[发明专利]一种用于光谱分析实验的样品温度调节装置

摘要

本发明公开了一种用于光谱分析实验的样品温度调节装置。该装置分为两大部分：一是可用于增加样品温度和探测样品温度的调温盒，二是实现温度加热与温度反馈控制及温度预设显示的温控电路。1)调温盒是一个盒式结构，主要由隔热层、活动样品支架、固定样品支架、温度传感器探头、阻热挡板、阻热挡板支架、发热件七部分组成。2)温控电路由电源电路、功率放大与加热电路、声光提示电路、微处理器控制电路、温度预设与显示电路、温度传感器模块六部分构成。本发明的有益效果是：本发明是一种既不改变样品放置方法又能避免样品内部温度梯度的形成，在一定的温度范围内，且能够较快地对样品的温度进行调节和控制的装置。

主权项

一种用于光谱分析实验的样品温度调装置，其特征在于，本发明装置分为两大部分：一是可用于增加样品温度和探测样品温度的调温盒，二是实现温度加热与温度反馈控制及温度预设显示的温控电路；1)调温盒是一个盒式结构，主要由隔热层、活动样品支架、固定样品支架、温度传感器探头、阻热挡板、阻热挡板支架、发热件七部分组成，盒的相对侧壁对开一对小孔，盒壁为隔热层；盒内：阻热挡板支架设在盒底面上或安在盒壁上或吊在盒盖上，阻热挡板支架起固定阻热挡板的作用并使阻热挡板离盒底有一定的距离，温度传感器探头和固定样品支架分别固定在阻热挡板上，活动样品支架插放在固定样品支架上，发热件安置在阻热挡板之下但不接触阻热挡板和盒底；2)温控电路由电源电路、功率放大与加热电路、声光提示电路、微处理器控制电路、温度预设与显示电路、温度传感器模块六部分构成；(1)功率放大与加热电路功率放大与加热电路的作用是对微处理器发出的PWM信号进行功率放大，得到大功率受控电流驱动发热电阻发热以实现加热功能，这部分电路由电阻R1、电阻R3、大功率三极管Q1、光耦U4和加热电阻丝R9即加热件组成；这些元件的量值是：大功率三极管Q1为TIP35，电阻R1＝5.1kΩ、R3＝300Ω；连接方式是：光耦U3的阴极连接电阻R3，阳极连接到电源5V，光耦U3的集电极、发射极分别连接到三极管Q1的集电极和基极；电阻R1连接到三极管Q1的基极与发射极之间；三极管Q1发射极连接加热电阻丝R9一端；(2)温度预设与显示电路温度预设与显示电路的作用是供用户设定实验过程所需的温度值，并实时显示用户设定的温度值和调温盒内当前实际温度，显示值分辨率为0.1摄氏度；这部分电路由小液晶J2、按键S2、按键S3、按键S4、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电位器R13组成；这些元件的量值是：电阻R10、R11、R12、R13均为10kΩ，J2为1602蓝背光小液晶显示屏，按键为8*8mm按键；连接方式是：电阻R10、R11、R12一端同接到5V电源，另一端分别连接S4、S3、S2；按键S2、S3、S4的另一端均连接电源地；1602蓝背光小液晶显示屏J2的第一引脚和第十五引脚连接到电源地，J2的第二引脚和第十六引脚连接到5V电源，第三引脚连接电位器R13；电位器R13另外两端分别接电源地和5V电源；(3)微处理器控制电路微处理器控制电路的作用是读取温度传感器模块的温度值，采集按键的信息，控制1602液晶显示屏J2显示相关的信息；通过对按键的动作，温度传感器模块温度值等信息进行运算分析发出相关的PWM信号，控制加热电路从而实现加热与恒温功能，这部分电路由单片机U1、晶振Y1、电容C3、电容C7、电容C8、按键S1、电阻R7、电阻R8、程序更新接口J1组成；它们的量值是：电容C3＝1μF，C7＝30pF，C8＝30pF，R7＝10kΩ，R8＝1kΩ，Y1＝12MHz；连接方式是：晶振Y1并联到U1的X1、X2引脚，电容C7和C8一端分别连接到U1的X1、X2引脚，另一端一起连接到电源地；电容C7、C8、晶振Y1与单片机U1内部的非门一起构成单片机的工作时钟电路；电容C3和电阻R7与按键S1并联后一端连接到5V电源，另一端连接到电阻R8和单片机U1的第九引脚及程序更新接口J1的第三引脚，而电阻R8的另一端则接电源地；电容C3、电阻R7和R8与按键S1一起构成单片机U1的上电复位与手动复位电路；J1的第一引脚接电源地，J1的第二引脚接5V电源，J1的第三、第四、第五、第六引脚分别接U1的第九、第八、第七、第六引脚；U1的第三十一引脚接5V电源；(4)温度传感器模块温度传感器模块是用温度传感器探头采集加热箱内部实时温度，并把该信息反馈到微处理器控制电路形成反馈电路；温度传感器模块设有第一引脚、第二引脚、第三引脚，第一引脚连接到5V电源、第二引脚为数据引脚、第三引脚接电源地；(5)电源电路电源电路其作用是为微处理器控制电路、温度传感器模块提供5V稳压电源，为功率放大与加热电路提供24V大功率电源；这部分电路由变压器T1，二极管D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9，电容C1、C2、C4、C5、C6、C9，三端集成稳压管U2组成；它们的量值是：U2为MC7805；T1功率为5W，输出24V和5V电压的交流变压器；C1为3300μF25V电解质电容，C4为3300μF50V电解质电容，C5、C6和C9均为0.1μF陶瓷电容；二极管D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8和D9均为6N10；连接方式是：变压器T1的24V交流输出线圈连接到由二极管D3、D4、D5、D6构成的整流电桥的输入端，整流电桥的输出端则与电容C4和C9并联；变压器T1的交流输出线圈连接到由二极管D2、D7、D8、D9构成的另一个整流电桥的输入端，其输出端并联电容C1和C5，得到平稳的直流电源输入到三端集成稳压管U2的第一引脚和第二引脚‑接地、第二引脚与第三引脚并联电容C2和C6输出稳定的5V电源，为后级控制电路提供电源；(6)声光提示电路声光提示电路其作用是提醒用户温控室内已达到设定的温度并保持恒温状态；当温控室内已达到设定的温度并保持恒温时，蜂鸣器会发出铃声，发光二极管会变亮，以提醒用户进行相关操作；这部分电路由发光二极管D0、电阻R2、R4、R5、三极管Q2、蜂鸣器组成；它们的量值是D0为5mm发红光二极管，电阻R2＝300Ω、R4＝100Ω、R5＝1kΩ，蜂鸣器为5V有源蜂鸣器；连接方式是：发光二极管D0的阳极连接到5V电源，阴极串联电阻R2；蜂鸣器的正极输入端连接到5V电源，负极输入端串联电阻R4后连接到三极管Q2的集电极；三极管Q2的发射极连接电源地线，基极与电阻R5串联；(7)各电路之间的连接电源电路经过电容C4和C9滤波后的直流电正、负极分别接到功率放大与加热电路的大功率三极管Q1集电极和加热电阻丝R9一端；功率放大与加热电路的电阻R3连接微处理器控制电路的单片机U1的第三引脚；声光提示电路的电阻R2和R5分别接微处理器控制电路的单片机U1第二引脚和第一引脚；温度传感器模块的第二引脚与微处理器控制电路的单片机U1第十五引脚相接；温度预设与显示电路的按键S2、S3、S4的一端分别接微处理器控制电路的单片机U1的第三十七、第三十八、第三十九引脚、液晶显示屏J2的第四引脚～第十四引脚分别接微处理器控制电路的单片机U1的第三十四引脚、第三十三引脚、第三十二引脚、第二十一引脚～第二十八引脚；3)调温盒与温控电路的连接调温盒的温度传感器探头接线连接在温度传感器模块内部电路，温度传感器模块实际上包括了温度传感器探头；调温盒的发热件接线连接在功率放大与加热电路内部电路，功率放大与加热电路实际上包括了发热件。