CN117111658A - 一种用于动物机能实验的环境温度调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于动物机能实验的环境温度调控系统，属于温度控制技术领域，具体包括温度传感器、温度调节机构、高温控制模块、低温控制模块、数据处理模块和热量设定模块；通过采集动物实验环境的实时温度；设定实验动物的适宜温度区间[L,H]和中值M；获取外界温度高于H时，实时温度T自然升至M的温度上升速度v1，以及外界温度低于L时，实时温度T自然降至M的温度下降速度v2；根据v1和v2分别计算实验环境每秒的热量增加量Q1和热量损失量Q2，于是分别将Q1和Q2设定为温度调节机构每秒的额定热量吸收量和额定热量输出量；本发明通过获取实验环境的热量交换速度，确保了动物实验环境的长期稳定适宜。

Description

一种用于动物机能实验的环境温度调控系统

技术领域

本发明涉及温度控制技术领域，具体涉及一种用于动物机能实验的环境温度调控系统。

背景技术

动物机能实验是科学研究中常用的一种方法，通过在活体动物身上进行实验，以了解生物体的生理、生化、神经或行为方面的机能。这些实验可以用来研究疾病机制、药物研发、基础科学研究等。

随着科技进步和实验动物科学的发展，对实验动物生存质量的要求越来越严格。实验动物是开展生命与医学科学研究的重要载体，具有非常重要的作用。实验动物是专门培育供实验用的动物，主要指作为医学、药学、生物学、兽医学等的科研、教学、医疗、鉴定、诊断、生物制品制造等需要为目的而驯养、繁殖、育成的动物。

为了让实验动物能够更好地存活，以达到所需实验要求的目的，需要为动物提供稳定适宜的环境，而对于动物生长而言，实验环境温度的稳定非常重要，而实验环境温度的稳定不仅仅由主动的温度调节机构控制，还受外界环境的温度变化造成的热量交换的影响，因此只有当实验环境的内外热量交换达到平衡状态，才能使实验环境长期保持在适宜动物生存的温度，于是，本发明提供了一种用于动物机能实验的环境温度调控系统，用于实现长期适宜恒温的动物实验环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于动物机能实验的环境温度调控系统，解决以下技术问题：

而实验环境温度的稳定不仅仅由主动的温度调节机构控制，还受外界环境的温度变化造成的热量交换的影响，因此只有当实验环境的内外热量交换达到平衡状态，才能使实验环境长期保持在适宜动物生存的温度。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于动物机能实验的环境温度调控系统，包括温度传感器、温度调节机构、高温控制模块、低温控制模块、数据处理模块和热量设定模块，其中：

温度传感器，用于采集实验动物所处实验环境的实时温度T；

参数设定模块，用于获取实验动物当前生长阶段的适宜温度区间[L,H]，将适宜温度区间的中值标记为M；

高温控制模块，用于当外界温度高于H时，若实时温度T＜L，则控制温度调节机构进行升温至L，然后停止工作，待实时温度T自然升至M；若实时温度为L≤T＜M，则控制温度调节机构停止工作，待实时温度T自然升至M；若实时温度T＞M，则先控制温度调节机构进行降温至L，然后停止工作，待实时温度T自然升至M；

低温控制模块，用于当外界温度低于L时，若实时温度T＞H，则控制温度调节机构进行降温至H，然后停止工作，待实时温度T自然降至M；若实时温度为M＜T≤H，则控制温度调节机构停止工作，待实时温度T自然降至M；若实时温度T＜M，则先控制温度调节机构进行升温至H，然后停止工作，待实时温度T自然降至M；

数据处理模块，用于分别绘制自然升至M和降至M过程中实时温度T随时间变化的曲线S1和S2，分别获取曲线S1和S2中实时温度等于M时坐标点的切线斜率k1和k2，分别根据切线斜率k1和k2获取实时温度等于M时的温度上升速度v1和温度下降速度v2，根据v1和v2分别计算实验环境每秒的热量增加量Q1和热量损失量Q2；

热量设定模块，用于接收数据处理模块计算的Q1和Q2，当外界温度高于H时，且实时温度自然升至M后的未来时间段t内，将Q1设定为温度调节机构每秒的额定热量吸收量，所述未来时间段t的长度为外界温度变化2摄氏度的时长；当外界温度低于L时，且实时温度自然降至M后的未来时间段t内，将Q2设定为温度调节机构每秒的额定热量输出量；当未来时间段t结束后，重新计算Q1和Q2并对原有的设定值进行更新；

所述数据处理模块中，热量增加量Q1和热量损失量Q2的计算公式为：

Q1=μ×c×V×ρ×v1，Q2=μ×c×V×ρ×v2，

其中，μ为预设修正系数，c为空气的比热容，V为实验环境的空气体积，ρ为空气的密度，且v1=k1，v2=k2，将v1和v2的单位设为摄氏度每秒。

作为本发明进一步的方案：当外界温度处于适宜温度区间[L,H]内时，所述温度调节机构不进行工作。

作为本发明进一步的方案：所述高温控制模块仅在外界温度高于H时进行工作，所述低温控制模块仅在外界温度低于L时进行工作。

作为本发明进一步的方案：所述实验环境中包括若干个温度传感器，将实验环境均匀划分为若干个子区域，每个子区域对应一个温度传感器，将所有温度传感器采集到的温度的均值命名为实时温度T。

作为本发明进一步的方案：所述实验环境中包括若干个温度调节机构，温度调节机构的数量与温度传感器的数量相同，所述温度调节机构与所述温度传感器相对布置。

作为本发明进一步的方案：所述热量设定模块中，额定热量吸收量为所有温度调节机构热量吸收量的总和，额定热量输出量为所有温度调节机构热量输出量的总和。

作为本发明进一步的方案：所述参数设定模块中包括实验动物的若干个生长阶段，每个生长阶段均对应有各自的适宜温度区间，由人工判定实验动物的当前生长阶段。

本发明的有益效果：

本发明在外部环境温度不在适宜温度区间时，先将实验环境温度调整至适宜温度区间内，然后不对实验环境温度进行主动控制，监测实验环境温度在经过适宜温度区间中值时的温度自然变化速度，从而获得了此时实验环境的内外热量交换速度，根据热量交换速度对温度控制机构的工作进行准确设定，从而保证动物的实验环境能够长期保持适宜的温度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种用于动物机能实验的环境温度调控系统的模块示意图。

具体实施方式

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种用于动物机能实验的环境温度调控系统，包括温度传感器、温度调节机构、高温控制模块、低温控制模块、数据处理模块和热量设定模块，其中：

温度传感器，用于采集实验动物所处实验环境的实时温度T；

参数设定模块，用于获取实验动物当前生长阶段的适宜温度区间[L,H]，将适宜温度区间的中值标记为M；

高温控制模块，用于当外界温度高于H时，若实时温度T＜L，则控制温度调节机构进行升温至L，然后停止工作，待实时温度T自然升至M；若实时温度为L≤T＜M，则控制温度调节机构停止工作，待实时温度T自然升至M；若实时温度T＞M，则先控制温度调节机构进行降温至L，然后停止工作，待实时温度T自然升至M；

低温控制模块，用于当外界温度低于L时，若实时温度T＞H，则控制温度调节机构进行降温至H，然后停止工作，待实时温度T自然降至M；若实时温度为M＜T≤H，则控制温度调节机构停止工作，待实时温度T自然降至M；若实时温度T＜M，则先控制温度调节机构进行升温至H，然后停止工作，待实时温度T自然降至M；

数据处理模块，用于分别绘制自然升至M过程中实时温度T随时间变化的曲线S1，时间单位为秒，以及绘制自然降至M过程中实时温度T随时间变化的曲线S2，分别获取曲线S1和S2中实时温度等于M时坐标点的切线斜率k1和k2，分别根据切线斜率k1和k2获取实时温度等于M时的温度上升速度v1和温度下降速度v2，根据v1和v2分别计算实验环境每秒的热量增加量Q1和热量损失量Q2；

热量设定模块，用于接收数据处理模块计算的Q1和Q2，当外界温度高于H时，且实时温度自然升至M后的未来时间段t内，将Q1设定为温度调节机构每秒的额定热量吸收量，所述未来时间段t的长度为外界温度变化2摄氏度的时长；当外界温度低于L时，且实时温度自然降至M后的未来时间段t内，将Q2设定为温度调节机构每秒的额定热量输出量；当未来时间段t结束后，重新计算Q1和Q2并对原有的设定值进行更新。

本发明在外部环境温度不在适宜温度区间时，先将实验环境温度调整至适宜温度区间内，然后不对实验环境温度进行主动控制，监测实验环境温度在经过适宜温度区间中值时的温度自然变化速度，从而获得了此时实验环境的内外热量交换速度，根据热量交换速度对温度控制机构的工作进行准确设定，从而保证动物的实验环境能够长期保持适宜的温度。

在本发明的一种优选的实施例中，所述数据处理模块中，热量增加量Q1和热量损失量Q2的计算公式为：

Q1=μ×c×V×ρ×v1，Q2=μ×c×V×ρ×v2，

其中，μ为预设修正系数，c为空气的比热容，V为实验环境的空气体积，ρ为空气的密度，且v1=k1，v2=k2，将v1和v2的单位设为摄氏度每秒。

在本发明的另一种优选的实施例中，当外界温度处于适宜温度区间[L,H]内时，所述温度调节机构不进行工作；

由于此时外部温度条件已经是适宜动物生存的环境，因此不需要对实验环境温度进行控制，可以对实验环境进行通风。

在本发明的另一种优选的实施例中，所述高温控制模块仅在外界温度高于H时进行工作，所述低温控制模块仅在外界温度低于L时进行工作。

在本发明的另一种优选的实施例中，所述实验环境中包括若干个温度传感器，将实验环境均匀划分为若干个子区域，每个子区域对应一个温度传感器，将所有温度传感器采集到的温度的均值命名为实时温度T。

在本实施例的一种优选的情况中，所述实验环境中包括若干个温度调节机构，温度调节机构的数量与温度传感器的数量相同，所述温度调节机构与所述温度传感器相对布置；

每个温度调节机构与每个温度传感器相向面对布置，才能够及时获取实验环境的温度变化。

在本实施例的另一种优选的情况中，所述热量设定模块中，额定热量吸收量为所有温度调节机构热量吸收量的总和，额定热量输出量为所有温度调节机构热量输出量的总和；

每当外界温度变化2摄氏度时，重新通过高温控制模块和低温控制模块获取当前外界温度调节下的热量增加量Q1和热量损失量Q2，并对原有的设定值进行替换。

在本发明的另一种优选的实施例中，所述参数设定模块中包括实验动物的若干个生长阶段，每个生长阶段均对应有各自的适宜温度区间，由人工判定实验动物的当前生长阶段。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种用于动物机能实验的环境温度调控系统，其特征在于，包括温度传感器、温度调节机构、高温控制模块、低温控制模块、数据处理模块和热量设定模块，其中：

温度传感器，用于采集实验动物所处实验环境的实时温度T；

参数设定模块，用于获取实验动物当前生长阶段的适宜温度区间[L,H]，将适宜温度区间的中值标记为M；

高温控制模块，用于当外界温度高于H时，若实时温度T＜L，则控制温度调节机构进行升温至L，然后停止工作，待实时温度T自然升至M；若实时温度为L≤T＜M，则控制温度调节机构停止工作，待实时温度T自然升至M；若实时温度T＞M，则先控制温度调节机构进行降温至L，然后停止工作，待实时温度T自然升至M；

低温控制模块，用于当外界温度低于L时，若实时温度T＞H，则控制温度调节机构进行降温至H，然后停止工作，待实时温度T自然降至M；若实时温度为M＜T≤H，则控制温度调节机构停止工作，待实时温度T自然降至M；若实时温度T＜M，则先控制温度调节机构进行升温至H，然后停止工作，待实时温度T自然降至M；

数据处理模块，用于分别绘制自然升至M和降至M过程中实时温度T随时间变化的曲线S1和S2，分别获取曲线S1和S2中实时温度等于M时坐标点的切线斜率k1和k2，分别根据切线斜率k1和k2获取实时温度等于M时的温度上升速度v1和温度下降速度v2，根据v1和v2分别计算实验环境每秒的热量增加量Q1和热量损失量Q2；

热量设定模块，用于接收数据处理模块计算的Q1和Q2，当外界温度高于H时，且实时温度自然升至M后的未来时间段t内，将Q1设定为温度调节机构每秒的额定热量吸收量，所述未来时间段t的长度为外界温度变化2摄氏度的时长；当外界温度低于L时，且实时温度自然降至M后的未来时间段t内，将Q2设定为温度调节机构每秒的额定热量输出量；当未来时间段t结束后，重新计算Q1和Q2并对原有的设定值进行更新；

所述数据处理模块中，热量增加量Q1和热量损失量Q2的计算公式为：

Q1=μ×c×V×ρ×v1，Q2=μ×c×V×ρ×v2，

其中，μ为预设修正系数，c为空气的比热容，V为实验环境的空气体积，ρ为空气的密度，且v1=k1，v2=k2，将v1和v2的单位设为摄氏度每秒。

2.根据权利要求1所述的一种用于动物机能实验的环境温度调控系统，其特征在于，当外界温度处于适宜温度区间[L,H]内时，所述温度调节机构不进行工作。

3.根据权利要求1所述的一种用于动物机能实验的环境温度调控系统，其特征在于，所述高温控制模块仅在外界温度高于H时进行工作，所述低温控制模块仅在外界温度低于L时进行工作。

4.根据权利要求1所述的一种用于动物机能实验的环境温度调控系统，其特征在于，所述实验环境中包括若干个温度传感器，将实验环境均匀划分为若干个子区域，每个子区域对应一个温度传感器，将所有温度传感器采集到的温度的均值命名为实时温度T。

5.根据权利要求4所述的一种用于动物机能实验的环境温度调控系统，其特征在于，所述实验环境中包括若干个温度调节机构，温度调节机构的数量与温度传感器的数量相同，所述温度调节机构与所述温度传感器相对布置。

6.根据权利要求5所述的一种用于动物机能实验的环境温度调控系统，其特征在于，所述热量设定模块中，额定热量吸收量为所有温度调节机构热量吸收量的总和，额定热量输出量为所有温度调节机构热量输出量的总和。

7.根据权利要求1所述的一种用于动物机能实验的环境温度调控系统，其特征在于，所述参数设定模块中包括实验动物的若干个生长阶段，每个生长阶段均对应有各自的适宜温度区间，由人工判定实验动物的当前生长阶段。