孵化機的制作方法

專利名稱：孵化機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種孵化機，特別是涉及一種全自動常壓低氧模擬孵化機。
背景技術：
低氧模擬是研究人和動物的低氧生理、生化、病理以及藥物作用的常規方法，國內外都可見應用低氧飼養艙建立低氧動物模型的研究報道(齊建光等，2001；Sekhon等，1996)。目前為止，模擬低氧有兩種方式，其一為持續灌注混合氣體(瓦龍美等，2002)，但氣體耗費較高，不適宜做成大艙或長期模擬；其二是利用電路控制氣路來調控箱內氣體濃度，國內外也有報道(張少華等，1993；胡良岡等，2003；Eddahibi，1997)。但低氧飼養艙都是針對小實驗動物而設計的，無溫度、濕度自動控制系統，達不到孵化雞蛋的要求。
如種銀保等2002年研制并報道的“全自動低氧高二氧化碳飼養艙”，采用單片機技術和反饋原理，O2鋼瓶、N2鋼瓶、CO2鋼瓶作為氣源，實現自動調節飼養箱內O2和CO2濃度，并用除濕機降低濕度，用室內空調控制箱內溫度。
胡良岡等2003年研制并報道的“常壓低氧高二氧化碳清潔級動物飼養艙”，采用隔離密封的結構和電氣控制技術，通過輸入N2降低O2濃度，輸入空氣調高O2濃度，輸入CO2提高CO2濃度，氫氧化鈣吸收調低CO2濃度，氧化鈣吸收降低濕度，建立了均勻混合各種氣體濃度的動物飼養艙，無溫度控制系統。
低氧動物飼養艙雖然可以自動模擬低氧氣體環境，是研究動物低氧生理、病理以及低氧適應性遺傳機理的重要儀器設備，但是由于不能嚴格的控制溫度和濕度，也無胚胎發育需要的自動轉動裝置，所以不能在低氧的同時，給胚胎提供適宜的發育環境。雞胚胎是在體外發育的，一直是研究胚胎發育過程的模式材料，但國內還未見模擬低氧環境進行雞胚胎發育研究報道，國外Edward等(2002)研究了低氧對雞胚影響，采用了灌注混合氣體法來模擬低氧，要大量消耗價格較高的混合氣體
實用新型內容
本實用新型的目的在于針對現有低氧模擬設備存在的缺點或不足而提供一種全自動常壓低氧模擬孵化機，該孵化機能嚴格的控制溫度和濕度，提供了胚胎發育需要的自動轉動裝置，能在低氧的同時，給胚胎提供適宜的發育環境。
本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的一種孵化機，所述孵化機的箱體由中間填充有隔熱材料的鋼板圍成，所述的孵化機包括溫度控制系統、濕度控制系統、O2濃度控制系統、CO2濃度控制系統和蛋架及翻蛋系統；所述的溫度控制系統包括一單片主機及與該單片主機口線分別電氣連接的溫度探頭、電加熱絲、水銀導電表、排氣風扇、軸流風扇，還包括一氣體冷卻密閉管道，所述的氣體冷卻密閉管道入口設在排氣風扇的排氣口，氣體冷卻密閉管道的出口與箱體內腔相連通；所述濕度控制系統包括與溫度控制系統共用的單片主機、與所述單片主機口線分別電氣連接的濕度探頭、加濕器，所述的加濕器設在箱體外，該加濕器產生的蒸汽通過與箱體上的加濕孔相連接的水蒸汽管道進入箱內；所述O2濃度控制系統包括順次串聯的高壓氮氣鋼瓶、減壓閥、流量計、電磁閥，該O2濃度控制系統還包括一氧氣系統主機及與該氧氣系統主機口線電氣連接的氧氣探頭，所述氧氣系統主機與所述電磁閥電氣連接；所述CO2濃度控制系統包括二氧化碳系統主機、與所述二氧化碳系統主機口線分別電氣連接的二氧化碳探頭和小型鼓風機、與所述小型鼓風機出風口連接的二氧化碳吸收劑容器、所述吸收容器內裝有的CO2吸收劑；所述蛋架及翻蛋系統包括蛋架、可帶動所述蛋架上設有的蛋盤轉動的電動機，所述溫度、濕度控制系統共用的單片主機口線與所述電動機電氣連接。
所述孵化機的箱門上設有觀察窗和取樣孔，該箱門四周設有墊密封條。所述觀察窗用雙層玻璃封閉，所述的取樣孔為圓形，該圓形取樣孔內套長臂乳膠手套。
所述的濕度、溫度控制系統共用的單片主機口線還電氣連接有用于顯示的數碼管。
所述O2濃度控制系統主機連接的繼電器電位信號可調，可以設定不同O2濃度；所述繼電器會在設定O2濃度±0.2％輸出信號。
所述電磁閥與O2濃度控制的繼電器電氣連接，其上設有自動、手動、停止開關，通過開關的開合，其工作方式有自動、手動、停止三種。
所述O2濃度控制系統，用普氮作為氣源，電磁閥控制進氣，實現低氧濃度的自動控制。
所述的CO2濃度控制系統的二氧化碳系統主機還電氣連接有用于顯示的數碼管。所述CO2濃度控制系統的二氧化碳系統主機通過繼電器與小鼓風機電氣連接；所述鼓風機設有自動、停止、手動的開關。可以根據要求選擇自動控制、升高和降低CO2濃度。
所述濕度控制系統的小型加濕器與單片主機電氣連接，其工作受濕度信號自動控制。
所述的排氣風扇與單片主機電氣連接，其工作受溫度信號自動控制；所排出的氣流經密閉散熱管道，冷卻后又回到孵化箱內。
所述電動機通過皮帶帶動轉動軸，轉動軸通過傳動桿帶動蛋盤轉動。所述的蛋盤架之間距離較大，可以放置孵化盤和出雛盤。
由以上技術方案可知，本實用新型具有以下優點本實用新型能夠在低海拔常壓條件下自動化模擬不同海拔高度的低氧分壓，溫度、濕度、O2和CO2濃度均實現自動控制，僅用高壓普氮作為氣源，且消耗量低，具有造價低、操作方便、穩定性好、經濟高效、安全可靠等優點，可方便的用于對低氧環境下的胚胎生長發育、呼吸、代謝、循環、組織結構、神經內分泌、基因表達調控等方面的研究。


圖1為本實用新型全自動常壓低氧模擬孵化機系統框圖；圖2為本實用新型溫度控制系統示意圖；
圖3為本實用新型濕度控制系統示意圖；圖4為本實用新型氧氣濃度控制系統示意圖；圖5為本實用新型電磁閥工作電路示意圖；圖6為二氧化碳濃度控制系統工作示意圖；圖7為小鼓風機工作電路示意圖；圖8為蛋架及翻蛋系統工作示意圖；圖9為氧氣濃度回升曲線。
具體實施方式
以下，通過實施例并參考附圖對本實用新型做進一步的詳細說明。
本實用新型低氧模擬孵化機的箱體由厚度為50mm冷壓彩色鋼板構成，彩色鋼板中間填充有隔熱材料，板材連接處用三角鋁合金連接，并用密封膠封閉。箱門四周墊密封條，以免過多的外界空氣滲入箱內，增加氮氣用量。箱體外部尺寸為1100mm×1100mm×720mm，內部空間約0.72m3，內設4層蛋盤，可一次進行288枚雞蛋的孵化。
參見圖1為全自動常壓低氧模擬孵化機系統框圖，該設備結構組成按照功能分為溫度控制系統、濕度控制系統、O2濃度控制系統、CO2濃度控制系統和蛋架及翻蛋系統。溫度控制系統由溫度探頭4、單片主機1、電加熱絲19、水銀導電表31、排氣風扇29、氣體冷卻密閉管道30等組成；濕度控制系統由濕度探頭5、單片主機1(與溫度控制系統共用)和加濕器22組成；O2濃度控制系統由氧氣探測儀6、氧氣系統主機2、電磁閥25、流量計26、高壓氮氣鋼瓶28、減壓閥27等組成；CO2濃度控制系統由紅外二氧化碳探頭7、二氧化碳系統主機3、小型鼓風機23和二氧化碳吸收劑容器24組成；蛋架及翻蛋系統由4層蛋架18、小電動機21、孵化盤、出雛盤等組成。
另外，箱內后部有1個直徑為760mm的軸流風扇20，用來混和內部氣體，使溫度、濕度、O2和CO2濃度均勻一致。箱門上開有1個300mm×60mm的觀察窗32(雙層玻璃封閉)和2個直徑130mm的圓形取樣孔33(內套長臂乳膠手套)，能夠在低氧的條件下觀察和取樣。
本實用新型的溫度控制原理和過程如下本實用新型比普通孵化機要求相對密閉，封住了普通孵化機原有的上排氣口和后進氣口，所以在外界環境溫度偏高或孵化后期雞胚產熱較多的情況下，會出現箱內熱量不能及時散出，導致溫度過高的現象，因此本實用新型增加了一個密閉的散熱管道。本實用新型的溫度控制過程如下參見工作示意圖2、圖1，閉合電源開關，按下啟動鍵，機器主機1向電加熱絲發出電加熱信號122，通過電加熱絲19開始電加熱；軸流風扇20轉動以混合箱內氣體，使溫度均勻上升。溫度探頭4檢測到溫度值，該溫度值通過溫度信號線8傳給MUC單片主機1，數字顯示并進行微電腦模糊控制。控制系統可以根據環境溫度、機器散熱和種蛋產熱等因素比較記憶中的設定值，自動調整加熱功率，盡可能地消除了溫度場波動。如果產生的熱量不能及時散失，溫度超過設定值0.3℃時，系統主機1傳出信號121自動打開排氣風扇29，使氣體進入密閉的散熱管道30，冷卻后再進入箱內。這樣既降低了溫度，又節省了低氧氣體，大大減少了氮氣的消耗。水銀導電表31的用途是超高溫報警和應急控溫，當溫度超過設定值0.5℃時，上下水銀柱接觸接通電路，并將信號傳給主機1，主機1進行自動報警，并切斷加熱。
本實用新型的濕度控制原理和過程由于原來的孵化機是在箱內設水槽，加濕時，電動機帶動水槽內輪子轉動，增加蒸發面積，來達到加濕的目的。這種方式，在一個相對密閉的箱子內，經常會出現濕度過高，無法控制。所以本實用新型濕度控制部分在原來的孵化機系統的基礎上，改裝了加濕方式，拆除水槽和電動機，將原來控制電動機信號的線路連接一個放在箱外的加濕器，加濕時，產生的蒸汽通過加濕孔進入箱內。參見結構示意圖3并結合參見圖1，工作過程如下濕度探頭5探測箱內濕度信號后，該信號經濕度傳感與變送連接到MUC單片主機1，將電位信號轉換成數字信號，經數碼管顯示。控制系統主機1經加濕信號輸出15與小型加濕器22(國產清水灣牌亞都超聲波加濕器)相連，加濕器22通過水蒸汽管道221與箱內連接。當溫度升到低于設定值1℃時，單片主機1向加濕器22輸出加濕信號15，開始加濕。濕度升到設定值減去3％大小時，開始間歇加濕；達到設定值后，停止加濕。
本實用新型的氧氣濃度控制原理和過程請參見圖4，氧氣探頭6探測到孵化箱100內的氧氣濃度，并將信號傳送到氧氣專用主機2，轉換成數字信號并顯示。根據試驗要求，設定一定的氧氣濃度值，繼電器211觸點轉換電位即被設定，參見圖5；開始時，氧氣濃度高于設定值，常閉繼電器控制電磁閥打開，減壓后的高純氮氣通過玻璃轉子流量計26、電磁閥25進入箱內。調節玻璃轉子流量計26，可以改變進氣速度，改變達到設定濃度的時間。進入箱內的氮氣立即被軸流風扇20與箱內氣體混合，使氧氣濃度均勻降低。當氧氣濃度降低到設定值-0.2％時，繼電器211觸點斷開，電磁閥25關閉，氮氣停止進入。由于箱內外存在氧氣分壓差，箱體也不是完全密閉，所以外部空氣會慢慢滲進箱內，氧氣濃度回升，超過設定值+0.2％時，電磁閥25重新打開，氮氣進入，從而使氧氣濃度控制在設定值的范圍。工作示意圖見圖4，電磁閥工作電路見圖5，電磁閥工作有自動、手動、停止三種方式；電磁閥一端與與電源400連接，當另一端與繼電器211的觸點212連接時，其工作受氧氣濃度信號自動控制；當與電源觸點214連接時，其連續工作；當與斷開觸點213連接時，其停止工作。
本實用新型的二氧化碳濃度控制原理和過程參見圖6為二氧化碳濃度控制系統工作示意圖，雞蛋發育會不斷產生CO2，而CO2濃度過高又會影響胚胎的發育。據報道，CO2濃度為0.5％時，雞蛋孵化率最高(Barott，1937)，所以我們設計箱內CO2濃度不高于0.5％。CO2探頭7利用紅外原理探測到CO2濃度，傳送到主機3上并進行數字顯示。當濃度達到或高于0.5％時，繼電器311閉合，控制的小鼓風機23工作，將箱內氣體吹進CO2吸收容器24內，被氫氧化鉀吸收后，再回到箱內，使箱內CO2濃度降低，達到自動控制。鼓風機23的工作除了有以上自動控制外，還有停止和手動方式，可以根據具體情況，人為增加或降低CO2濃度。圖7為小鼓風機工作電路示意圖，小鼓風機23一端接電源401，其另外一端可已根據控制需要分別接手動工作方式的觸點314、停止工作方式的觸點313、自動工作方式的觸點312；電源401和自動工作方式的觸點312分別與受二氧化碳濃度信號控制的繼電器311連接，繼電器311與與控制主機3連接，同時控制主機3上還帶有二氧化碳濃度顯示裝置。
本實用新型的蛋架和翻蛋系統本實用新型為了孵化和出雛兩用，增加了蛋盤之間的距離，使之既能放孵化盤，又能放置出雛盤。參見圖8為蛋架及翻蛋系統工作示意圖，4層蛋架通過1個小電動機21帶動翻蛋。設定翻蛋頻率后，單片主機1會定時向小電動機21發出翻蛋程序信號211，皮帶帶動轉動軸轉動，再通過傳動桿511使4層蛋盤轉動一定的角度，達到翻蛋的目的。除自動翻蛋方式外，還有手動和停止方式，手動用于觀察或取樣時人工轉動蛋架，以利于操作；停止用于出雛或飼養小動物時，保證蛋架的固定。
性能測試和應用舉例(1)箱體密閉性測試和通氣量計算設定O2濃度為13％(相當于4200米海拔處的O2含量)，啟動該設備，打開氮氣閥門，調整減壓閥和流量計，控制氮氣輸入速度，使箱內氧氣濃度在20～30分鐘下降到13％。然后，關閉進氣系統，觀察箱內氣體氧氣濃度的動態變化，每隔1小時記錄氧氣濃度，結果如圖9所示。圖9中顯示，當O2濃度較低時，由于內外氧分壓差大，濃度回升較快。若以開始的1小時計算，O2濃度從13.0％升到16.5％，箱內的O2凈增量＝720×(16.5％-13.0％)＝25.2L。雞胚在啄殼前O2消耗量最大，報道在0.4～0.5ml/min之間(Hoyth等，1980；Tazawa等，1983)。經計算，250枚雞胚1小時約消耗6～7.5L，遠遠低于25.2L。所以本設備在模擬低氧孵化時，自然的空氣滲入足夠胚胎的消耗，不會使箱內O2濃度持續降低。理論計算每小時純N2需要量＝[(25.2-6.8)～25.2]÷13％×87％＝123.1～168.6L，那么1瓶高壓N2約可供5000÷(123.1～168.6)＝29.7～40.6h使用。
(2)常氧低氧對照孵化實驗為了測試本設備的孵化性能，確保低氧實驗時其它因素都屬正常，不影響雞胚的發育和出雛，我們先進行了1次常氧孵化試驗。按照正常孵化程序，入孵了209枚隱性白雞種蛋，設定溫度37.8、濕度60％、日翻蛋12次，關閉氮氣進氣系統。實驗期間觀察溫度、濕度、O2和CO2濃度，發現各指標都能控制在正常的范圍內，O2濃度因箱體相對密閉，且內外分壓差不大而會降到18.4％，但仍屬正常范圍。結果，雞胚發育正常，受精蛋孵化率87％。
接著我們又做了低氧孵化試驗，入孵200枚隱性白雞種蛋，設定O2濃度13％，其他指標同上。試驗期間溫度、濕度均能穩定的控制在正常的設定范圍內；CO2濃度在孵化前期相對較低，為0.04％～0.08％，中期為0.06～0.35％，后期為0.15～0.65％，只是在短期超過設定的0.5％，但仍在正常范圍內，不會對胚胎發育造成影響；O2濃度受自動系統控制，能穩定保持在設定值13.0％±0.2％的范圍；試驗結果，受精蛋孵化率3.3％。另外本試驗還觀察到，在不打開箱門連續低氧情況下，1瓶高壓N2約可使用36～55h，與理論計算值相符。
對照試驗可見本設備各系統工作性能良好、持續穩定，達到了預期的低氧模擬效果。
(3)藏雞和低地雞種胚胎低氧適應表型觀察及采樣試驗藏雞是海拔2200～4100m的高原品種，是具有高度低氧適應的家禽品種。對藏雞高原適應性遺傳機理進行研究，找出控制低氧適應的主基因，揭示藏雞及其它動物(包括人)高原生理反應規律和遺傳適應機制有幫助，也為藏雞的資源保存和利用、高原高產品種的培育、疫病防治等提供理論依據，對發展高原畜牧經濟有著重要意義。為了確定不同低地雞種和藏雞在高原適應特征上的品種和個體的表型差別，對不同表型的雞進行基因型分析和基因表達的差異的研究，我們用該設備分批進行了階段低氧和全期低氧孵化試驗。試驗材料為藏雞和隱性白雞。
階段低氧試驗分組為1-3天低氧組(1-3天13％氧，以后轉為常氧孵化)；4-8天低氧組(4-8天13％氧，其余期間常氧孵化)；8-11天低氧組(8-11天13％氧，其余常氧孵化)；12-17天低氧組(12-17天13％氧，其余常氧孵化)；18-21天低氧組(先常氧孵化，18天后轉為13％氧，直到出雛)。在每次低氧期末分別采集了每品種成活胚胎個體，迅速放入液氮中冷凍，然后于-80℃保存，待做基因調控表達差異分析。目前樣品正在測定分析。
全期低氧孵化試驗分兩次分別入孵了藏雞種蛋77枚、隱性白雞種蛋234枚，設定O2濃度13％、溫度37.8℃、濕度60％、日翻蛋12次。連續低氧22天，為了盡量減少開閉箱門的次數，孵化期內不照蛋。在孵化期第20天，將所有蛋落盤，并放回箱內低氧出雛。22天末，關閉各系統，統計各品種出雛數，并將所有未出雛的雞蛋逐個解剖，以確定是否是無精蛋、死胚和死亡階段。結果見表1。
表1 連續低氧對低地雞種和藏雞孵化的影響(％)

注死亡率和出雛率都是以受精蛋為分母的計算值結果可見，藏雞種蛋孵化受低氧影響較小，胚胎前期和后期死亡率較高，中間較低，符合一般的孵化規律；隱性白雞孵化受低氧影響較大，死亡率隨著低氧時間的延長表現出逐漸升高的趨勢。本試驗通過低氧模擬孵化，確定了低氧適應(存活)和不適應(死亡)個體，對每個個體分別采樣，擬進行低氧適應候選基因的基因型和效應分析。目前樣品正在測定分析。
本實用新型的技術指標如下溫度控制范圍30～39℃，控制精度0.2℃；數字顯示精度0.01℃；箱內部溫度場差＜0.2℃；低于設定溫度值1℃和超出0.5℃，系統自動報警。
濕度控制范圍40％～85％，控制精度＜5％，數字顯示精度1％；低于設定濕度值10％時，自動報警；高于設定值10％時，顯示數字閃爍。
氧氣探測儀為經改裝的國產HL-6101型氧氣變送器，可持續監測氧氣濃度，數字顯示。測量范圍0～25％，測量誤差≤0.5％，顯示分辨率0.1％。箱內氧氣濃度控制范圍8.0％～20.9％，控制精度±0.2％。
二氧化碳探測采用進口FT6004S50K型紅外CO2探頭，配國產XSE/C-H單通道主機，測量范圍0～5％，顯示精度為1ppm；箱內氣體由主機上繼電器控制，使CO2濃度不高于0.5％。
翻蛋有自動、停止和手動3種方式，自動翻蛋間隔時間可0～190分鐘任意設定。
最后應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求1.一種孵化機，其特征在于，所述孵化機的箱體由中間填充有隔熱材料的鋼板圍成，所述的孵化機包括溫度控制系統、濕度控制系統、O2濃度控制系統、CO2濃度控制系統和蛋架及翻蛋系統；所述的溫度控制系統包括一單片主機及與該單片主機口線分別電氣連接的溫度探頭、電加熱絲、水銀導電表、排氣風扇、軸流風扇，還包括一氣體冷卻密閉管道，所述的氣體冷卻密閉管道入口設在排氣風扇的排氣口，氣體冷卻密閉管道的出口與箱體內腔相連通；所述濕度控制系統包括與溫度控制系統共用的單片主機、與所述單片主機口線分別電氣連接的濕度探頭、加濕器，所述的加濕器設在箱體外，該加濕器產生的蒸汽通過與箱體上的加濕孔相連接的水蒸汽管道進入箱內；所述O2濃度控制系統包括順次串聯的高壓氮氣鋼瓶、減壓閥、流量計、電磁閥，該O2濃度控制系統還包括一氧氣系統主機及與該氧氣系統主機連接的氧氣探頭，所述氧氣系統主機與所述電磁閥電氣連接；所述CO2濃度控制系統包括二氧化碳系統主機、與所述二氧化碳系統主機分別電氣連接的二氧化碳探頭和小型鼓風機、與所述小型鼓風機出風口連接的二氧化碳吸收劑容器、所述吸收容器內裝有的CO2吸收劑；所述蛋架及翻蛋系統包括蛋架、可帶動所述蛋架上設有的蛋盤轉動的電動機，所述溫度、濕度控制系統共用的單片主機與所述電動機電氣連接。
2.根據權利要求1所述的一種孵化機，其特征在于，所述O2濃度控制系統主機連接的繼電器電位信號可調，可以設定不同O2濃度；所述繼電器會在設定O2濃度±0.2％輸出信號。
3.根據權利要求1所述的一種孵化機，其特征在于，所述電磁閥與O2濃度控制的繼電器電氣連接，其上設有自動、手動、停止開關。
4.根據權利要求1所述的一種孵化機，其特征在于，所述高壓氮氣鋼瓶內充有作為氣源的普氮，電磁閥控制進氣。
5.根據權利要求1所述的一種孵化機，其特征在于，所述孵化機的箱門上設有觀察窗和取樣孔，該箱門四周設有墊密封條。
6.根據權利要求2所述的一種孵化機，其特征在于，所述觀察窗用雙層玻璃封閉，所述的取樣孔為圓形，該圓形取樣孔內套長臂乳膠手套。
7.根據權利要求1所述的一種孵化機，其特征在于，所述的氧氣系統主機通過繼電器電氣連接電磁閥。
8.根據權利要求1所述的一種孵化機，其特征在于，所述CO2濃度控制系統的二氧化碳系統主機通過繼電器與小鼓風機電氣連接；所述鼓風機設有自動、停止、手動的開關。
9.根據權利要求1所述的一種孵化機，其特征在于，所述濕度控制系統的小型加濕器與單片主機電氣連接，其工作受濕度信號自動控制。
10.根據權利要求1所述的一種孵化機，其特征在于，所述的排氣風扇與單片主機電氣連接，其工作受溫度信號自動控制；所排出的氣流經密閉散熱管道，冷卻后又回到孵化箱內；所述的蛋盤架之間間隔有一定距離，可以放置孵化盤和出雛盤。
專利摘要一種孵化機，包括溫度控制系統、濕度控制系統、O
文檔編號A01K41/00GK2720808SQ200420066829

公開日2005年8月31日 申請日期2004年6月11日 優先權日2004年6月11日
發明者吳常信, 張 浩, 茍瀟 申請人:中國農業大學