CN110964633A - 一种生物样液的恒温控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物样液的恒温控制系统，包括：样液池组件、控制模块；所述样液池组件包括：样液池、加热制冷片、散热器、隔热棉、温度传感器，所述样液池组件为堆叠结构，从下往上依次为散热器、隔热棉、加热制冷片、样液池，所述隔热棉和加热制冷片之间涂有导热膏，所述加热制冷片和样液池之间涂有导热膏，所述温度传感器设置于样液池中，用于采集样液温度；所述控制模块分别与所述温度传感器以及加热制冷片连接，所述控制模块基于所述温度传感器采集的温度控制所述加热制冷片加热或制冷。本发明响应快精度高，抗干扰能力强，而且体积小巧、使用方便灵活、设计成本低廉，可广泛应用于生物培养过程中。
Description
技术领域
本发明涉及恒温控制技术领域，具体涉及一种生物样液的恒温控制系统。
背景技术
在现有技术中，我国在生物样液恒温控制领域还是存在很多的不足。生物样液恒温控制系统的处理器比较落后，无法做到高精度温度分辨率、较强的控制能力以及高稳定度等。此外由于生物样液主要包括大分子蛋白质、生物酶、抗体、核糖核酸等物质，要保持生物样液的温度不能过高，这样可以减慢化学反应速率，防止样品溶解在培养液中，又要保持温度不能过低，过低的温度又会导致像抗体这样的物质失去活性。
发明内容
本发明提供了一种生物样液的恒温控制系统，以解决现有技术中对生物样液温度控制不稳定，升降稳速度不稳定的技术问题。
本发明提供了一种生物样液的恒温控制系统，包括：样液池组件、控制模块；所述样液池组件包括：样液池、加热制冷片、散热器、隔热棉、温度传感器，所述样液池组件为堆叠结构，从下往上依次为散热器、隔热棉、加热制冷片、样液池，所述隔热棉和加热制冷片之间涂有导热膏，所述加热制冷片和样液池之间涂有导热膏，所述温度传感器设置于样液池中，用于采集样液温度；所述控制模块分别与所述温度传感器以及加热制冷片连接，所述控制模块基于所述温度传感器采集的温度控制所述加热制冷片加热或制冷。
进一步地，所述温度传感器包括：细小针管、热敏电阻；所述细小针管套接在所述热敏电阻上，所述热敏电阻的测量头伸出所述细小针管，使用时将细小针管插入所述样液池中样液，使所述热敏电阻的测量头与样液接触。
进一步地，所述加热制冷片的冷面通过所述导热膏与所述样品池底部贴合，发热面通过所述导热膏与所述隔热棉贴合。
进一步地，所述控制模块包括：控制器单元、温度采集单元、加热制冷驱动单元、按键输入单元、显示单元；所述温度采集单元分别与所述温度传感器、控制器单元连接，用于将所述温度传感器采集的温度转换成控制器单元可识别的数据；所述加热制冷驱动单元分别与所述控制器单元、加热制冷片连接，所述加热制冷驱动单元基于所述控制器单元的控制信号控制加热制冷片加热或制冷；所述按键输入单元与所述控制器单元连接，用于输入参数；所述显示单元与所述控制器单元连接，用于显示样液当前温度；所述控制器单元基于所述温度采集单元发送的数据发出控制信号。
进一步地，各元器件之间的电路连接导线为杜美线。
进一步地，所述温度采集单元的误差范围1℃。
本发明的有益效果：
1.本发明中温度采集单元测试温度的误差范围为1℃，采用此方案的有益效果是能够提高温度控制精度，降低误差。
2.所述加热制冷驱动单元的温度控制范围在-20℃到80℃之间，且温度每变化1℃，时间仅需1分钟。采用此方案的有益效果是降低温度转换时间。
3.针对生物样液恒温控制系统对样液温度精度和温度转换时间的要求，采用加热制冷片，利用帕尔帖效应，并结合增量式PID算法控制驱动流过加热制冷片的电流的大小和方向，有效的解决了温度控制的惯性和延迟问题并减小系统误差，实现对温度的精确控制。
4.以单片机为控制单元，利用其强大的计算处理能力和丰富的外设资源来设计的恒温控制系统，使得该生物样液恒温控制系统响应快精度高，抗干扰能力强，而且体积小巧、使用方便灵活、设计成本低廉，可广泛应用于生物培养过程中。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1是本发明生物样液的恒温控制系统的结构示意图。
图2是本发明温度传感器的具体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种生物样液的恒温控制系统，包括：样液池组件3、控制模块2；
样液池组件3包括：样液池1、加热制冷片5、散热器7、隔热棉6、温度传感器17；
控制模块2包括：控制器单元8、温度采集单元9、加热制冷驱动单元12、按键输入单元10、显示单元11；
样液池组件3为堆叠结构，从下往上依次为散热器7、隔热棉6、加热制冷片5、样液池1，隔热棉6和加热制冷片5之间涂有导热膏4，加热制冷片5和样液池1之间涂有导热膏4，温度传感器17设置于样液池1中，用于采集样液温度；其中，温度传感器17包括：细小针管16、热敏电阻15；细小针管16套接在热敏电阻15上，热敏电阻15的测量头伸出细小针管16，使用时将细小针管16插入样液池1中样液，使热敏电阻15的测量头与样液接触；加热制冷片5 的冷面通过导热膏4与样品池1底部贴合，发热面通过导热膏4与隔热棉6贴合；
温度采集单元9分别与温度传感器17、控制器单元8连接，用于将温度传感器采集13的温度转换成控制器单元8可识别的数据；加热制冷驱动单元12 分别与控制器单元8、加热制冷片5连接，加热制冷驱动单元12基于控制器单元8的控制信号控制加热制冷片5加热或制冷；按键输入单元10与控制器单元 8连接，用于输入参数；显示单元11与控制器单元8连接，用于显示样液当前温度；控制器单元8基于温度采集单元9发送的数据发出控制信号；各元器件之间的电路连接导线为杜美线。
本发明的一个具体实现及其工作方法如下：
控制器单元选用MSP430F6638芯片。热敏电阻选用PSB-S7，其直径为0.55mm，长度为1.1mm，电阻的两端由直径为0.1mm的杜美线引出，小体积适合应用于样液温度采集。同时这两条杜美线表面绝缘处理所以在使用时不易受到干扰，而且PSB-S7热敏电阻采用的玻璃封装，使得该热敏电阻工作范围很宽，可以工作在-50°至250°的温度范围内，稳定度高，过载能力强。该热敏电阻损耗很小只有0.25mW/℃。加热制冷片选用TEC1-00703，尺寸是10*10mm2，非常贴近样液池的大小，确保一个较好的制冷加热效果。而且TEC1-00703的主要材料为晶体材料，冷热面均为陶瓷面板，四周采用704硅橡胶密封，最大能承受装配压力为60N/cm2。热面最大耐热100摄氏度，且其电器基本电性能指标十分优秀，最大温差电流、最大温差电压，都在本系统所能达到的最大值之上，而且最大温差范围远远大于本系统的24℃，最大制冷效率达到32.5W，很适合作为本系统的制冷加热器件。
具体工作方法如下：按键输入单元、显示单元
MSP430F6638芯片作为整个系统的主控芯片主要接收来自按键输入单元的信息并将该信息反馈给显示单元显示出设定温度值，从温度采集单元接收温度信息，将该信息进行处理后，通过PID算法控制加热制冷驱动单元的工作，并将温度值传给显示单元显示出实际温度值。
(1)温度采集单元由2个部分组成，上半部分是一个恒流源部分下半部分是一个外接NTC热敏电阻的接插件。上半部分是由2个运算放大器组成的电路，将热敏电阻阻值的变化信号转化成电压信号，外界环境中的温度信息表现在热敏电阻的阻值变化中，并将这个阻值变化信号转化为电压信号传送到恒温控制系统的MSP430F6638芯片中，经过MSP430F6638芯片的处理输出实际的温度值并控制制冷加热驱动模块的工作。
(2)加热制冷驱动单元采用SO14封装的OPA4170运算放大器和OPA548运算放大器，OPA548运算放大器的同相输入端连接到MSP430F6638芯片的DA 输出端，OPA548运算放大器的反向端连接到OPA4170的输出电压。加热制冷驱动单元将MSP430F6638芯片收集到的电压信号转化成电流信号，电流流过半导体加热制冷片控制其加热或制冷。
(3)半导体加热制冷片主要是运用帕尔贴效应，即半导体加热制冷片的加热制冷的效果与流入半导体加热制冷片的电流的大小和方向有关，电流正向流动为制冷反之为加热，而电流的大小则与制冷效或加热效率有关，电流越大工作效率越高。加热制冷驱动单元通过杜邦线与半导体加热制冷片连接，加热制冷驱动单元输出电流来驱动半导体加热制冷片工作。
本发明通过所采用的硬件及其硬件型号以及控制器PID算法的辅助，可以使得升高或降低1℃的时间为1分钟，满足样液升温降温的要求。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (6)
1.一种生物样液的恒温控制系统，其特征在于，包括：样液池组件、控制模块；所述样液池组件包括：样液池、加热制冷片、散热器、隔热棉、温度传感器，所述样液池组件为堆叠结构，从下往上依次为散热器、隔热棉、加热制冷片、样液池，所述隔热棉和加热制冷片之间涂有导热膏，所述加热制冷片和样液池之间涂有导热膏，所述温度传感器设置于样液池中，用于采集样液温度；所述控制模块分别与所述温度传感器以及加热制冷片连接，所述控制模块基于所述温度传感器采集的温度控制所述加热制冷片加热或制冷。
2.如权利要求1所述的生物样液的恒温控制系统，其特征在于，所述温度传感器包括：细小针管、热敏电阻；所述细小针管套接在所述热敏电阻上，所述热敏电阻的测量头伸出所述细小针管，使用时将细小针管插入所述样液池中样液，使所述热敏电阻的测量头与样液接触。
3.如权利要求1所述的生物样液的恒温控制系统，其特征在于，所述加热制冷片的冷面通过所述导热膏与所述样品池底部贴合，发热面通过所述导热膏与所述隔热棉贴合。
4.如权利要求1-3中任一所述的生物样液的恒温控制系统，其特征在于，所述控制模块包括：控制器单元、温度采集单元、加热制冷驱动单元、按键输入单元、显示单元；所述温度采集单元分别与所述温度传感器、控制器单元连接，用于将所述温度传感器采集的温度转换成控制器单元可识别的数据；所述加热制冷驱动单元分别与所述控制器单元、加热制冷片连接，所述加热制冷驱动单元基于所述控制器单元的控制信号控制加热制冷片加热或制冷；所述按键输入单元与所述控制器单元连接，用于输入参数；所述显示单元与所述控制器单元连接，用于显示样液当前温度；所述控制器单元基于所述温度采集单元发送的数据发出控制信号。
5.如权利要求4所述的生物样液的恒温控制系统，其特征在于，各元器件之间的电路连接导线为杜美线。
6.如权利要求4所述的生物样液的恒温控制系统，其特征在于，所述温度采集单元的误差范围1℃。
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