专利名称：孵化机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种孵化机，特别是涉及一种全自动常压低氧模拟孵化机。
背景技术：
低氧模拟是研究人和动物的低氧生理、生化、病理以及药物作用的常规方法，国内外都可见应用低氧饲养舱建立低氧动物模型的研究报道(齐建光等，2001；Sekhon等，1996)。目前为止，模拟低氧有两种方式，其一为持续灌注混合气体(瓦龙美等，2002)，但气体耗费较高，不适宜做成大舱或长期模拟；其二是利用电路控制气路来调控箱内气体浓度，国内外也有报道(张少华等，1993；胡良冈等，2003；Eddahibi，1997)。但低氧饲养舱都是针对小实验动物而设计的，无温度、湿度自动控制系统，达不到孵化鸡蛋的要求。
如种银保等2002年研制并报道的“全自动低氧高二氧化碳饲养舱”，采用单片机技术和反馈原理，O2钢瓶、N2钢瓶、CO2钢瓶作为气源，实现自动调节饲养箱内O2和CO2浓度，并用除湿机降低湿度，用室内空调控制箱内温度。
胡良冈等2003年研制并报道的“常压低氧高二氧化碳清洁级动物饲养舱”，采用隔离密封的结构和电气控制技术，通过输入N2降低O2浓度，输入空气调高O2浓度，输入CO2提高CO2浓度，氢氧化钙吸收调低CO2浓度，氧化钙吸收降低湿度，建立了均匀混合各种气体浓度的动物饲养舱，无温度控制系统。
低氧动物饲养舱虽然可以自动模拟低氧气体环境，是研究动物低氧生理、病理以及低氧适应性遗传机理的重要仪器设备，但是由于不能严格的控制温度和湿度，也无胚胎发育需要的自动转动装置，所以不能在低氧的同时，给胚胎提供适宜的发育环境。鸡胚胎是在体外发育的，一直是研究胚胎发育过程的模式材料，但国内还未见模拟低氧环境进行鸡胚胎发育研究报道，国外Edward等(2002)研究了低氧对鸡胚影响，采用了灌注混合气体法来模拟低氧，要大量消耗价格较高的混合气体
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有低氧模拟设备存在的缺点或不足而提供一种全自动常压低氧模拟孵化机，该孵化机能严格的控制温度和湿度，提供了胚胎发育需要的自动转动装置，能在低氧的同时，给胚胎提供适宜的发育环境。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的一种孵化机，所述孵化机的箱体由中间填充有隔热材料的钢板围成，所述的孵化机包括温度控制系统、湿度控制系统、O2浓度控制系统、CO2浓度控制系统和蛋架及翻蛋系统；所述的温度控制系统包括一单片主机及与该单片主机口线分别电气连接的温度探头、电加热丝、水银导电表、排气风扇、轴流风扇，还包括一气体冷却密闭管道，所述的气体冷却密闭管道入口设在排气风扇的排气口，气体冷却密闭管道的出口与箱体内腔相连通；所述湿度控制系统包括与温度控制系统共用的单片主机、与所述单片主机口线分别电气连接的湿度探头、加湿器，所述的加湿器设在箱体外，该加湿器产生的蒸汽通过与箱体上的加湿孔相连接的水蒸汽管道进入箱内；所述O2浓度控制系统包括顺次串联的高压氮气钢瓶、减压阀、流量计、电磁阀，该O2浓度控制系统还包括一氧气系统主机及与该氧气系统主机口线电气连接的氧气探头，所述氧气系统主机与所述电磁阀电气连接；所述CO2浓度控制系统包括二氧化碳系统主机、与所述二氧化碳系统主机口线分别电气连接的二氧化碳探头和小型鼓风机、与所述小型鼓风机出风口连接的二氧化碳吸收剂容器、所述吸收容器内装有的CO2吸收剂；所述蛋架及翻蛋系统包括蛋架、可带动所述蛋架上设有的蛋盘转动的电动机，所述温度、湿度控制系统共用的单片主机口线与所述电动机电气连接。
所述孵化机的箱门上设有观察窗和取样孔，该箱门四周设有垫密封条。所述观察窗用双层玻璃封闭，所述的取样孔为圆形，该圆形取样孔内套长臂乳胶手套。
所述的湿度、温度控制系统共用的单片主机口线还电气连接有用于显示的数码管。
所述O2浓度控制系统主机连接的继电器电位信号可调，可以设定不同O2浓度；所述继电器会在设定O2浓度±0.2％输出信号。
所述电磁阀与O2浓度控制的继电器电气连接，其上设有自动、手动、停止开关，通过开关的开合，其工作方式有自动、手动、停止三种。
所述O2浓度控制系统，用普氮作为气源，电磁阀控制进气，实现低氧浓度的自动控制。
所述的CO2浓度控制系统的二氧化碳系统主机还电气连接有用于显示的数码管。所述CO2浓度控制系统的二氧化碳系统主机通过继电器与小鼓风机电气连接；所述鼓风机设有自动、停止、手动的开关。可以根据要求选择自动控制、升高和降低CO2浓度。
所述湿度控制系统的小型加湿器与单片主机电气连接，其工作受湿度信号自动控制。
所述的排气风扇与单片主机电气连接，其工作受温度信号自动控制；所排出的气流经密闭散热管道，冷却后又回到孵化箱内。
所述电动机通过皮带带动转动轴，转动轴通过传动杆带动蛋盘转动。所述的蛋盘架之间距离较大，可以放置孵化盘和出雏盘。
由以上技术方案可知，本实用新型具有以下优点本实用新型能够在低海拔常压条件下自动化模拟不同海拔高度的低氧分压，温度、湿度、O2和CO2浓度均实现自动控制，仅用高压普氮作为气源，且消耗量低，具有造价低、操作方便、稳定性好、经济高效、安全可靠等优点，可方便的用于对低氧环境下的胚胎生长发育、呼吸、代谢、循环、组织结构、神经内分泌、基因表达调控等方面的研究。
图1为本实用新型全自动常压低氧模拟孵化机系统框图；图2为本实用新型温度控制系统示意图；
图3为本实用新型湿度控制系统示意图；图4为本实用新型氧气浓度控制系统示意图；图5为本实用新型电磁阀工作电路示意图；图6为二氧化碳浓度控制系统工作示意图；图7为小鼓风机工作电路示意图；图8为蛋架及翻蛋系统工作示意图；图9为氧气浓度回升曲线。
具体实施方式
以下，通过实施例并参考附图对本实用新型做进一步的详细说明。
本实用新型低氧模拟孵化机的箱体由厚度为50mm冷压彩色钢板构成，彩色钢板中间填充有隔热材料，板材连接处用三角铝合金连接，并用密封胶封闭。箱门四周垫密封条，以免过多的外界空气渗入箱内，增加氮气用量。箱体外部尺寸为1100mm×1100mm×720mm，内部空间约0.72m3，内设4层蛋盘，可一次进行288枚鸡蛋的孵化。
参见图1为全自动常压低氧模拟孵化机系统框图，该设备结构组成按照功能分为温度控制系统、湿度控制系统、O2浓度控制系统、CO2浓度控制系统和蛋架及翻蛋系统。温度控制系统由温度探头4、单片主机1、电加热丝19、水银导电表31、排气风扇29、气体冷却密闭管道30等组成；湿度控制系统由湿度探头5、单片主机1(与温度控制系统共用)和加湿器22组成；O2浓度控制系统由氧气探测仪6、氧气系统主机2、电磁阀25、流量计26、高压氮气钢瓶28、减压阀27等组成；CO2浓度控制系统由红外二氧化碳探头7、二氧化碳系统主机3、小型鼓风机23和二氧化碳吸收剂容器24组成；蛋架及翻蛋系统由4层蛋架18、小电动机21、孵化盘、出雏盘等组成。
另外，箱内后部有1个直径为760mm的轴流风扇20，用来混和内部气体，使温度、湿度、O2和CO2浓度均匀一致。箱门上开有1个300mm×60mm的观察窗32(双层玻璃封闭)和2个直径130mm的圆形取样孔33(内套长臂乳胶手套)，能够在低氧的条件下观察和取样。
本实用新型的温度控制原理和过程如下本实用新型比普通孵化机要求相对密闭，封住了普通孵化机原有的上排气口和后进气口，所以在外界环境温度偏高或孵化后期鸡胚产热较多的情况下，会出现箱内热量不能及时散出，导致温度过高的现象，因此本实用新型增加了一个密闭的散热管道。本实用新型的温度控制过程如下参见工作示意图2、图1，闭合电源开关，按下启动键，机器主机1向电加热丝发出电加热信号122，通过电加热丝19开始电加热；轴流风扇20转动以混合箱内气体，使温度均匀上升。温度探头4检测到温度值，该温度值通过温度信号线8传给MUC单片主机1，数字显示并进行微电脑模糊控制。控制系统可以根据环境温度、机器散热和种蛋产热等因素比较记忆中的设定值，自动调整加热功率，尽可能地消除了温度场波动。如果产生的热量不能及时散失，温度超过设定值0.3℃时，系统主机1传出信号121自动打开排气风扇29，使气体进入密闭的散热管道30，冷却后再进入箱内。这样既降低了温度，又节省了低氧气体，大大减少了氮气的消耗。水银导电表31的用途是超高温报警和应急控温，当温度超过设定值0.5℃时，上下水银柱接触接通电路，并将信号传给主机1，主机1进行自动报警，并切断加热。
本实用新型的湿度控制原理和过程由于原来的孵化机是在箱内设水槽，加湿时，电动机带动水槽内轮子转动，增加蒸发面积，来达到加湿的目的。这种方式，在一个相对密闭的箱子内，经常会出现湿度过高，无法控制。所以本实用新型湿度控制部分在原来的孵化机系统的基础上，改装了加湿方式，拆除水槽和电动机，将原来控制电动机信号的线路连接一个放在箱外的加湿器，加湿时，产生的蒸汽通过加湿孔进入箱内。参见结构示意图3并结合参见图1，工作过程如下湿度探头5探测箱内湿度信号后，该信号经湿度传感与变送连接到MUC单片主机1，将电位信号转换成数字信号，经数码管显示。控制系统主机1经加湿信号输出15与小型加湿器22(国产清水湾牌亚都超声波加湿器)相连，加湿器22通过水蒸汽管道221与箱内连接。当温度升到低于设定值1℃时，单片主机1向加湿器22输出加湿信号15，开始加湿。湿度升到设定值减去3％大小时，开始间歇加湿；达到设定值后，停止加湿。
本实用新型的氧气浓度控制原理和过程请参见图4，氧气探头6探测到孵化箱100内的氧气浓度，并将信号传送到氧气专用主机2，转换成数字信号并显示。根据试验要求，设定一定的氧气浓度值，继电器211触点转换电位即被设定，参见图5；开始时，氧气浓度高于设定值，常闭继电器控制电磁阀打开，减压后的高纯氮气通过玻璃转子流量计26、电磁阀25进入箱内。调节玻璃转子流量计26，可以改变进气速度，改变达到设定浓度的时间。进入箱内的氮气立即被轴流风扇20与箱内气体混合，使氧气浓度均匀降低。当氧气浓度降低到设定值-0.2％时，继电器211触点断开，电磁阀25关闭，氮气停止进入。由于箱内外存在氧气分压差，箱体也不是完全密闭，所以外部空气会慢慢渗进箱内，氧气浓度回升，超过设定值+0.2％时，电磁阀25重新打开，氮气进入，从而使氧气浓度控制在设定值的范围。工作示意图见图4，电磁阀工作电路见图5，电磁阀工作有自动、手动、停止三种方式；电磁阀一端与与电源400连接，当另一端与继电器211的触点212连接时，其工作受氧气浓度信号自动控制；当与电源触点214连接时，其连续工作；当与断开触点213连接时，其停止工作。
本实用新型的二氧化碳浓度控制原理和过程参见图6为二氧化碳浓度控制系统工作示意图，鸡蛋发育会不断产生CO2，而CO2浓度过高又会影响胚胎的发育。据报道，CO2浓度为0.5％时，鸡蛋孵化率最高(Barott，1937)，所以我们设计箱内CO2浓度不高于0.5％。CO2探头7利用红外原理探测到CO2浓度，传送到主机3上并进行数字显示。当浓度达到或高于0.5％时，继电器311闭合，控制的小鼓风机23工作，将箱内气体吹进CO2吸收容器24内，被氢氧化钾吸收后，再回到箱内，使箱内CO2浓度降低，达到自动控制。鼓风机23的工作除了有以上自动控制外，还有停止和手动方式，可以根据具体情况，人为增加或降低CO2浓度。图7为小鼓风机工作电路示意图，小鼓风机23一端接电源401，其另外一端可已根据控制需要分别接手动工作方式的触点314、停止工作方式的触点313、自动工作方式的触点312；电源401和自动工作方式的触点312分别与受二氧化碳浓度信号控制的继电器311连接，继电器311与与控制主机3连接，同时控制主机3上还带有二氧化碳浓度显示装置。
本实用新型的蛋架和翻蛋系统本实用新型为了孵化和出雏两用，增加了蛋盘之间的距离，使之既能放孵化盘，又能放置出雏盘。参见图8为蛋架及翻蛋系统工作示意图，4层蛋架通过1个小电动机21带动翻蛋。设定翻蛋频率后，单片主机1会定时向小电动机21发出翻蛋程序信号211，皮带带动转动轴转动，再通过传动杆511使4层蛋盘转动一定的角度，达到翻蛋的目的。除自动翻蛋方式外，还有手动和停止方式，手动用于观察或取样时人工转动蛋架，以利于操作；停止用于出雏或饲养小动物时，保证蛋架的固定。
性能测试和应用举例(1)箱体密闭性测试和通气量计算设定O2浓度为13％(相当于4200米海拔处的O2含量)，启动该设备，打开氮气阀门，调整减压阀和流量计，控制氮气输入速度，使箱内氧气浓度在20～30分钟下降到13％。然后，关闭进气系统，观察箱内气体氧气浓度的动态变化，每隔1小时记录氧气浓度，结果如图9所示。图9中显示，当O2浓度较低时，由于内外氧分压差大，浓度回升较快。若以开始的1小时计算，O2浓度从13.0％升到16.5％，箱内的O2净增量＝720×(16.5％-13.0％)＝25.2L。鸡胚在啄壳前O2消耗量最大，报道在0.4～0.5ml/min之间(Hoyth等，1980；Tazawa等，1983)。经计算，250枚鸡胚1小时约消耗6～7.5L，远远低于25.2L。所以本设备在模拟低氧孵化时，自然的空气渗入足够胚胎的消耗，不会使箱内O2浓度持续降低。理论计算每小时纯N2需要量＝[(25.2-6.8)～25.2]÷13％×87％＝123.1～168.6L，那么1瓶高压N2约可供5000÷(123.1～168.6)＝29.7～40.6h使用。
(2)常氧低氧对照孵化实验为了测试本设备的孵化性能，确保低氧实验时其它因素都属正常，不影响鸡胚的发育和出雏，我们先进行了1次常氧孵化试验。按照正常孵化程序，入孵了209枚隐性白鸡种蛋，设定温度37.8、湿度60％、日翻蛋12次，关闭氮气进气系统。实验期间观察温度、湿度、O2和CO2浓度，发现各指标都能控制在正常的范围内，O2浓度因箱体相对密闭，且内外分压差不大而会降到18.4％，但仍属正常范围。结果，鸡胚发育正常，受精蛋孵化率87％。
接着我们又做了低氧孵化试验，入孵200枚隐性白鸡种蛋，设定O2浓度13％，其他指标同上。试验期间温度、湿度均能稳定的控制在正常的设定范围内；CO2浓度在孵化前期相对较低，为0.04％～0.08％，中期为0.06～0.35％，后期为0.15～0.65％，只是在短期超过设定的0.5％，但仍在正常范围内，不会对胚胎发育造成影响；O2浓度受自动系统控制，能稳定保持在设定值13.0％±0.2％的范围；试验结果，受精蛋孵化率3.3％。另外本试验还观察到，在不打开箱门连续低氧情况下，1瓶高压N2约可使用36～55h，与理论计算值相符。
对照试验可见本设备各系统工作性能良好、持续稳定，达到了预期的低氧模拟效果。
(3)藏鸡和低地鸡种胚胎低氧适应表型观察及采样试验藏鸡是海拔2200～4100m的高原品种，是具有高度低氧适应的家禽品种。对藏鸡高原适应性遗传机理进行研究，找出控制低氧适应的主基因，揭示藏鸡及其它动物(包括人)高原生理反应规律和遗传适应机制有帮助，也为藏鸡的资源保存和利用、高原高产品种的培育、疫病防治等提供理论依据，对发展高原畜牧经济有着重要意义。为了确定不同低地鸡种和藏鸡在高原适应特征上的品种和个体的表型差别，对不同表型的鸡进行基因型分析和基因表达的差异的研究，我们用该设备分批进行了阶段低氧和全期低氧孵化试验。试验材料为藏鸡和隐性白鸡。
阶段低氧试验分组为1-3天低氧组(1-3天13％氧，以后转为常氧孵化)；4-8天低氧组(4-8天13％氧，其余期间常氧孵化)；8-11天低氧组(8-11天13％氧，其余常氧孵化)；12-17天低氧组(12-17天13％氧，其余常氧孵化)；18-21天低氧组(先常氧孵化，18天后转为13％氧，直到出雏)。在每次低氧期末分别采集了每品种成活胚胎个体，迅速放入液氮中冷冻，然后于-80℃保存，待做基因调控表达差异分析。目前样品正在测定分析。
全期低氧孵化试验分两次分别入孵了藏鸡种蛋77枚、隐性白鸡种蛋234枚，设定O2浓度13％、温度37.8℃、湿度60％、日翻蛋12次。连续低氧22天，为了尽量减少开闭箱门的次数，孵化期内不照蛋。在孵化期第20天，将所有蛋落盘，并放回箱内低氧出雏。22天末，关闭各系统，统计各品种出雏数，并将所有未出雏的鸡蛋逐个解剖，以确定是否是无精蛋、死胚和死亡阶段。结果见表1。
表1 连续低氧对低地鸡种和藏鸡孵化的影响(％)
注死亡率和出雏率都是以受精蛋为分母的计算值结果可见，藏鸡种蛋孵化受低氧影响较小，胚胎前期和后期死亡率较高，中间较低，符合一般的孵化规律；隐性白鸡孵化受低氧影响较大，死亡率随着低氧时间的延长表现出逐渐升高的趋势。本试验通过低氧模拟孵化，确定了低氧适应(存活)和不适应(死亡)个体，对每个个体分别采样，拟进行低氧适应候选基因的基因型和效应分析。目前样品正在测定分析。
本实用新型的技术指标如下温度控制范围30～39℃，控制精度0.2℃；数字显示精度0.01℃；箱内部温度场差＜0.2℃；低于设定温度值1℃和超出0.5℃，系统自动报警。
湿度控制范围40％～85％，控制精度＜5％，数字显示精度1％；低于设定湿度值10％时，自动报警；高于设定值10％时，显示数字闪烁。
氧气探测仪为经改装的国产HL-6101型氧气变送器，可持续监测氧气浓度，数字显示。测量范围0～25％，测量误差≤0.5％，显示分辨率0.1％。箱内氧气浓度控制范围8.0％～20.9％，控制精度±0.2％。
二氧化碳探测采用进口FT6004S50K型红外CO2探头，配国产XSE/C-H单通道主机，测量范围0～5％，显示精度为1ppm；箱内气体由主机上继电器控制，使CO2浓度不高于0.5％。
翻蛋有自动、停止和手动3种方式，自动翻蛋间隔时间可0～190分钟任意设定。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种孵化机，其特征在于，所述孵化机的箱体由中间填充有隔热材料的钢板围成，所述的孵化机包括温度控制系统、湿度控制系统、O2浓度控制系统、CO2浓度控制系统和蛋架及翻蛋系统；所述的温度控制系统包括一单片主机及与该单片主机口线分别电气连接的温度探头、电加热丝、水银导电表、排气风扇、轴流风扇，还包括一气体冷却密闭管道，所述的气体冷却密闭管道入口设在排气风扇的排气口，气体冷却密闭管道的出口与箱体内腔相连通；所述湿度控制系统包括与温度控制系统共用的单片主机、与所述单片主机口线分别电气连接的湿度探头、加湿器，所述的加湿器设在箱体外，该加湿器产生的蒸汽通过与箱体上的加湿孔相连接的水蒸汽管道进入箱内；所述O2浓度控制系统包括顺次串联的高压氮气钢瓶、减压阀、流量计、电磁阀，该O2浓度控制系统还包括一氧气系统主机及与该氧气系统主机连接的氧气探头，所述氧气系统主机与所述电磁阀电气连接；所述CO2浓度控制系统包括二氧化碳系统主机、与所述二氧化碳系统主机分别电气连接的二氧化碳探头和小型鼓风机、与所述小型鼓风机出风口连接的二氧化碳吸收剂容器、所述吸收容器内装有的CO2吸收剂；所述蛋架及翻蛋系统包括蛋架、可带动所述蛋架上设有的蛋盘转动的电动机，所述温度、湿度控制系统共用的单片主机与所述电动机电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种孵化机，其特征在于，所述O2浓度控制系统主机连接的继电器电位信号可调，可以设定不同O2浓度；所述继电器会在设定O2浓度±0.2％输出信号。
3.根据权利要求1所述的一种孵化机，其特征在于，所述电磁阀与O2浓度控制的继电器电气连接，其上设有自动、手动、停止开关。
4.根据权利要求1所述的一种孵化机，其特征在于，所述高压氮气钢瓶内充有作为气源的普氮，电磁阀控制进气。
5.根据权利要求1所述的一种孵化机，其特征在于，所述孵化机的箱门上设有观察窗和取样孔，该箱门四周设有垫密封条。
6.根据权利要求2所述的一种孵化机，其特征在于，所述观察窗用双层玻璃封闭，所述的取样孔为圆形，该圆形取样孔内套长臂乳胶手套。
7.根据权利要求1所述的一种孵化机，其特征在于，所述的氧气系统主机通过继电器电气连接电磁阀。
8.根据权利要求1所述的一种孵化机，其特征在于，所述CO2浓度控制系统的二氧化碳系统主机通过继电器与小鼓风机电气连接；所述鼓风机设有自动、停止、手动的开关。
9.根据权利要求1所述的一种孵化机，其特征在于，所述湿度控制系统的小型加湿器与单片主机电气连接，其工作受湿度信号自动控制。
10.根据权利要求1所述的一种孵化机，其特征在于，所述的排气风扇与单片主机电气连接，其工作受温度信号自动控制；所排出的气流经密闭散热管道，冷却后又回到孵化箱内；所述的蛋盘架之间间隔有一定距离，可以放置孵化盘和出雏盘。
专利摘要一种孵化机，包括温度控制系统、湿度控制系统、O
文档编号A01K41/00GK2720808SQ200420066829
公开日2005年8月31日 申请日期2004年6月11日 优先权日2004年6月11日
发明者吴常信, 张 浩, 苟潇 申请人:中国农业大学