CN114467778B - 一种动物实验室空气循环装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种动物实验室空气循环装置及方法，包括箱体和控制器，箱体内设置有隔板，隔板将箱体隔成上腔室和下腔室，隔板设置有复合膜；上腔室开设有排气管，排气管设置有第一阀门；箱体的顶部设置有气泵，气泵的出气口连接有进气管，进气管穿过上腔室与下腔室连通；下腔室内放置有吸收盒；下腔室的侧壁通过第二阀门密封连接有计量器；下腔室内设置有压力传感器和氧气浓度传感器，氧气浓度传感器、压力传感器均与控制器的输入端连接，控制器的输出端与第一阀门、第二阀门、气泵连接。本发明根据实验所需单变量的改变实验室内部空气成分比例，并且保证改变空气成分比例后压强能够不变，达到观察动物对单因素环境改变产生的反应的目的。
Description
技术领域
本发明涉及动物实验箱领域，具体而言，涉及一种动物实验室空气循环装置及方法。
背景技术
在进行医学实验时，经常需要用到动物进行医疗实验，动物实验室是指用来对动物进行培育和饲养的房间。
目前，常规的空气循环装置只是将实验室内的空气更换成新鲜空气，保证实验室内具有动物生存所需的新鲜空气，仅仅只能完成实验室内的空气循环，不能针对性的改变实验室内部空气组成比例，在进行环境改变对动物身体、情绪等情况研究时候，需要外加装置来定性的改变实验室内部空气组成比例，在改变后气压压强也会随之改变，并且定量改变较为麻烦，往往需要预先制取某种气体或者购买某种气体，影响实验进程和增加实验成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动物实验室空气循环装置，其针对现有技术的不足，能够根据实验所需单变量的改变实验室内部空气成分比例，并且保证改变空气成分比例后压强能够不变，达到观察动物对单因素环境改变产生的反应的目的。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：一种动物实验室空气循环装置，包括箱体和控制器，所述箱体内设置有隔板，隔板将箱体内部分隔成上腔室和下腔室，所述隔板开设有通孔，所述通孔内固定有复合膜，该复合膜能够通过氧气并且隔绝氮气；所述上腔室开设有排气管，所述排气管设置有第一阀门；所述箱体的顶部设置有气泵，所述气泵的出气口连接有进气管，所述进气管穿过上腔室与下腔室连通；所述下腔室内放置有吸收盒，所述吸收盒内放置有吸附二氧化碳的吸附剂；所述下腔室的侧壁开设有气孔，所述气孔通过第二阀门密封连接有计量器；所述下腔室内设置有压力传感器和氧气浓度传感器，所述氧气浓度传感器、压力传感器均与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与第一阀门、第二阀门、气泵连接。
进一步地，所述气泵的进气口连通有空气净化盒，所述空气净化盒内放置有石灰石。
进一步地，所述气泵与箱体的顶部之间固定有橡胶垫。
进一步地，所述进气管上设置有第三阀门，所述第三阀门与控制器的输出端连接。
进一步地，所述计量器包括计量管，所述计量管内滑动连接有悬浮件，所述悬浮件的外壁与计量管的内壁密封连接，所述计量管的一端与气室箱连通。
进一步地，所述压力传感器和氧气浓度传感器均设置在下腔室内的底部，所述下腔室内的底部设置有两个保护壳，所述压力传感器和氧气浓度传感器分别位于保护壳内。
进一步地，所述保护壳上开设有连通孔。
进一步地，所述下腔室内设置有承载盒，所述保护壳支撑承载盒，所述吸收盒放置在承载盒下方。
一种实验室内空气调节的方法，运用所述的动物实验室空气循环装置，包括以下并列的步骤：
S1：降低箱体内的氧含量，关闭第二阀门，开启第一阀门，控制器控制气泵向箱体内充气，下腔室内压强增大，促进氧气穿过复合膜进入上腔室后排出，空气中的氮气留在箱体内；氧气浓度传感器检测箱体内氧气的浓度，直到氧气浓度到达实验值后将气泵停机，实现氧气浓度降低；
S2：提高箱体内的氧含量，关闭第三阀门，开启第一阀门和第二阀门，将排气管外接空气泵，空气泵向上腔室内充气，上腔室内压强增大，促进氧气穿过复合膜进入下腔室，空气中的氮气留在上腔室内；氧气浓度传感器检测箱体内氧气的浓度，直到氧气浓度到达实验值后关闭第一阀门；
S21：与S2同时，进入下腔室的气体体积是计量器内部体积增加量，计量器内外的压强相等，进入下腔室内的气压与箱体外的气压相等。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
1、本发明设计合理、结构简单，通过设置复合膜能够始终使下腔室内的氧气浓度在正常情况下保持与大气内的氧气浓度相匹配，保证实验室内的动物能够正常生存；
2、本发明通过设置吸收盒，实验室内的氧气消耗转成二氧化碳后被吸收，使得下腔室内的压强低于箱体外的大气压强，促进氧气透过复合膜，使下腔室内的氧气的到补充；
3、本发明通过设置气囊，能够使得在下腔室内的氧气浓度增加时候乃保持下腔室内的压强，避免多因素改变，方便确定实验室内的动物对单因素改变产生反应的观察。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图标：1-箱体；2-计量管；3-悬浮件；4-第二阀门；5-压力传感器；6-氧气浓度传感器；7-保护壳；71-连通孔；8-吸收盒；9-承载盒；10-复合膜；11-上腔室；12-下腔室；13-第一阀门；14-排气管；15-橡胶垫；16-气泵；17-空气净化盒；18-第三阀门；19-进气管；20-隔板。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种动物实验室空气循环装置，包括箱体1和控制器，控制器采用可编译控制器，优选STM32控制器；所述箱体1内设置有隔板20，隔板20将箱体1内部分隔成上腔室11和下腔室12，上腔室11能够与空气通过第一阀门13连通，所述隔板20开设有通孔，所述通孔内固定有复合膜10，该复合膜10能够通过氧气并且隔绝氮气，复合膜10可选中空纤维膜，亦可选授权公告号为CN109012223B的专利公开的“一种氮氧气体分离复合膜10及其制备方法”中提到的复合膜10，选择该专利中实施例4所提到的方案产品，由于氮气的分子大小为0.364nm，氧气的分子大小位0.346nm，所以上述专利所公开的复合膜10能够允许氧气自由通过，氮气不能通过。
进一步地，在本实施例中，所述上腔室11开设有排气管14，所述排气管14设置有第一阀门13，在增加下腔室12内的氧气浓度时候，排气管14外接空气泵16，空气泵16通过排气管14向箱体1内充气；在降低下腔室12内的氧气浓度时候，排气管14能够将箱体1内的氧气排出。
更进一步地，在本实施例中，所述箱体1的顶部设置有气泵16，所述气泵16的出气口连接有进气管19，所述进气管19穿过上腔室11与下腔室12连通，在降低下腔室12内的氧气浓度时候，需要气泵16向下腔室12内通入空气；所述下腔室12内放置有吸收盒8，所述吸收盒8内放置有吸附二氧化碳的吸附剂，由于实验室内生存的是动物，动物进行有氧呼吸消耗下腔室12内的氧气，呼出二氧化碳，呼出的二氧化碳被吸收盒8内的吸附剂吸收，使的下腔室12内的气压在瞬时略低于箱体1外的大气气压，在压力差(该压力差是瞬时的并且很小，完全不影响动物的正常生命活动)的作用下促进大气中的氧气透过复合膜10进入下腔室12内。
在本实施例中，所述下腔室12的侧壁开设有气孔，所述气孔通过第二阀门4密封连接有计量器，在增加下腔室12内的浓度时候，计量器内增加的气体量就是进入下腔室12内的氧气量，在稳定时候，计量器内外压强相等，计量器用于计量气室箱内增加气体的量。
需要说明的是，在向下腔室12内充入氧气时候，虽然下腔室12内气体所填充面积在增大，但是由于复合膜10的存在，进去下腔室12内的气体理论上是纯氧，实际中氧气浓度也会很高，当高浓度与低浓度混合后，混合后的浓度值大于低浓度值。
在本实施例中，为了提高装置的自动化控制性能，所述下腔室12内设置有压力传感器5和氧气浓度传感器6，所述氧气浓度传感器6、压力传感器5均与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与第一阀门13、第二阀门4、气泵16连接，第一阀门13、第二阀门4均优选电磁阀。
在本实施例中，所述气泵16的进气口连通有空气净化盒17，所述空气净化盒17内放置有石灰石，石灰石不仅能够吸收空气中的二氧化碳，还能除去空气中的水分子。
在本实施例中，为了降低气泵16运行时候产生振动对箱体1的干扰，避免箱体1内的动物受到刺激，所述气泵16与箱体1的顶部之间固定有橡胶垫15，橡胶垫15起缓冲作用。
在本实施例中，所述进气管19上设置有第三阀门18，第三阀门18控制进气管19的开启与关闭，避免空气进入箱体1内或者箱体1内的空气流出，所述第三阀门18与控制器的输出端连接，第三阀门18优选电磁阀。
在本实施例中，所述计量器包括计量管2，所述计量管2内滑动连接有悬浮球，所述悬浮球的外壁与计量管2的内壁密封连接，悬浮件3的两端压强值相等，所述计量管2的一端与气室箱连通。
在本实施例中，所述压力传感器5和氧气浓度传感器6均设置在下腔室12内的底部，所述下腔室12内的底部设置有两个保护壳7，保护壳7避免箱体1内的动物对压力传感器5和氧气浓度传感器6造成破坏，所述压力传感器5和氧气浓度传感器6分别位于保护壳7内，达到保护压力传感器5和氧气浓度传感器6的目的。
需要说明的是，压力传感器5检测箱体1内的压力，可以及时发现箱体1内的压力不正常。
进一步的，所述保护壳7上开设有连通孔71，该连通孔71使保护壳7内外两侧连通，保证压力传感器5和氧气浓度传感器6能够有效监测。
在本实施例中，所述下腔室12内设置有承载盒9，承载盒9承载动物，所述保护壳7支撑承载盒9，所述吸收盒8放置在承载盒9下方，由于二氧化碳的相对质量较大，容易沉积在底部，吸收盒8的放置位置更容易使吸收剂吸收二氧化碳。
一种实验室内空气调节的方法，运用上述的动物实验室空气循环装置，包括以下并列的步骤：
S1：降低箱体1内的氧含量，关闭第二阀门4，开启第一阀门13，控制器控制气泵16向箱体1内充气，下腔室12内压强增大，促进氧气穿过复合膜10进入上腔室11后排出，空气中的氮气留在箱体1内；氧气浓度传感器6检测箱体1内氧气的浓度，直到氧气浓度到达实验值后将气泵16停机，实现氧气浓度降低；
S2：提高箱体1内的氧含量，关闭第三阀门18，开启第一阀门13和第二阀门4，将排气管14外接空气泵16，空气泵16向上腔室11内充气，上腔室11内压强增大，促进氧气穿过复合膜10进入下腔室12，空气中的氮气留在上腔室11内；氧气浓度传感器6检测箱体1内氧气的浓度，直到氧气浓度到达实验值后关闭第一阀门13，实现氧气浓度增加；
S21：与S2同时，进入下腔室12的气体体积是计量器内部体积增加量，计量器内外的压强相等，进入下腔室12内的气压与箱体1外的气压相等。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种动物实验室空气循环装置，其特征在于：包括箱体(1)和控制器，所述箱体(1)内设置有隔板(20)，隔板(20)将箱体(1)内部分隔成上腔室(11)和下腔室(12)，所述隔板(20)开设有通孔，所述通孔内固定有复合膜(10)，该复合膜(10)能够通过氧气并且隔绝氮气；所述上腔室(11)开设有排气管(14)，所述排气管(14)设置有第一阀门(13)；所述箱体(1)的顶部设置有气泵(16)，所述气泵(16)的出气口连接有进气管(19)，所述进气管(19)穿过上腔室(11)与下腔室(12)连通；所述下腔室(12)内放置有吸收盒(8)，所述吸收盒(8)内放置有吸附二氧化碳的吸附剂；所述下腔室(12)的侧壁开设有气孔，所述气孔通过第二阀门(4)密封连接有计量器；所述下腔室(12)内设置有压力传感器(5)和氧气浓度传感器(6)，所述氧气浓度传感器(6)、压力传感器(5)均与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与第一阀门(13)、第二阀门(4)、气泵(16)连接。
2.根据权利要求1所述的动物实验室空气循环装置，其特征在于：所述气泵(16)的进气口连通有空气净化盒(17)，所述空气净化盒(17)内放置有石灰石。
3.根据权利要求1所述的动物实验室空气循环装置，其特征在于：所述气泵(16)与箱体(1)的顶部之间固定有橡胶垫(15)。
4.根据权利要求1所述的动物实验室空气循环装置，其特征在于：所述进气管(19)上设置有第三阀门(18)，所述第三阀门(18)与控制器的输出端连接。
5.根据权利要求1所述的动物实验室空气循环装置，其特征在于：所述计量器包括计量管(2)，所述计量管(2)内滑动连接有悬浮件(3)，所述悬浮件(3)的外壁与计量管(2)的内壁密封连接，所述计量管(2)的一端与气室箱连通。
6.根据权利要求1所述的动物实验室空气循环装置，其特征在于：所述压力传感器(5)和氧气浓度传感器(6)均设置在下腔室(12)内的底部，所述下腔室(12)内的底部设置有两个保护壳(7)，所述压力传感器(5)和氧气浓度传感器(6)分别位于保护壳(7)内。
7.根据权利要求6所述的动物实验室空气循环装置，其特征在于：所述保护壳(7)上开设有连通孔(71)。
8.根据权利要求6所述的动物实验室空气循环装置，其特征在于：所述下腔室(12)内设置有承载盒(9)，所述保护壳(7)支撑承载盒(9)，所述吸收盒(8)放置在承载盒(9)下方。
9.一种实验室内空气调节的方法，运用权利要求1-8任意一项所述的动物实验室空气循环装置，其特征在于：包括以下并列的步骤：
S1：降低箱体(1)内的氧含量，关闭第二阀门(4)，开启第一阀门(13)，控制器控制气泵(16)向箱体(1)内充气，下腔室(12)内压强增大，促进氧气穿过复合膜(10)进入上腔室(11)后排出，空气中的氮气留在箱体(1)内；氧气浓度传感器(6)检测箱体(1)内氧气的浓度，直到氧气浓度到达实验值后将气泵(16)停机，实现氧气浓度降低；
S2：提高箱体(1)内的氧含量，关闭第三阀门(18)，开启第一阀门(13)和第二阀门(4)，将排气管(14)外接空气泵(16)，空气泵(16)向上腔室(11)内充气，上腔室(11)内压强增大，促进氧气穿过复合膜(10)进入下腔室(12)，空气中的氮气留在上腔室(11)内；氧气浓度传感器(6)检测箱体(1)内氧气的浓度，直到氧气浓度到达实验值后关闭第一阀门(13)；
S21：与S2同时，进入下腔室(12)的气体体积是计量器内部体积增加量，计量器内外的压强相等，进入下腔室(12)内的气压与箱体(1)外的气压相等。
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