快速变温小型恒温样品池制造技术

本发明专利技术涉及一种快速变温小型恒温样品池，由金属材料制作，金属中央开孔形成样品腔，金属壳上沿着样品腔中心开有通光孔，孔内装嵌透光材料，非通光侧面粘贴帕尔贴温度控制元件，金属壳底部开有凹槽用于放置温度传感器，金属壳外套有绝热外框，与绝热外框底部相连的底座中心安装微型电机，电机转轴上的螺旋叶叶片边缘安装小磁铁，搅拌磁子置于样品腔内底部，样品腔内壁、传感器和搅拌磁子外表均做化学惰性处理。本发明专利技术用金属代替水导热，用热电元件改变系统温度，传感器直接测控样品温度，微型电磁搅拌系统加速了热传导，具有体积小、测温准确、变温快、稳定性好等特点，可内置于分光光度计等分析仪器中，实现样品温度的快速变温及精确恒温控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种快速变温小型恒温样品池，是一种能在一定温度范围内，将液 体试样精确而快速地达到并稳定在设定温度的装置。属于分析仪器设备技术领 域。
技术介绍
在己有技术中， 一般的样品溶液恒温装置是独立在仪器主体部分之外的水(或 油)浴装置， 一般包括恒温水浴箱、水泵等。其工作过程包括两步 一、水浴溶 液在恒温水浴箱内被加热或制冷一段时间，当达到充分的热平衡状态后，将水浴 溶液注入样品池或比色皿的周围， 一般是在样品池周围制作密封水槽，以便水浴 溶液可以在样品池周围流动以进行热交换。二、水浴溶液和样品池再进行充分的 热交换，从而使得样品池内的试液也达到设定的温度。这种传统的方法存在着三 个明显的不足首先，其很难达到分析仪器所需要的高精度恒温要求。采用恒温装置的目的是 使被测溶液试样达到某设定温度，在传统水(或油)浴恒温系统中，与温度传感 检测元件直接接触的对象是用作热交换的水(或油)，即感温元件检测的是水的温度 而不是被测试样的温度，当发现温度到达设定值之后，系统就通过温度控制电路 停止对水浴中水的加热/制冷操作。由于水浴使用的水量较大，同时水的比热容也 较大，从而水浴中水的热惰性较大，因此，系统对水浴中水的温度控制只有在一 段较长的时间之后才是精确的，而在实际使用中一般并不等待很长的时间，这就 导致了水浴溶液的温度和设定的温度之间存在差异。同时，系统没有直接测量样 品溶液的温度，对水和样品溶液之间的热交换过程完全不了解，使用者并不知道在其测量时水和样品之间是否有了充分的热交换。因此，其恒温只能保证水浴中 的水是恒温的，因此，这种设计只能在对温度精度要求不高，要求温度在较长时 间内不变化的情况下使用。其次，在使用过程中，要使大量的水达到一个稳定的温度，期间需要加热大量 水并使其达到充分的热平衡，这是一个漫长的过程。而为了使样品溶液和水进行 充分的热交换，更需要等待很长的时间。因此，如果要得到精确的温度，实验中 大部分的时间都将浪费在等待充分的热交换。因此，这种设计只能在温度变化要 求速度慢的情况下使用，如若要求在短时间内测量不同温度下的样品溶液，这种 设计就无法达到要求。再次，传统的设计需要在主体测试系统外部配置恒温水浴箱以及水泵等附件， 系统结构复杂，占用体积大，使用时连接部件多，不适合分析仪器现场测量的要 求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种快速变温小型恒温样品池， 不仅能较高精度的保持样品溶液在恒温状态，并且能快速度、大范围的改变样品 溶液的温度，同时结构紧凑，能嵌入现有分析仪器内部以满足尤其是现场测量的 使用需要。为实现上述目的，本专利技术设计了一种具有中空容腔的金属样品池，金属部分 (使用导热良好的金属介质如铝、铜等)代替传统的水浴溶液作为试样溶液的热 接触材料与环境，用半导体加热/制冷设备(帕尔贴元件)代替传统的加热设备， 同时加上一个微型电磁搅拌装置以达到更快速、更均匀的热传导效果。 本专利技术提供的快速变温小型恒温样品池具体结构为样品池主体由金属材料制作，外形是长方体，中央开有长方体或圆柱体形状的 孔形成样品腔，样品腔的大小可以参照常规比色皿设计成10mmX10mm，保证 10mm的光程，也可以根据测量要求设计成长方体、圆柱体或多面体形状和其它尺寸，在样品腔内壁涂覆导热良好的化学惰性材料(如聚四氟乙烯复合材料)；为 了满足通光的要求，在样品腔外部的金属壳上沿着样品腔的通光方向开有通光 孔，在通光孔处装嵌石英、玻璃或有机玻璃等透光材料，构成光路通道；金属壳 的两个非通光侧面上各粘贴一片帕尔贴温度控制元件；样品腔的底面开有小凹 槽，槽内放置表面涂覆化学惰性材料的温度传感器。金属壳除通光孔及粘贴有帕 尔贴温度控制元件的其余外部区域贴有绝热外框，绝热外框上部有密封盖，绝热 外框底部与金属底座相连。金属底座中心固定一个微型电机，微型电机的转轴上 安装有螺旋叶片，叶片的边缘安装磁铁，搅拌磁子置于样品腔内底部。搅拌磁子 的表面也涂覆化学惰性材料。在实际使用的过程中，将样品试液置于样品腔内，然后在其中放入搅拌磁子， 盖好上部密封盖。当设定了温度后，样品腔内试液的温度值通过温度传感器进入 单片机控制系统与温度的设定值进行比较，随后，单片机操作控制电路，控制帕 尔贴温度控制元件对金属壳进行加热/制冷。同时，下部的微型电机开始转动，带 动磁铁在样品池底部做圆周运动，从而带动溶液内的搅拌磁子旋转，达到搅拌溶 液、加快传热速度、迅速达到均匀温度分布的效果。改变电机的输入功率可以调 节转速。当加热/制冷速度快时，使用较高的转速，加热/制冷速度慢时，使用较低 的转速。而当温度己趋近于设定值时，控制电机停止转动，并保持一段时间，使 溶液处于静止状态，进行测量。本专利技术的这种结构使用金属介质代替了常用水介质对内部试液进行恒温控制。 当金属壳被加热或制冷时，就给内部的样品溶液提供了一个可受控制的温度环 境。这个温度环境相比水浴提供的温度环境而言，由于金属介质对比水浴溶液有 更小的热容量和更好的导热性能，所以温度控制的精度和速度都优于使用水浴溶 液的设计。由于系统能够实时精确的控制金属壳的温度，即使金属介质没有很大 的热容量，其所控制的温度稳定性仍然可以通过较高的控制精度和速度来保证。按照本专利技术的设计，直接将金属壳内部中空部分作为样品腔，在光路通过的 部分装嵌石英或玻璃等透光材料。金属介质直接与样品溶液接触，从而保证很高 的热传导效率，提高了控制的速度和精度。金属壳与样品试液接触的内表面需要 进行化学惰性处理，即涂上一层导热良好的化学惰性材料，如聚四氟乙烯复合材 料，这样可以在保证较高导热率的同时防止金属与样品试液之间发生化学反应。本专利技术中所述的帕尔贴温度控制元件可以贴在金属壳除顶部活动部分的任何面 上，可以同时使用一片或多片以获得不同的加热/制冷功率。多片之间还可以冷热 面交迭安装，从而实现更大的温度控制范围。本专利技术所述温度传感器可以是Pt电阻，高精度热电偶，高精度温度集成元件 等，用于获得样品溶液的实时温度，温度传感器输出温度模拟信号，经模拟信号 放大器放大后送至A/D转换芯片转换为数字信号，再由单片机中心控制器进行数 据处理、温度显示、控温操作模式选择等。同时，单片机还可以由串口与上位机 之间连接，由上位机进行控制操作，如设定温度，温度的实时显示等。本专利技术中设置微型电磁搅拌系统，微型电机带动置于样品池内部的搅拌磁子， 在改变温度过程中对液体进行搅拌，使其更快更好的达到热平衡状态。而当进行 光学检测时，搅拌系统停止并保持停止一段时间使样品溶液到达静止状态。本专利技术具有变温速度快、稳定性好、误差小、占用体积小、使用方便的特点。本专利技术巧妙的将体积大、恒温效果差的水浴溶液换成了金属介质，克服了水浴溶 液热惰性大从而影响控温精度和速度的缺点，明显减小了系统的体积，使其能方 便的用于现场测量，同时热传导效率高，温度易于控制。本专利技术使用了高效的控 温帕尔贴元件，使对样品溶液的温度控制能够精确而快速。并且，在样品池的底 部整合了一个微型的电磁搅拌装置，在热交换的过程中，其对样品溶液进行搅 拌，能有效的减小热传导速度对温度控制精度和速度的影响。本专利技术再配以高精度的温度控制电路，温度精度就能快速稳定的控制在o.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速变温小型恒温样品池，其特征在于样品池主体由金属材料制作，样品池中央开孔形成样品腔（１），样品腔外部的金属壳（３）上沿着样品腔（１）的通光方向开有通光孔，在通光孔处装嵌透光材料构成光路通道（２）；金属壳（３）的两个非通光侧面上各粘贴一片帕尔贴温度控制元件（４），样品腔（１）的底面开有凹槽，凹槽内放置温度传感器（５），金属壳（３）除通光孔及粘贴有帕尔贴温度控制元件（４）的其余外部区域贴有绝热外框（６），绝热外框（６）上部有密封盖（１２），绝热外框（６）底部与金属底座（１０）相连；金属底座（１０）中心固定一个微型电机（１１），微型电机（１１）的转轴上安装有螺旋叶片（８），叶片（８）的边缘安装磁铁（９），搅拌磁子（７）置于样品腔（１）内底部；在样品腔（１）内壁、温度传感器（５）表面及搅拌磁子（７）表面均涂覆导热良好的化学惰性材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：牟永鹏，黄梅珍，黄晋卿，王瑗，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]