检测仍能保持良好的工作性能，具有良好的工作准确性及可靠性。
2、高精度测温探头的采用能够具有响应速度快的技术优点，可以快速响应采集微波消解仪消解罐内的温度。
3、耐高温锂电池的采用能与高精度测温探头的应用环境相适配，有助于提高无线微波消解仪温场校准装置的应用范围。
4、本申请所提供的微波屏蔽装置提高了现有微波消解仪温场校准装置在微波消解仪内部特殊环境内工作时所需的稳定性和可靠性；其中，微波屏蔽装置能够实现将温度采集模块、温度记录及传输模块、电源模块组装并密封，体积小巧。使用时可将无线微波消解仪温场校准装置放置在被检测的微波消解装置中。此外，用于组装的聚醚醚酮材质的绝缘底板、绝缘中板和绝缘上板不吸收微波；304不锈钢底管、中管、上盖通过粗糙度及曲率设置，能够完全反射微波，可以保证位于其内部的各个部件不会受到微波环境带来的硬件损伤，致使无线微波消解仪温场校准装置即使处于微波频率2450±50Hz的环境下仍能正常进行工作。此外，上述密封采用道康宁3104RTV涂料进行加固密封，能够保障无线微波消解仪温场校准装置承压2Mpa下仍能正常使用。
5、本申请中采用304不锈钢底管、中管的内径及外径均分别为：15.3±0.1mm和18.3±0.1mm；上盖的外径为18.3±0.1mm；上盖的顶板厚度均为2±0.1mm，能够达到无线微波消解仪温场校准装置的壳体结构完全反射微波的技术效果，应用在罐体内将不会产生电火花，具有极佳的安全性。
6、本申请提供的无线微波消解仪通过设置有上述无线微波消解仪温场校准装置，进而具有上述列举的技术优点。
附图说明
图1为本发明实施例中无线微波消解仪温场校准装置的结构示意图；
图2为温度采集模块的电路结构图；
图3为温度记录及传输模块的电路结构图；
图4为miniUSB接口的接口电路图；
图5为底管的结构示意图；
图6为中管的结构示意图；
图7为上盖的结构示意图；
图8为绝缘底板的结构俯视图；
图9为图8的主视图；
图10为绝缘中板的结构俯视图；
图11为图10的主视图；
图12为图10的仰视图；
图13为绝缘上板的结构俯视图；
图14为图13的主视图；
图15为图13的主视图；
图16为无线微波消解仪温场校准装置使用状态下的放置方式示意图；
图17为无线微波消解仪温场校准装置进行微波消解仪温场检测的使用状态图；
图18为图17工作状态下的俯视图；
图19为图18所示结构被放入主控罐后的结构示意图。
具体实施例
下面详细描述本发明的实施例，由于下述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，进而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供一种无线微波消解仪温场校准装置，包括：温度采集模块100、温度记录及传输模块200、电源模块300和微波屏蔽装置400；所述温度采集模块100、温度记录及传输模块200分别与所述电源模块300电连接；所述温度采集模块100与所述温度记录及传输模块200信号连接；所述温度采集模块100、温度记录及传输模块200、电源模块300固定密封于所述微波屏蔽装置400内。上述无线微波消解仪温场校准装置可以用于热电偶铂电阻控温微波消解仪，光纤传感器控温微波消解仪，红外控温微波消解仪工作条件下的温场进行校准检测，并记录微波消解仪工作程序的温度检测数据，进而评估微波消解仪是否满足相关技术规范和行业标准的技术指标要求，判断微波消解仪消解的准确性和可靠性，及时发现微波消解仪存在的问题或故障，保证操作人员的安全性。因此，本发明要解决的核心技术问题是使所述装置在微波消解仪内部微波频率2450±50Hz温度0～170℃，压力0.8～1.1Mpa密闭环境内采集和记录实时温度数据，所记录的数据可通miniUSB接口读取到PC端，通过软件读取微波消解仪内部温场数据并进行分析。
具体的，在本实施例的其中一种优选实施方式中，温度采集模块100的电路结构图如图2所示；温度记录及传输模块200的电路结构图如图3所示，传感器经数模转换后的数据传输至处理器进行存储记忆；miniUSB接口的接口电路图如图4所示，实现电脑通过标准USB2.0接口连接mini记录器，然后将读取指令转换成标准的两线制UART信号给温度记录及传输模块的MCU处理；其中，温度采集模块100采用AD7794控制芯片；温度记录及传输模块200采用MCU作为控制芯片。由于上述电路的电路结构是现有技术，也非本申请的主要技术改进点，故其详细技术细节在此不再进一步赘述。
需要说明的是，严格意义上说，实际制作时，所述温度采集模块100除用于采集温度参数所需的温度探头外，均密封在所述微波屏蔽装置400内。因此，本领域技术人员在依照上述结构描述制作无线微波消解仪温场校准装置时在这一技术细节方面不会产生不必要的误解。
进一步地，上述无线微波消解仪温场校准装置在实际使用中可单个或多个部署，从而对温场进行全面校准检测。
本申请上述技术方案在研发过程中主要涉及两个技术难点：
(1)所述装置温度采集模块，温度记录、传输模块，电源模块均含有非绝缘部件，需要屏蔽微波的影响，避免吸收微波损害所述装置。
(2)所述装置需要在高温高压环境内进行实时温度检测和记录，其温度记录及传输模块和电源模块需进行耐高温处理，以保证所述装置的使用寿命。
其中，为解决上述技术难点，本申请微波屏蔽模块采用由304不锈钢制成的底管410，中管420，上盖430(如图5至图7所示)和由聚醚醚酮制成的绝缘底板440、绝缘中板450、绝缘上板460组成(如图8至图15所示)。在整合所述校准装置各模块的同时，可以完全屏蔽微波。具体的，304不锈钢底管，中管，上盖是通过对304不锈钢的曲率进行精密控制，使其完全反射微波，使得校准装置密闭外壳内部的各个模块完全不吸收微波，正常稳定工作。更进一步具体的，304不锈钢底管、中管的内径d1及外径d2均分别为：15.3±0.1mm和18.3±0.1mm；中管的两端分别与所述304不锈钢底管及上盖螺纹连接；所述上盖的外径为18.3±0.1mm；304不锈钢底管的底板厚度和所述上盖的顶板厚度h均为2±0.1mm。用于组装整合校准装置内部各模块的聚醚醚酮绝缘底板，绝缘中板，绝缘上板同样不吸收微波，进一步保护所述校准装置不受微波干扰。二者共同作用使所述校准装置可以在微波频率2450±50Hz环境下正常工作。且微波屏蔽模块密闭后可保证所述装置承压2Mpa，满足压力0.8～1.1Mpa下正常使用，提高了所述无线微波消解仪温场校准装置在微波消解仪内部特殊环境内工作的稳定性和可靠性。同时，为了保证所述校准装置可以在0～170℃温度环境下稳定工作，所述校准装置选用了耐高温元器件和耐高温锂电池。
优选地，在上述结构数据中，304不锈钢底管、中管的内径及外径均分别为：15.3mm和18.3mm；中管的两端分别与所述304不锈钢底管及上盖螺纹连接；所述上盖的外径为18.3mm；304不锈钢底管的底板厚度和所述上盖的顶板厚度均为2mm。能够取得最佳的使用效果。
优选地，所述校准装置记录的全程温度数据可通miniUSB接口读取到PC端，电脑通过标准USB2.0接口连接mini记录器，然后将读取指令转换成标准的两线制UART信号给温度记录及传输模块的MCU处理。PC端可通过软件读取微波消解仪内部温场数据并进行分析，进而评估微波消解仪是否满足相关技术规范和行业标准的技术指标要求，判断微波消解仪消解的准确性和可靠性，及时发现微波消解仪存在的问题或故障，保证操作人员的安全性。所述软件为Thermoleader-pro温度数据软件[简称：Thermoleader-pro-T]，为自主开发软件(软件著作权登记证书号：软著登字第1973277号)。
优选地，所述无线微波消解仪温场校准装置包括高精度温度采集模块，由高精度测温探头组成，探头的测温精度可达到±0.1℃，测温范围可满足0～170℃的检测环境要求，响应速度快，可以快速响应采集微波消解仪消解罐内的温度。
优选地，所述无线微波消解仪温场校准装置包括温度记录及传输模块，所述温度记录及传输模块所包含的PCB电路板，芯片，元器件等均采用耐高温器件组成，可以满足在温度0～170℃环境内正常的数据传输和存储。所述温度记录及传输模块的数据记录量高达150000个，可以满足微波消解仪各工作程序条件的数据记录要求。
优选地，所述无线微波消解仪温场校准装置的电源模块由耐高温锂电池组成，可以持续稳定地在温度0～170℃环境内对装置供电，支持装置的正常运行，使用寿命≥2年。
优选地，所述无线微波消解仪温场校准装置包括微波屏蔽模块，由304不锈钢制成的底管、中管、上盖，和由聚醚醚酮制成的绝缘底板，绝缘中板，绝缘上板组成。可以将所述装置的高精度温度采集模块，温度记录及传输模块，耐高温电源模块组装密闭起来且屏蔽微波影响，体积小巧，可以放置于被检测的微波消解装置之中。所述微波屏蔽模块可以完全反射微波，保护其内部各个模块不受微波的损伤，使所述装置可以在微波频率2450±50Hz环境下正常工作。且微波屏蔽模块密闭后可保证所述装置承压2Mpa，满足压力0.8～1.1Mpa下正常使用，提高所述无线微波消解仪温场校准装置在微波消解仪内部特殊环境内工作的稳定性和可靠性。
优选地，所述无线微波消解仪温场校准装置的数量为至少一个。
在实际的使用过程中，无线微波消解仪温场校准装置如图16所示，放置于消解罐中，高精度温度采集模块朝向消解罐底部，并加入极性介质，密封后放入防爆罐。如图17至图19所示，选择5个无线微波消解仪温场校准装置进行微波消解仪温场检测，微波消解仪自带控温传感器放入的罐消解罐为主控罐，将1个无线微波消解仪温场校准装置放入主控罐中，其余4个无线微波消解仪温场校准装置对称、均匀放置。启动微波消解程序开始进行温场检测。
本发明提供的无线微波消解仪，通过采用如前所述的无线微波消解仪温场校准装置进而具有上述列举的技术优点。
与现有技术中的相比，本专利具有以下优势：
1、本申请所要保护的无线微波消解仪温场校准装置可用于热电偶铂电阻控温微波消解仪，光纤传感器控温微波消解仪，红外控温微波消解仪工作条件下的温场进行校准检测。对于工作条件：内部微波频率(2450±50)Hz，温度(0～170)℃，压力(0.8～1.1)Mpa密闭空间内的温度无线检测仍能保持良好的工作性能，具有良好的工作准确性及可靠性。
2、高精度测温探头的采用能够具有响应速度快的技术优点，可以快速响应采集微波消解仪消解罐内的温度。
3、耐高温锂电池的采用能与高精度测温探头的应用环境相适配，有助于提高无线微波消解仪温场校准装置的应用范围。
4、本申请所提供的微波屏蔽装置提高了现有微波消解仪温场校准装置在微波消解仪内部特殊环境内工作时所需的稳定性和可靠性；其中，微波屏蔽装置能够实现将温度采集模块、温度记录及传输模块、电源模块组装并密封，体积小巧。使用时可将无线微波消解仪温场校准装置放置在被检测的微波消解装置中。此外，用于组装的聚醚醚酮材质的绝缘底板、绝缘中板和绝缘上板不吸收微波；304不锈钢底管、中管、上盖通过粗糙度及曲率设置，能够完全反射微波，可以保证位于其内部的各个部件不会受到微波环境带来的硬件损伤，致使无线微波消解仪温场校准装置即使处于微波频率2450±50Hz的环境下仍能正常进行工作。此外，上述密封采用道康宁3104RTV涂料进行加固密封，能够保障无线微波消解仪温场校准装置承压2Mpa下仍能正常使用。
5、本申请中采用304不锈钢底管、中管的内径及外径均分别为：15.3±0.1mm和18.3±0.1mm；上盖的外径为18.3±0.1mm；上盖的顶板厚度均为2±0.1mm，能够达到无线微波消解仪温场校准装置的壳体结构完全反射微波的技术效果，应用在罐体内将不会产生电火花，具有极佳的安全性。
本发明实现了无线微波消解仪温场校准装置在热电偶铂电阻控温微波消解仪、光纤传感器控温微波消解仪和红外控温微波消解仪工作条件下内部微波频率2450±50Hz，温度0～170℃，压力0.8～1.1Mpa密闭空间内的无线温场检测。可以评估微波消解仪是否满足相关技术规范和行业标准的技术指标要求，判断微波消解仪消解的准确性和可靠性，及时发现微波消解仪存在的问题或故障，保证操作人员的安全性。
上述各实施例仅是本发明的优选实施方式，在本技术领域内，凡是基于本发明技术方案上的变化和改进，不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种无线微波消解仪温场校准装置，其特征在于，包括：温度采集模块、温度记录及传输模块、电源模块和微波屏蔽装置；所述温度采集模块、温度记录及传输模块分别与所述电源模块电连接；所述温度采集模块与所述温度记录及传输模块信号连接；所述温度采集模块、温度记录及传输模块、电源模块固定密封于所述微波屏蔽装置内。
2.根据权利要求1所述的无线微波消解仪温场校准装置，其特征在于，所述温度采集模块为高精度测温探头；所述高精度测温探头的测温精度为±0.1℃；所述高精度测温探头的测温范围为0～170℃。
3.根据权利要求1所述的无线微波消解仪温场校准装置，其特征在于，所述电源模块为耐高温锂电池；所述耐高温锂电池的稳定工作稳定范围为0～170℃。
4.根据权利要求1所述的无线微波消解仪温场校准装置，其特征在于，所述微波屏蔽装置包括：304不锈钢底管、中管、上盖、绝缘底板、绝缘中板和绝缘上板；所述中管的一端套接在所述304不锈钢底管的上端；所述上盖扣接在所述中管的另一端；所述绝缘底板、绝缘中板和绝缘上板分别设置在由所述304不锈钢底管、中管、上盖依次连接后形成的密封空腔内，所述绝缘底板用于绝缘所述电源模块与所述304不锈钢底管；所述绝缘中板用于绝缘所述温度记录及传输模块与所述电源模块；所述绝缘上板用于绝缘所述温度记录及传输模块与所述上盖。
5.根据权利要求4所述的无线微波消解仪温场校准装置，其特征在于，所述温度采集模块、温度记录及传输模块、电源模块在所述密封空腔内分别采用道康宁3104RTV涂料加固；所述304不锈钢底管与所述中管、所述中管与所述上盖相连接的部位均分别采用道康宁3104RTV涂料密封。
6.根据权利要求4所述的无线微波消解仪温场校准装置，其特征在于，所述绝缘底板、绝缘中板和绝缘上板均分别采用聚醚醚酮制成。
7.根据权利要求4所述的无线微波消解仪温场校准装置，其特征在于，所述304不锈钢底管、中管的内径及外径均分别为：15.3±0.1mm和18.3±0.1mm；所述中管的两端分别与所述304不锈钢底管及上盖螺纹连接；所述上盖的外径为18.3±0.1mm。
8.根据权利要求4所述的无线微波消解仪温场校准装置，其特征在于，所述304不锈钢底管的底板厚度和所述上盖的顶板厚度均为2±0.1mm。
9.根据权利要求1所述的无线微波消解仪温场校准装置，其特征在于，所述温度采集模块采用AD7794芯片作为控制芯片；所述温度记录及传输模块采用MCU作为控制芯片；所述温度记录及传输模块连接有minUSB接口电路。
10.一种无线微波消解仪，其特征在于，所述无线微波消解仪设置有权利要求1至9项中任一项所述的无线微波消解仪温场校准装置。
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