一种聚合酶链反应分析仪的温度校准装置的制作方法

本实用新型属于聚合酶链反应分析仪温度校准技术领域，尤其涉及一种聚合酶链反应分析仪的温度校准装置，具体涉及一种16孔聚合酶链反应分析仪的温度校准装置。

背景技术：

聚合酶链反应分析仪(polymerasechainreactionanalyzer)简称pcr仪，聚合酶链反应实现的是体外扩增dna序列的技术，通过变性—退火—延伸步骤的重复循环实现基因扩增。pcr仪经过多年的发展，已发展成为分子生物学领域的一项关键技术和常规技术。pcr仪的种类很多，仅从加热模块的类型不同来看主要有以下几种：一类是普通pcr仪，其样品加热模块大多数为扁平板状多孔设计，有24孔、48孔、96孔、384孔等，普通pcr仪加热模块所有孔的温度统一设定；另一类为梯度pcr仪，可以在同一个实验中对加热模块的不同区域设置不同的温度，多个不同退火温度的pcr反应在一次实验中完成，从而可在短时间内找到pcr反应的最优实验条件，大大提高科研工作者的科研效率；还有一类是16孔位的微型pcr仪，这类仪器的加热孔的排列方式为双排8孔，是市场新型产品。pcr仪主要的参数是温度，温度的准确性、均匀性、稳定性对pcr设备测试结果有直接的影响。2015年国家质量监督检验检疫总局发布并实施了jjf1527-2015聚合酶链反应分析仪校准规范，该规范指出温度校准装置由若干个(通常为15个)精密温度传感器、数据采集分析模块组成，测温范围(0～120)℃，温度校准装置测量不确定度≤0.1℃，且需要通过计量检定。缺点是，jjf1527-2015聚合酶链反应分析仪校准规范是针对96孔的pcr仪制定的，而16孔位的微型pcr仪则无相对应的校准规范，在实践操作中采用jjf1527-2015作为其规范。

中国专利申请，申请号cn201721767684.3，申请日2017.12.18，授权公告号cn207649794u，授权公告日2018.07.24，公开了一种聚合酶链式反应分析仪多通道温度校准装置，包括多个温度传感器，所述多个温度传感器的信号输出端连接有一多通道转换开关，该多通道转换开关连接有一集成化测温模块，所述集成化测温模块连接有一微型处理模块，该微型处理模块的输出端连接所述多通道转换开关的控制端，所述微型处理模块连接有一计算机控制单元，该计算机控制单元用于显示，存储信息并生成校准报告；所述温度传感器包括15个插入式热敏电阻传感器和1个贴片式热敏电阻传感器；所述微型处理模块通过协议信号控制电路控制多通道转换开关；所述集成化测温模块为比较测温电路。结构合理，快速响应，检测精度高。缺点是该技术方案不能完全满足16孔pcr仪的温度校准需求。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中16孔位的微型pcr仪在实践操作中执行jjf1527-2015规范，公开的校准装置采用插入式热敏电阻温度传感器和贴片式热敏电阻温度传感器作为温度传感器，封装后插入基孔底部进行温度在线检测校准，不能完全满足16孔pcr仪的温度校准需求的问题，本实用新型的目的在于提供一种聚合酶链反应分析仪的温度校准装置，可以实时监测16孔pcr仪的温度并绘制温度时间曲线，计算温度准确度、温度均一性、升降温速度等指标，同时还可绘制测试报告，节约时间，提高工作效率。

2.技术方案

为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型采用如下技术方案：

一种聚合酶链反应分析仪的温度校准装置，包括微处理单元、直流电源、计算机控制单元和若干个温度传感器，所述微处理单元与计算机控制单元连接，该计算机控制单元用于显示、存储信息并生成测试报告，所述直流电源与微处理单元连接；其特点是所述温度传感器为铂热电阻，所述微处理单元单元与温度传感器之间设置放大电路，所述放大电路根据电压值与铂热电阻的电阻值的线性关系，将铂热电阻的电阻值转换为电压值，微处理单元通过测定放大电路输出的电压值可以换算得到铂热电阻的电阻值。

在本实用新型一个具体的实施例中，所述微处理单元上设置蓝牙模块，所述蓝牙模块与直流电源连接，直流电源为蓝牙模块供电，所述微处理单元与计算机控制单元通过蓝牙模块进行信号的传递。

在本实用新型一个具体的实施例中，所述温度传感器根据16孔pcr仪的孔位分布进行设置，设置为2排8孔。

在本实用新型一个具体的实施例中，所述聚合酶链反应分析仪的温度校准装置还包括壳体、第一安装板和第二安装板，所述温度传感器通过固定块设置在第二安装板上，所述第二安装板上设置通孔，第一安装板和第二安装板通过支撑柱连接，第一安装板上设置微处理单元、直流电源、蓝牙模块、放大电路，所述放大电路和温度传感器通过排线连接，所述排线穿过通孔，排线占用空间小，不会影响pcr分析仪的密合性；所述壳体内部设置空腔，第一安装板设置在空腔内，第二安装板封堵壳体的开口。

在本实用新型一个具体的实施例中，所述微处理单元为单片机，由直流电源供电，所述单片机为stm32f4；放大电路直接与单片机的引脚相连，单片机内置模数转换器(即a/d转换器，或简称adc)，将放大电路输出到单片机的引脚的0～3.3v范围内的电压通过单片机内设程序转换为0～4096区间内的adc数字值。数字与电压呈线性关系，最终单片机内置的模数转换adc得到的adc数字值大小与铂热电阻传所处环境温度呈线性关系。由于铂热电阻与放大电路处于持续工作状态，单片机的引脚会持续的接收到0～3.3v范围内的电压，但是单片机若不运行模数转换adc功能，单片机则不会输出adc数字值，只有当单片机运行模数转换adc功能时，单片机才能输出adc数字值；adc数字值反应的是当时铂热电阻所处环境温度值。计算机控制单元发送测温指令，蓝牙模块接受到指令后，将指令传输至单片机，单片机运行模数转换adc功能，单片机立即采集16个引脚的adc数字值，将16个引脚的adc数字值通过蓝牙发送至计算机控制单元，计算机控制单元接收到16个引脚的adc数字值时，通过内置的运算程序，得到16个孔位的温度值。采集时间约为50ms。

在本实用新型一个具体的实施例中，所述直流电源为锂电池，所述锂电池设置充电接口，锂电池电量不足时，通过充电接口进行充电。

在本实用新型一个具体的实施例中，所述铂热电阻采用型号为pt1000；铂热电阻传感器测温电阻的电阻温度系数分散性小，其精度高、线性好、灵敏度也比较高，稳定性和耐高压性也较好，用它制作的温差计性能优良；pt1000的阻值跟温度的变化成正比；pt1000的阻值与温度变化关系为：当pt1000温度为0℃时它的阻值为1000欧姆，在100℃时它的阻值约为1385.055欧姆；本实用新型的一个温度传感器对应连接一个放大电路，再由放大电路与单片机引脚连接，这样的设置可以更精确地测定电阻值，方便于在一个准确的温度下，对铂热电阻与放大电路的组合进行一对一的调试，通过调整放大电路周围的电阻值来弥补或尽量缩小16个铂热电阻测定同一个温度下的误差值，保证了检测的准确性。

在本实用新型一个具体的实施例中，所述放大电路采用lm358，根据电压值与铂热电阻的电阻值的线性关系，将铂热电阻的电阻值转换为电压值，微处理单元通过测定放大电路输出的电压值可以换算得到铂热电阻的电阻值，放大电路的电压值范围为0～3.3v以内。

在本实用新型一个具体的实施例中，所述计算机控制单元为具有蓝牙信号收发的客户端。

3.有益效果

与现有技术相比，本实用新型的优点是：第一安装板上设置有内置程序的单片机、蓝牙模块，通过蓝牙模块将数据传输到计算机控制单元上，能实现实时监测；铂热电阻设置为两排，每排铂热电阻的数量设置为8个，且各个铂热电阻的位置分别与聚合酶链反应分析仪的孔位相对应；能同时测量16个孔位的温度，减少了测量操作的工作量，大大提高了工作效率；温度传感器通过排线与放大电路连接，进行电路传输，整个仪器的密合性非常好，使测量数据更精确；本实用新型结构简单，使用稳定性好，安全可靠，便于操作，大大缩减了pcr仪器校准过程时间，提高校准的精确度，降低了仪器操作的复杂程度，减少了工作量。

附图说明

为了更清楚地说明实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型外部结构示意图之一。

图2是本实用新型外部结构示意图之二。

图3是本实用新型内部结构示意图。

图4是本实用新型电路原理图。

图5是本实用新型温度传感器、放大电路图与微处理单元一一对应关系图。

图中：1-微处理单元2-直流电源3-温度传感器4-计算机控制单元5-放大电路6-蓝牙模块7-壳体8-第一安装板9-第二安装板10-通孔11-支撑柱12-排线13-充电接口14-开关15-固定块。

具体实施方式

下面将结合附图对实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于实用新型保护的范围。

在实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对实用新型的限制。

在实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在实用新型中的具体含义。

如图1至图5所示，一种聚合酶链反应分析仪的温度校准装置，包括微处理单元1、直流电源2、计算机控制单元4和若干个温度传感器3，微处理单元1与计算机控制单元4连接，该计算机控制单元4用于显示、存储信息并生成测试报告，直流电源2与微处理单元1连接；其特点是温度传感器3为铂热电阻，微处理单元1单元与温度传感器3之间设置放大电路5，放大电路5根据电压值与铂热电阻的电阻值的线性关系，将铂热电阻的电阻值转换为电压值，微处理单元1通过测定放大电路5输出的电压值可以换算得到铂热电阻的电阻值。

微处理单元1上设置蓝牙模块6，蓝牙模块6与直流电源2连接，直流电源2为蓝牙模块6供电，微处理单元1与计算机控制单元4通过蓝牙模块6进行信号的传递。

温度传感器3根据16孔pcr仪的孔位分布进行设置，设置为2排8孔。

聚合酶链反应分析仪的温度校准装置还包括壳体7、第一安装板8和第二安装板9，温度传感器3通过固定块159设置在第二安装板9上，第二安装板9上设置通孔10，第一安装板8和第二安装板9通过支撑柱11连接，第一安装板8上设置微处理单元1、直流电源2、蓝牙模块6、放大电路5，放大电路5和温度传感器3通过排线12连接，排线12穿过通孔10，排线12占用空间小，不会影响pcr分析仪的密合性；壳体7内部设置空腔，第一安装板8设置在空腔内，第二安装板9封堵壳体7的开口；壳体7上还设置开关14，与单片机的开关电路连接。

微处理单元1为单片机，由直流电源2供电，单片机为stm32f4；放大电路5直接与单片机的引脚相连，单片机内置模数转换器(即a/d转换器，或简称adc)，将放大电路5输出到单片机的引脚的0～3.3v范围内的电压通过单片机内设程序转换为0～4096区间内的adc数字值。数字与电压呈线性关系，最终单片机内置的模数转换adc得到的adc数字值大小与铂热电阻传所处环境温度呈线性关系。由于铂热电阻与放大电路5处于持续工作状态，单片机的引脚会持续的接收到0～3.3v范围内的电压，但是单片机若不运行模数转换adc功能，单片机则不会输出adc数字值，只有当单片机运行模数转换adc功能时，单片机才能输出adc数字值；adc数字值反应的是当时铂热电阻所处环境温度值。计算机控制单元4发送测温指令，蓝牙模块6接受到指令后，将指令传输至单片机，单片机运行模数转换adc功能，单片机立即采集16个引脚的adc数字值，将16个引脚的adc数字值通过蓝牙发送至计算机控制单元4，计算机控制单元4接收到16个引脚的adc数字值时，通过内置的运算程序，得到16个孔位的温度值。采集时间约为50ms。

直流电源2为锂电池，锂电池设置充电接口13，锂电池电量不足时，通过充电接口13进行充电。

铂热电阻采用型号为pt1000；铂热电阻传感器测温电阻的电阻温度系数分散性小，其精度高、线性好、灵敏度也比较高，稳定性和耐高压性也较好，用它制作的温差计性能优良；pt1000的阻值跟温度的变化成正比；pt1000的阻值与温度变化关系为：当pt1000温度为0℃时它的阻值为1000欧姆，在100℃时它的阻值约为1385.055欧姆；本实用新型的一个温度传感器3对应连接一个放大电路5，再由放大电路5与单片机引脚连接，这样的设置可以更精确地测定电阻值，方便于在一个准确的温度下，对铂热电阻与放大电路5的组合进行一对一的调试，通过调整放大电路5周围的电阻值来弥补或尽量缩小16个铂热电阻测定同一个温度下的误差值，保证了检测的准确性。

如图5所示，放大电路5采用lm358，r1、r2、r3、r4、r5为电阻、c为电容，根据电压值与铂热电阻的电阻值的线性关系，将铂热电阻的电阻值转换为电压值，微处理单元1通过测定放大电路5输出的电压值可以换算得到铂热电阻的电阻值，放大电路5的电压值范围为0～3.3v以内。

计算机控制单元4为具有蓝牙信号收发的客户端。

具体实施：第二安装板上通过固定块安装有16个铂热电阻，采集温度范围为-200℃～+200℃，显示精度0.1℃，在100℃时它的阻值约为1385.005欧姆。工作原理：阻值随着温度上升而成匀速增长；将温度传感器(铂热电阻)插入到16孔pcr的控温区域中，铂热电阻与pcr分析仪的温度加热孔底部紧密贴合，实时检测16个孔位的温度，呈现为16个铂热电阻的电阻值。温度传感器与放大电路通过排线进行电路传输，将16个铂热电阻的电阻值传输至放大电路，放大电路进行分析，将电阻值输出为电压值，最终16个电压值将传输至第一安装板上的单片机中进行模数转换，由内置在单片机中的程序进行计算得出16个孔位的温度值；第一安装板的供电由锂电池进行，电池电量不足时，需要通过充电接口13进行充电；单片机的检测结果通过蓝牙发送至计算机控制单元，在计算机控制单元可以实时监测多达16孔位的温度，并绘制温度时间曲线，计算温度准确度、温度均一性、升降温速度等指标，同时还可绘制测试报告；第一安装板与第二安装板由支撑柱进行固定，外部由壳体进行防护。

计算机控制单元、微处理单元、温度传感器、放大电路的控制方式如下：

1、计算机控制单元发送测温指令，蓝牙模块接受到指令后，将指令传输至单片机，单片机运行模数转换adc功能，单片机立即采集16个引脚的adc数字值，将16个引脚的adc数字值通过蓝牙发送至计算机控制单元，计算机控制单元接收到16个引脚的adc数字值时，通过内置的运算程序，得到16个孔位的温度值。采集时间约为50ms；

2、温度示值误差测试：pcr仪进行温度设定并达到某一特定温度后，将测温模块放入pcr仪中，温度稳定30秒后，计算机控制单元内设定pcr仪预设温度值，计算机控制单元发送温度示值误差测试指令，蓝牙模块接受到指令后，将指令传输至单片机，单片机运行模数转换adc功能，单片机立即采集16个引脚的adc数字值，将16个引脚的adc数字值通过蓝牙发送至计算机控制单元，计算机控制单元接收到16个引脚的adc数字值时，通过内置的运算程序，得到16个孔位的温度值；16个孔位的温度值与pcr预设的温度值的差异则为温度示值误差结果；

3、温度均匀性测试：pcr仪温度设定并达到某一特定温度后，将测温模块放入pcr仪中，温度稳定30秒后，计算机控制单元内设定pcr仪预设温度值，计算机控制单元发送温度示值误差测试指令，蓝牙模块接受到指令后，将指令传输至单片机，单片机运行模数转换adc功能，单片机立即采集16个引脚的adc数字值，将16个引脚的adc数字值通过蓝牙发送至计算机控制单元，计算机控制单元接收到16个引脚的adc数字值时，通过内置的运算程序，得到16个孔位的温度值；16个孔位的温度值间的误差值则为温度均匀性结果；

4、升温速率测试：pcr仪进行从室温升温至95℃温度程序，将测温模块放入pcr仪中，温度稳定30秒后，点击升温速率测试，此时计算机控制单元每隔50ms向测温仪发送温度测试指令，单片机进行adc采样后，计算机控制单元同时得到16个孔位的温度值。pcr仪开始运行室温升温至95℃温度程序，当测温仪采集到50℃时，开始计时，期间维持每隔50ms向测温仪发送温度测试指令，直至测温仪采集到90℃时，停止计时，计算计时时间，(90℃-50℃)/计时时间则为升温速率；

5、降温速率测试：pcr仪进行从95℃降温至40℃温度程序，将测温模块放入pcr仪中，温度稳定30秒后，点击升温速率测试，此时计算机控制单元每隔50ms向测温仪发送温度测试指令，单片机进行adc采样后，计算机控制单元同时得到16个孔位的温度值。pcr仪开始运行从95℃降温至40℃温度程序，当测温仪采集到90℃时，开始计时，期间维持每隔50ms向测温仪发送温度测试指令，直至测温仪采集到50℃时，停止计时，计算计时时间，(90-50)/计时时间则为降温速率；

6、生成温度示值误差测试、温度均匀性测试、升温速率测试、降温速率测试报告。

实施例1：温度示值误差、温度均匀性测试。

首先根据jjf1527-2015聚合酶链反应分析仪校准规范要求，在pcr程序上进行温度标准程序设定；然后将本实用新型电源开启，蓝牙连接至计算机控制单元，开启检测模式温度示值误差、温度均匀性测试功能；运行pcr温度标准程序，温度标准程序共有6个不同温度恒温段；本实用新型的测温装置在pcr程序各个恒温阶段时记录16个孔位的温度值，单片机通过蓝牙模块将共计96个检测数据传输至计算机控制单元。pcr温度标准程序完成后，由计算机控制单元进行数据分析计算，得到仪器的在不同温度恒温的段内的温度示值误差、温度均匀性结果。测试时间为19分钟，大大缩短了测试时间，提高了测试效率。

实施例2：升降温速率测试。

首先根据jjf1527-2015聚合酶链反应分析仪校准规范要求，在pcr程序上进行温度标准程序设定。然后将本实用新型的测温装置电源开启，蓝牙连接至计算机控制单元，开启检测模式升降温速率测试功能。运行pcr温度标准程序，温度标准程序共有2个不同温度恒温段。升温开始，该测温装置在铂热电阻到温度50℃开始计时，铂热电阻到温度90℃停止计时；降温开始，该测温装置在铂热电阻降到温度90℃开始计时，铂热电阻降到温度50℃停止计时。单片机通过蓝牙模块将共计2组检测数据传输至计算机控制单元；pcr温度标准程序完成后，由计算机控制单元进行数据分析计算，得到仪器的升降温速率结果。测试时间为9分钟。大大缩短了测试时间，提高了测试效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。