CN109186052A - 尿液分析仪恒温控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种尿液分析仪恒温控制装置及方法，其密封罩设置尿液分析仪的试纸条滴样区至检测区之间的传送带的正上方。散热器组件嵌设安装在密封罩内。散热器组件的半导体制冷片水平设置在密封罩中；上散热片与上散热风扇安装在半导体制冷片上方；下散热片与下散热风扇安装在半导体制冷片的下方。温湿度传感器设置在密封罩的内侧，温湿度传感器的输出端与控制单元连接；控制单元的温控输出端通过半导体驱动电路与半导体制冷片连接；控制单元风控输出端与上散热风扇和下散热风扇连接。本发明能够实现将尿试纸条运动轨迹所在区域内的温度控制在一个恒定的小变化范围内，为尿试纸条与尿液的反应提供可靠、合适的恒温环境。

Description

尿液分析仪恒温控制装置及方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种尿液分析仪恒温控制装置及方法。

背景技术

尿液检验是现代医学临床检验的三大常规项目之一，在疾病的诊断中起着十分重要的作用。干化学尿液分析仪是与干化学试纸配套使用的临床尿检专用仪器，其利用反射光电比色法对浸过尿液的尿液分析试纸条进行测定，换算为相应项目的半定量结果。在尿试纸条滴样后传输到检测的过程中，温度对干检测结果是有影响的。然而，现有常见全自动尿液分析仪中，对于尿试纸条滴样后传输至检测装置的过程中，并没有控制尿试纸条运动轨迹所在区域内温度的装置，这会导致干检测结果存在一定的误差。

发明内容

本发明所要解决的是现有全自动尿液分析仪中没有控制尿试纸条运动轨迹所在区域内温度的装置及方法，从而使得干检测结果存在误差的问题，提供一种尿液分析仪恒温控制装置及方法。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

尿液分析仪恒温控制装置，包括密封罩、散热器组件和控制单元；密封罩设置尿液分析仪的试纸条滴样区至检测区之间的传送带的正上方；密封罩上开设有一通孔，散热器组件嵌设安装在该通孔内；散热器组件包括上散热片、上散热风扇、半导体制冷片、下散热片、下散热风扇、温湿度传感器和半导体驱动电路；半导体制冷片水平设置在密封罩的通孔中；上散热片贴于半导体制冷片的上表面，上散热风扇安装在上散热片的上方，上散热片和上散热风扇同时位于密封罩的外侧；下散热片贴于半导体制冷片的下表面，下散热风扇安装在下散热片的下方，下散热片和下散热风扇同时位于密封罩的内侧；温湿度传感器设置在密封罩的内侧，温湿度传感器的输出端与控制单元连接；控制单元的温控输出端通过半导体驱动电路与半导体制冷片连接；控制单元风控输出端与上散热风扇和下散热风扇连接。

作为改进，所述恒温控制装置还进一步包括下挡板；该下挡板位于传送带的正下方，并与密封罩呈上下相对设置。

作为改进，所述恒温控制装置的散热器组件还进一步包括中间隔热层，中间隔热层包裹在半导体制冷片的外表面。

上述方案中，上散热风扇的出风方向朝向密封罩的外侧；下散热风扇的出风方向朝向密封罩的内侧。

上述方案中，密封罩内侧表面都贴有隔热棉。

上述方案中，控制单元设置在尿液分析仪内。

上述方案中，半导体驱动电路主要由4个CMOS管U15-18和1个电容C1组成；CMOS管U15的源极和CMOS管U16的源极相连后，与电源连接；CMOS管U17的源极和CMOS管U18的源极相连后，与地接；CMOS管U15的漏极与CMOS管U17的漏极相连后，形成半导体驱动电路的第一输入端口；CMOS管U16的漏极与CMOS管U18的漏极相连后，形成半导体驱动电路的第二输入端口；第一输入端口和第二输入端口分别连接半导体制冷片的两极；CMOS管U15的栅极形成半导体驱动电路的第一制冷使能端，CMOS管U18的栅极形成半导体驱动电路的第二制冷使能端；第一制冷使能端和第二制冷使能端与控制单元连接；CMOS管U16的栅极形成半导体驱动电路的第一制热使能端，CMOS管U17的栅极形成半导体驱动电路的第二制热使能端；第一制热使能端和第二制热使能端与控制单元连接。

上述装置所实现的尿液分析仪恒温控制方法，包括步骤如下：

步骤1、温湿度传感器采集密封罩内的温度和湿度，并将其送入到控制单元中；

步骤2、控制单元将温湿度传感器所采集到的温度与目标温度相比较：

当采集到的温度高于目标温度时，控制单元采用PID控制算法对半导体制冷片进行降温控制，令半导体制冷片降温；同时，控制单元启动上散热风扇和下散热风扇，上散热风扇将半导体制冷片的上表面所产生的热量向上抽出密封罩外，下散热风扇将半导体制冷片的下表面所产生的冷量向下送入密封罩内；

当采集到的温度等于或低于目标温度时，控制单元采用PID控制算法对半导体制冷片进行升温控制，令半导体制冷片升温；同时，控制单元启动上散热风扇和下散热风扇，上散热风扇将半导体制冷片的上表面所产生的冷量向上抽出密封罩外，下散热风扇将半导体制冷片的下表面所产生的热量向下送入密封罩内；

步骤3、在进行降温控制过程中，控制单元利用温湿度传感器所采集的湿度绘制实时焓湿图，并参考标准焓湿图上等相对湿度线，当相对湿度等于或高于100％时，控制单元对半导体制冷片的降温量进行控制，以避免冷凝现象出现。

与现有技术相比，本发明能够通过半导体制冷原理，实现将尿试纸条运动轨迹所在区域内的温度控制在一个恒定的小变化范围内，为尿试纸条与尿液的反应提供可靠、合适的恒温环境。实验表明，本发明在环境温度为10～40℃范围内，可在20分钟内快速调整区域温度到尿试纸反应的最佳温度范围为25～28℃，而环境温度高于50℃时，本发明的降温效果则有明显下降。

附图说明

图1为尿液分析仪恒温控制装置的结构示意图。

图2为图1的剖面结构示意图。

图3为散热器组件结构放大示意图。

图4为半导体驱动电路的原理图。

图中标号：1.传送带；2.检测装置；3.密封罩；4.下挡板；5.散热器组件；5-1.上散热片；5-2.上散热风扇；5-3.中间隔热层；5-4.半导体制冷片；5-5.下散热片；5-6.下散热风扇；5-7.温湿度传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，实例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“中”、“左”“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向仅是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

参见图1和2，一种尿液分析仪恒温控制装置，主要由密封罩、下挡板和散热器组件和控制单元组成。密封罩和下挡板相对设置在尿液分析仪的传送带上，传送带的前端为试纸条滴样区，传送带的后端为检测区之间，其内设有检测装置。密封罩位于传送带的正上方，下挡板位于传送带的正下方，密封罩与下挡板组成一个相对封闭的空间，其前后两侧留有一定高度的开口，传送带从两侧的开口穿过此空间。密封罩上开设有一通孔，散热器组件嵌设安装在该通孔内。密封罩内部各个面都贴有隔热棉。

散热器组件包括上散热片、上散热风扇、半导体制冷片、中间隔热层、下散热片、下散热风扇、温湿度传感器和半导体驱动电路，如图3所示。半导体制冷片水平设置在密封罩的通孔中。中间隔热层包裹在半导体制冷片的外表面。中间隔热层厚度与半导体制冷片厚度相当，以保证半导体制冷片上下两个面可同时贴紧上下两个散热片，而且隔断上散热器与下散热器之间的热传递。上散热片贴于半导体制冷片的上表面。上散热风扇安装在上散热片的上方，且上散热风扇的出风方向朝向密封罩的外侧。上散热片和上散热风扇构成上散热器，并同时位于密封罩的外侧，作用是减少制冷片两端温差。下散热片贴于半导体制冷片的下表面。下散热风扇安装在下散热片的下方，其下散热风扇的出风方向朝向密封罩的内侧。下散热片和下散热风扇构成下散热器，并同时位于密封罩的内侧，其作用是加快区域空气流通，让区域温度相对均匀。

半导体驱动电路采用H桥电路结构，其主要由4个CMOS管U15-18和1个电容C1组成，如图4所示。CMOS管U15的源极和CMOS管U16的源极相连后，与电源连接。CMOS管U17的源极和CMOS管U18的源极相连后，与地接。CMOS管U15的漏极与CMOS管U17的漏极相连后，形成半导体驱动电路的第一输入端口。CMOS管U16的漏极与CMOS管U18的漏极相连后，形成半导体驱动电路的第二输入端口。第一输入端口和第二输入端口分别连接半导体制冷片的两极。CMOS管U15的栅极形成半导体驱动电路的第一制冷使能端，CMOS管U18的栅极形成半导体驱动电路的第二制冷使能端，第一制冷使能端和第二制冷使能端与控制单元连接。控制单元同时使能第一和第二制冷使能端，CMOS管U15和U18导通，电源经由CMOS管U15流入半导体制冷片，并经由CMOS管U18流入地，此时半导体通入正向电流，腔室内的热量被带到外界，腔室内温度下降。CMOS管U16的栅极形成半导体驱动电路的第一制热使能端，CMOS管U17的栅极形成半导体驱动电路的第二制热使能端，第一制热使能端和第二制热使能端与控制单元连接。控制单元同时使能第一和第二制热使能端，CMOS管U16和U17导通，电源经由CMOS管U16流入半导体制冷片，并经由CMOS管U17流入地，此时半导体通入反向电流，外界的热量被带到腔室内，腔室内温度上升。半导体驱动电路利用CMOS管更好的开关特性和PMOS、NMOS对控制信号相反的需求，只需要使用一个控制信号，就能实时控制电流方向。控制端单元通过半导体驱动电路控制半导体制冷片的电流流向，使半导体制冷片上下两个面分别处于降温或者升温状态，从而控制上散热器和下散热器的工作状态：当上散热器降温时，下散热器升温；当上散热器升温时，下散热器降温。

温湿度传感器设置在密封罩的内侧即恒温区域，温湿度传感器的输出端与控制单元连接。控制单元的温控输出端通过半导体驱动电路与半导体制冷片连接，控制单元的风控输出端与上散热风扇和下散热风扇连接。温度传感器可实时采集区域温度并与设定的目标温度相比较，取其差值作为反馈量反馈给输入端，形成一个闭环控制系统，其中的自动控制算法采用PID控制算法(以比例控制为基础，用积分控制消除稳态误差，用微分控制加大惯性系统的响应速度)，相关的PID系数是结合实际使用情况通过计算和实验得到的；最后根据反馈量的大小实时修改控制电流大小，使得环境温度迅速稳定地达到目标温度，实验结果显示可将区域温度恒定到目标温度的±0.5℃内。湿度传感器采集区域湿度，结合温度可以绘制实时焓湿图，参考标准焓湿图上等相对湿度线，在降温的过程中保证实时相对湿度低于100％，避免冷凝现象产生水珠，滴下后污染样本。尿试纸条滴完尿样后，通过传送带传输至检测装置下方,此过程处于温度控制区域，使样本充分反应，得到较为准确的结果。

上述装置所实现的尿液分析仪恒温控制方法，其包括步骤如下：

步骤1、温湿度传感器采集密封罩内的温度和湿度，并将其送入到控制单元中；

步骤2、控制单元将温湿度传感器所采集到的温度与目标温度相比较：

当采集到的温度高于目标温度时，控制单元采用PID控制算法对半导体制冷片进行降温控制，令半导体制冷片的上表面升温，下表面降温；同时，控制上散热风扇和下散热风扇启动，上散热风扇将半导体制冷片的上表面所产生的热量向上抽出密封罩外，下散热风扇将半导体制冷片的下表面所产生的冷量向下送入密封罩内；

当采集到的温度等于或低于目标温度时，控制单元采用PID控制算法对半导体制冷片进行升温控制，令半导体制冷片的上表面降温，下表面升温；同时，控制上散热风扇和下散热风扇启动，上散热风扇将半导体制冷片的上表面所产生的冷量向上抽出密封罩外，下散热风扇将半导体制冷片的下表面所产生的热量向下送入密封罩内；

步骤3、在进行降温控制过程中，控制单元利用温湿度传感器所采集的湿度绘制实时焓湿图，参考标准焓湿图上等相对湿度线，当相对湿度等于或高于100％时，控制单元对半导体制冷片的降温量进行控制，以避免冷凝现象出现。

在尿试纸条滴样后传输至检测装置的过程中，尿试纸条运动轨迹所在区域内的温度，可根据设定的值进行恒定控制。恒温控制区域的温度控制目标为尿试纸反应的最佳温度，其范围为25～28℃，当环境温度在10～40℃范围内时，可在20分钟内快速调整区域温度到最佳反应温度范围。

需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。

Claims (8)

1.尿液分析仪恒温控制装置，其特征是，包括密封罩、散热器组件和控制单元；

密封罩设置尿液分析仪的试纸条滴样区至检测区之间的传送带的正上方；密封罩上开设有一通孔，散热器组件嵌设安装在该通孔内；

散热器组件包括上散热片、上散热风扇、半导体制冷片、下散热片、下散热风扇、温湿度传感器和半导体驱动电路；半导体制冷片水平设置在密封罩的通孔中；上散热片贴于半导体制冷片的上表面，上散热风扇安装在上散热片的上方，上散热片和上散热风扇同时位于密封罩的外侧；下散热片贴于半导体制冷片的下表面，下散热风扇安装在下散热片的下方，下散热片和下散热风扇同时位于密封罩的内侧；

温湿度传感器设置在密封罩的内侧，温湿度传感器的输出端与控制单元连接；控制单元的温控输出端通过半导体驱动电路与半导体制冷片连接；控制单元风控输出端与上散热风扇和下散热风扇连接。

2.根据权利要求1所述的尿液分析仪恒温控制装置，其特征是，还进一步包括下挡板；该下挡板位于传送带的正下方，并与密封罩呈上下相对设置。

3.根据权利要求1所述的尿液分析仪恒温控制装置，其特征是，散热器组件还进一步包括中间隔热层，中间隔热层包裹在半导体制冷片的外表面。

4.根据权利要求1所述的尿液分析仪恒温控制装置，其特征是，上散热风扇的出风方向朝向密封罩的外侧；下散热风扇的出风方向朝向密封罩的内侧。

5.根据权利要求1所述的尿液分析仪恒温控制装置，其特征是，密封罩内侧表面都贴有隔热棉。

6.根据权利要求1所述的尿液分析仪恒温控制装置，其特征是，控制单元设置在尿液分析仪内。

7.根据权利要求1所述的尿液分析仪恒温控制装置，其特征是，半导体驱动电路主要由4个CMOS管U15-18和1个电容C1组成；

CMOS管U15的源极和CMOS管U16的源极相连后，与电源连接；CMOS管U17的源极和CMOS管U18的源极相连后，与地接；

CMOS管U15的漏极与CMOS管U17的漏极相连后，形成半导体驱动电路的第一输入端口；CMOS管U16的漏极与CMOS管U18的漏极相连后，形成半导体驱动电路的第二输入端口；第一输入端口和第二输入端口分别连接半导体制冷片的两极；

CMOS管U15的栅极形成半导体驱动电路的第一制冷使能端，CMOS管U18的栅极形成半导体驱动电路的第二制冷使能端；第一制冷使能端和第二制冷使能端与控制单元连接；

CMOS管U16的栅极形成半导体驱动电路的第一制热使能端，CMOS管U17的栅极形成半导体驱动电路的第二制热使能端；第一制热使能端和第二制热使能端与控制单元连接。

8.权利要求1所述恒温控制装置所实现的尿液分析仪恒温控制方法，其特征是，包括步骤如下：

步骤1、温湿度传感器采集密封罩内的温度和湿度，并将其送入到控制单元中；

步骤2、控制单元将温湿度传感器所采集到的温度与目标温度相比较：

当采集到的温度高于目标温度时，控制单元采用PID控制算法对半导体制冷片进行降温控制，令半导体制冷片降温；同时，控制单元启动上散热风扇和下散热风扇，上散热风扇将半导体制冷片的上表面所产生的热量向上抽出密封罩外，下散热风扇将半导体制冷片的下表面所产生的冷量向下送入密封罩内；

当采集到的温度等于或低于目标温度时，控制单元采用PID控制算法对半导体制冷片进行升温控制，令半导体制冷片升温；同时，控制单元启动上散热风扇和下散热风扇，上散热风扇将半导体制冷片的上表面所产生的冷量向上抽出密封罩外，下散热风扇将半导体制冷片的下表面所产生的热量向下送入密封罩内；

步骤3、在进行降温控制过程中，控制单元利用温湿度传感器所采集的湿度绘制实时焓湿图，并参考标准焓湿图上等相对湿度线，当相对湿度等于或高于100％时，控制单元对半导体制冷片的降温量进行控制，以避免冷凝现象出现。