一種小型水溫控制系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型專利公開了一種小型水溫控制系統，由蠕動泵、乳膠軟管、控制模塊，加熱模塊，冷卻模塊組成。蠕動泵通過乳膠軟管與加熱模塊相連，加熱模塊與冷卻模塊相連，控制模塊與加熱模塊及冷卻模塊相連。控制模塊控制加熱模塊與冷卻模塊，通過啟動加熱或冷卻的使得水溫恒定。該系統結構簡單，易于實現，溫度控制精確、可靠，操作實用方便，價格低廉。該設備能為實驗室內研究微型動物的培養、生理及運動學行為特征時提供穩定的水溫條件。同時也可作為其他儀器的部件用來為儀器運行提供所需的恒溫環境條件，保重測試的準確性。
【專利說明】
一種小型水溫控制系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及儀器設備領域，具體涉及一種小型水溫控制系統。適用于小流量水的加熱或冷卻，使其穩定在恒定溫度，以此來為微型水生生物的生長和繁殖提供必要的恒溫環境條件，并為微型水生生物的運動學行為、生長速率及生活史的研究提供恒溫環境支持。該設備的應用范圍廣，可為以潘類為代表的微型水生動物的運動學行為、生長速率及生活史的研究提供必要的恒溫環境支持。
【背景技術】
[0002]隨著社會經濟的迅速發展，我國水環境問題日益嚴峻，目前全國有近50%的河段、90 %的城市水域受到不同程度的污染。北方河流有水皆污,南方由于河流污染而無水喝的情形頻頻發生；水污染已經危及到人民群眾的身體健康和生產生活，全國目前有3億多人無法獲取安全飲用水。嚴峻的水污染的形勢對水環境監測、預警及保護提出了更高的要求，特別是頻繁發生的水污染事件給供水安全敲響了警鐘。水質安全作為生態安全最重要的組成部分，直接關系到人民群眾生命健康及社會和諧穩定大局，是全面建設小康社會的重要保障。開展水環境監測、預警設備研發，保障用水安全，是貫徹落實黨中央、國務院的工作部署，也是全面建設小康社會，落實科學發展觀的重要舉措。
[0003]隨著人們對于環境安全重要性認識的不斷提高，在對環境進行安全性評估的過程中，生物毒性監測發揮的作用越來越大。通過不同層次上的生物毒性監測，可以解決常規的化學監測所不能解決的環境綜合毒性問題，評估污染物的生物學毒性效應。利用水生生物作為指示生物進行生物毒性監測可以直接反映了水環境質量變化對生物的影響和危害程度，是實現水環境監測目的的一種最直接而有效的手段。
[0004]水生生物中的某些種類對外界環境(如有毒有害物質排入)的變化非常敏感，其敏感性遠遠高于人類，可以在有毒有害物質對人體造成傷害之前發出警示，從而保護飲用水源安全。以水生生物中的水潘為例，其在受到有毒有害物質傷害時，運動行為如游動速度、游動高度、游動軌跡形狀、單位時間內游動軌跡個數、生長速度、在區域內出現的位置(由于趨利避害會向有毒有害物質濃度低的區域聚集)等等都會發生變化，可以利用這些行為學變化來表征水體毒性的大小。水潘作為毒性測試指示生物得到了國際上的普遍認可，國際標準ISO 6341—1982《水質——大型蚤運動抑制的測定》及國家標準GB/T13266-91《水質-物質對(大型蚤)急性毒性測定方法》均采用浮游動物中的大型潘(蚤類)作為測試生物。
[0005]在研究水潘生理生化及運動學行為特點時，需要恒定的水溫條件。目前實驗室的主要利用光照培養箱或空調進行調節，但效果欠佳。培養箱可以較好的控制溫度，但內部空間較小，不利于進行其他操作研究，目前多數用于微型生物的培養。空調所調節的溫度波動范圍較大，很難將水溫控制在某一恒定溫度，且耗電量大，成本高。目前市場上已有的水溫控系統多是用于加熱或冷卻的單一功能設備，需要購買兩種設備才能實現小流量水的恒溫效果，且設備往往體積較大，耗電量較大，效果欠佳。迫切需要研發一種實驗室使用的小流量水的溫控設備，需要具有加熱和冷卻的雙重功能，且溫控精度高、耗電量小、體積小、成本低，易于使用。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的是在于針對潘類培養及測試過程中對水溫恒定的技術需求，通過研發設計及集成創新，提供了一種小型水溫控制系統，包括控制模塊、加熱系統和冷卻系統三個部分所組成。該系統解決了以下兩個方面的技術問題:(I)系統具備加熱系統與冷卻系統，使得水溫可以穩定在15°c?30°C的任一設定溫度上，溫度誤差±0.5°C，很好的滿足了潘類培養及測試要求。(2)利用液位計探測到水后再接通電源，避免了無水干燒的情況，有力的保護了裝置。(3)溫控器采用PID控制原理，PID自整定后，自動設置比例、積分、微分參數，輸出4?20毫安調壓信號給固態繼電器，將加熱棒功率從0-100%自動調節，使得加熱效率大大提聞。
[0007]本實用新型的目的可通過下列技術方案實現:
[0008]一種小型水溫控制系統，包括蠕動泵，還包括控制模塊和分別與控制模塊連接的加熱模塊和冷卻模塊，
[0009]加熱模塊包括兩端開口的加熱室，加熱室一端設置有前置面板，加熱室另一端設置有后置面板，前置面板和后置面板與加熱室之間均設置有密封圈，加熱室內設置有加熱棒和液位計，前置面板上設置有加熱進水口，后置面板上設置有加熱出水口，加熱進水口與蠕動泵連接；冷卻模塊包括壓緊固定的鋁合金板和亞格力板，鋁合金板和亞格力板之間設置有乳膠密封片，亞格力板內側開設有蛇形槽和橢圓型槽，蛇形槽一端與設置在亞格力板上的冷卻進水口連通，蛇形槽另一端與橢圓形槽連通，橢圓型槽內填充有海綿絲，橢圓型槽與設置在亞格力板上的冷卻出水口連通，冷卻進水口與加熱出水口連通，橢圓型槽內還設置有溫度傳感器，鋁合金板上設置有風扇。
[0010]如上所述的控制模塊包括與液位計連接的液位控制器、與溫度傳感器連接的溫度控制器、與加熱棒連接的固態繼電器，溫度控制器還分別與風扇、固態繼電器連接。
[0011]如上所述的加熱進水口設置有濾網。
[0012]如上所述的亞格力板還開設有與橢圓形槽連通的排氣孔。
[0013]本產品同時具備加熱模塊及冷卻模塊，與國內同類產品相比，溫度恒定效果好，且實現了小流量的溫度控制，更加環保節能。由于增加了液位計探測，避免了設備干燒的情況，更加安全。且該設備由于風扇降溫，而不是傳統的壓縮機降溫，使得成本更加低廉，整套設備的成本價在5000元左右。
[0014]該設備能為實驗室內研究微型動物的培養、生理及運動學行為特征提供穩定的水溫條件。同時也可作為其他儀器的部件為儀器運行提供所需的恒定水溫條件，如可為潘類毒性儀器的關鍵部件，為潘類的測試提供穩定的環境條件等等。
[0015]本實用新型與現有技術相比具有以下有益效果:
[0016](I)該設備具有加熱和冷卻的雙重功能，與其他溫控設備相比，溫控精度明顯提高，精度可達±0.5°C。
[0017](2)設備實現了小流量(5_50ml/分鐘)恒溫控制，耗電量小、運行成本低，易于使用。
[0018](3)設備由于增加了液位探頭及液位控制器，使得當水位低于液位探頭時自動斷電，增加了設備的安全性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本系統的控制模塊外部示意圖；
[0020]圖2為本系統的加熱模塊、冷卻模塊和蠕動泵的連接示意圖；
[0021]圖3為本系統的電氣原理示意圖；
[0022]圖4為本系統的控制模塊外部接口示意圖；
[0023]圖5為加熱模塊的主視結構示意圖；
[0024]圖6為加熱模塊的側視結構示意圖；
[0025]圖7為冷卻模塊的內部結構示意圖；
[0026]圖8為冷卻模塊的外部結構示意圖；
[0027]圖9為實施例中經過系統后的恒溫的水流的溫度變化情況。
[0028]圖中:1-控制模塊，2-加熱模塊，3-冷卻模塊，4-蠕動泵，5-固定卡一，6-乳膠軟管;
[0029]1-A-顯不面板，1-B-開關，1-C-溫度傳感器接口，1-D-液位計接口，1_E_風扇接口，1-F-控制模塊外殼，1-G-加熱棒接口，1-H液位控制器，1-1溫度控制器，1-J液位開關，1-K-固態繼電器；
[0030]2-A-加熱進水口，2-B-濾網，2-C-加熱出水口，2-D-M3固定螺絲，2-E液位計，2-F排氣孔，2-G加熱棒,2-H-前置面板，2-1-后置面板，2-J-加熱室,2-K-密封圈；
[0031]3-A-冷卻進水口，3-B-冷卻出水口，3-C-橢圓形槽，3-D-排氣孔，3_E_乳膠密封片，3-F-蛇形槽，3-G-溫度傳感器，3-H-海綿絲，3-1-鋁合金板，3-J-M5固定螺絲，3-K-亞格力板，3-L風扇，3-M-固定卡二，3-N-散熱口，3-0-冷卻模塊外殼。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0033]一種小型水溫控制系統，包括三個核心模塊，即控制模塊1，加熱模塊2，冷卻模塊3，其工作原理為利用控制模塊I控制加熱模塊2與冷卻模塊3，控制模塊I還可以調節加熱模塊2的加熱功率，通過加熱或冷卻使得水溫恒定。加熱模塊2通過固定卡一 5固定在冷卻模塊3上。蠕動泵4(型號FB100-1F)通過乳膠軟管6為系統提供穩定水流，蠕動泵可以根據需要調節水流速度。
[0034]如上所述的控制模塊1，其控制模塊外殼1-F由亞格力板制成，正面固定有溫度控制器1-1和開關1-B，溫度控制器1-1上的顯示面板1-A用來顯示實時及設置溫度參數，開關1-B用來接通或切斷控制模塊I的電源；外殼1-F側面依次裝有溫度傳感器接口 1-C，液位計接口 1-D，風扇接口 1-E，加熱棒接口 1-G，便于通過數據線分別與與其他兩個模塊的溫度傳感器3-G、加熱棒2-G、風扇3-L及液位計2-E相連。外殼1_F內部固定(M5螺絲固定)有溫度控制器1-1、液位控制器1-H、液位開關1-J、固態繼電器1-K。溫度控制器1-1通過溫度傳感器接口 1-C與溫度傳感器3-G相連，用來接收溫度傳感器3-G的數據；溫度控制器
1-1連接固態繼電器1-K，固態繼電器1-K通過加熱棒接口 1-G與加熱棒2-G相連，用來控制加熱棒2-G的功率；溫度控制器1-1通過風扇接口 1-E與風扇3-L相連，用來啟動或停止風扇3-L工作，從而給水流降溫；液位控制器1-H與液位開關1-J及液位計2-E相連，用來接收液位計2-E信息，接收到信息后閉合液位開關1-J，使整個控制模塊I電路接通，開始工作。
[0035]各部件型號如下:溫度傳感器3-G為PT100鉬電阻溫度探頭，用來探測水溫，加熱棒2-G功率為80W，風扇3-L型號為酷冷至尊CPU散熱風扇，溫度控制器1_1型號為歐姆龍E5Z，液位控制器1-H型號為欣靈HHY11PG，固態繼電器1-K為FOTEK/陽明生產的SSRlOda(1a)型號。控制模塊I工作順序為當液位計2_E探測到水流，將信息傳給液位控制器1-H，此時液位開關1-J閉合，電路接通，溫度傳感器3-G、溫度控制器1-1及固態繼電器1-K工作，溫度傳感器3-G將溫度信息傳遞給溫度控制器1-1，溫度控制器1-1比較設置溫度與實際溫度，當實際溫度低于設置溫度時，溫度控制器1-1采用PID控制原理，PID自整定后，自動設置比例、積分、微分參數，輸出4?20毫安調壓信號給固態繼電器1-K，對加熱棒功率從O?100%自動調節。當實際水溫高于設置溫度時，溫度控制器1-1將啟動風扇3-L降溫。
[0036]如上所述的加熱模塊2，由前置面板2-H，加熱室2-J及后置面板2_H，三者均由不銹鋼材料加工制作，然后通過M3固定螺絲2-D連接而成，以上三者之間用密封圈2-K密封，組成加熱室2-J的主要空間，用來加熱水流。加熱進水口 2-A位于前置面板2-H底部，并裝有濾網2-B，水流由加熱進水口 2-A進入，經過濾網2-B(40目)濾去顆粒懸浮物以免堵塞管道。液位計2-E用自身的螺絲固定在加熱室2-J頂部1/4偏下處，液位計2-E深入加熱室
2-J內部用來探測加熱室有無水流，以免干燒損壞加熱棒2-G。加熱棒2-G—端固定在加熱室2-J頂部，加熱部分深入加熱室2-J內部，在溫度控制器1-1及固態繼電器1-K的控制下對水流進行加熱。排氣孔2-F位于加熱室2-J頂部，用來排出氣泡。經加熱后的水流經加熱出水口 2-C排出，然后進入冷卻模塊進水口 3-A。
[0037]如上所述的冷卻模塊3，由亞格力板3-K通過M5固定螺絲3-J固定在鋁合金板
3-1上，兩者之間用乳膠密封片3-E密封。亞格力板3-K內側被鑿成蛇形槽3-F及橢圓形槽3-C，乳膠密封片3-E與蛇形槽3-F及橢圓形槽3-C對應的部分也被鑿空，這樣確保水流按照蛇形槽3-F的方向流動，水流經冷卻進水口 3-A進入蛇形槽3-F，蛇形槽3-F內的水流在風扇3-L作用下降溫，經冷卻的水流進入橢圓形槽3-C，在海綿絲3-H的吸附下去除氣泡，氣泡被吸附后經排氣孔3-D排出。經冷卻及去除氣泡的水流經冷卻出水口 3-B排出。溫度傳感器3-G裝在冷卻出水口 3-B處，用來測試水溫并傳給溫度控制器1-1，以決定啟動加熱模塊2還是冷卻模塊3。風扇3-L用固定卡二 3-M固定在鋁合金板3-1上，用來給蛇形槽3-F內的水流降溫。鋁合金板3-1用M5固定螺絲3-J固定在冷卻模塊外殼3-0內，形成一個整體，便于放置及移動。
[0038]一種小型水溫控制系統的使用方法是，首先用數據線將溫度傳感器接口 1-C與溫度傳感器3-G相連，液位計接口 1-D與液位計2-E相連，風扇接口 1-E與風扇3-L及相連，加熱棒接口 1-G與加熱棒2-G相連。用乳膠軟管6 (內徑3mm)將蠕動泵4與加熱模塊2的加熱進水口 2-A相連，將加熱模塊2的加熱出水口 2-C與冷卻模塊3的冷卻進水口 3-A相連，冷卻出水口 3-B、排氣孔2-F及排氣孔3-D連上乳膠軟管6，分別用來排水及排氣。連接好管路及數據線后，打開開關1-B，并啟動蠕動泵4，此時水流在蠕動泵的作用下進入加熱模塊2，當液位計2-E探測到水流，將信息傳給液位控制器1-H，此時液位開關1-J閉合，加熱模塊2電路接通，溫度傳感器3-G、溫度控制器1-1及固態繼電器1-K工作。利用顯示面板1-A設定溫度，溫度傳感器3-G將溫度信息傳遞給溫度控制器1-1，溫度控制器1-1比較設置溫度與實際溫度，當實際溫度低于設置溫度時，溫度控制器1-1輸出4?20毫安調壓信號給固態繼電器1-K，從而對加熱棒2-G功率從O?100%自動調節，從而對水流加熱。固態繼電器1-K可以由溫度控制器1-1控制通斷，溫度控制器1-1通過4-20mA的電流信號調節固態繼電器1-K輸出的電壓，從而調節加熱棒的功率。當實際水溫高于設置溫度時，溫度控制器1-1將啟動風扇3-L降溫。水流在加熱模塊2及冷卻模塊3的作用下即達到設定的溫度。經過加熱或冷卻的水流經冷卻出水口 3-B排出，即可得到連續溫度恒定的水流。如需改變溫度只需在顯示面板1-A改變設定溫度即可。該設備可滿足當初始水溫在O?40°C時，進樣流量為O?50ml/分鐘時，可使水流溫度穩定15?30°C內的任意溫度。
[0039]實施例1:
[0040]應用該設備為潘類培養及測試提供恒溫水流，按照上述連接方式連接好設備，打開開關1-B，并啟動蠕動泵4，此時水流在蠕動泵的作用下以20ml/分鐘的流量進入加熱模塊2，約5分鐘后液位計2-E探測到水流，將信息傳給液位控制器1-H，此時液位開關1-J閉合，加熱模塊2電路接通，溫度傳感器3-G、溫度控制器1-1及固態繼電器1-K工作。利用顯示面板1-A將溫度設定在19.5°C，溫度傳感器3-G將初始水溫17.5°C傳遞給溫度控制器1-1，由于實際溫度低于設置溫度，溫度控制器1-1通過固態繼電器1-κ啟動對加熱棒加熱并自動調節功率，從而對水流加熱。溫度控制器1-1根據溫度傳感器3-G傳遞的實時溫度信息不斷調整加熱棒2-G的功率。約10分鐘后，冷卻出水口 3-B排出的水流水溫穩定在19.5±0.5°C，即得到了連續溫度恒定的水流供實驗所用。
[0041]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
【權利要求】
1.一種小型水溫控制系統，包括蠕動泵(4)，其特征在于，還包括控制模塊(I)和分別與控制模塊(I)連接的加熱模塊(2)和冷卻模塊(3)， 加熱模塊(2)包括兩端開口的加熱室(2-J)，加熱室(2-J) —端設置有前置面板(2-H)，加熱室(2-J)另一端設置有后置面板(2-1),前置面板(2-H)和后置面板(2-1)與加熱室(2-J)之間均設置有密封圈(2-K)，加熱室(2-J)內設置有加熱棒(2-G)和液位計(2-E)，前置面板(2-H)上設置有加熱進水口(2-A)，后置面板(2-1)上設置有加熱出水口(2-C)，加熱進水口(2-A)與蠕動泵(4)連接； 冷卻模塊(3)包括壓緊固定的鋁合金板(3-1)和亞格力板(3-K)，鋁合金板(3-1)和亞格力板(3-K)之間設置有乳膠密封片(3-E)，亞格力板(3-K)內側開設有蛇形槽(3-F)和橢圓型槽(3-C)，蛇形槽(3-F) —端與設置在亞格力板(3-K)上的冷卻進水口(3-A)連通，蛇形槽(3-F)另一端與橢圓形槽(3-C)連通，橢圓型槽(3-C)內填充有海綿絲(3-H)，橢圓型槽(3-C)與設置在亞格力板(3-K)上的冷卻出水口(3-B)連通，冷卻進水口(3-A)與加熱出水口(2-C)連通，橢圓型槽(3-C)內還設置有溫度傳感器(3-G)，鋁合金板(3-1)上設置有風扇(3-L)。
2.根據權利要求1所述的一種小型水溫控制系統，其特征在于，所述的控制模塊(I)包括與液位計(2-E)連接的液位控制器(1-H)、與溫度傳感器(3-G)連接的溫度控制器(1-1 )、與加熱棒(2-G)連接的固態繼電器(1-K)，溫度控制器(1-1)還分別與風扇(3-L)、固態繼電器(1-K)連接。
3.根據權利要求2所述的一種小型水溫控制系統，其特征在于，所述的加熱進水口(2-A)設置有濾網(2-B)。
4.根據權利要求3所述的一種小型水溫控制系統，其特征在于，所述的亞格力板(3-K)還開設有與橢圓形槽(3-C)連通的排氣孔(3-D)。
【文檔編號】G05D23/19GK203941468SQ201420291673
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月3日 優先權日:2014年6月3日
【發明者】王承法, 畢文利, 唐佳俊, 劉浩 申請人:武漢昌寶環保工程有限公司