专利名称：一种用于光谱分析实验的样品温度调节装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种温度调节装置，具体是一种用于光谱分析实验的样品温度调节装置。
背景技术：
红外光谱法是鉴别物质和分析物质结构的有用手段，已广泛用于各种物质的定性鉴定和定量分析，以及研究分子间和分子内部的相互作用。红外光谱仪已成为化学分析中应用最广泛的仪器之一，目前所发展的激光红外光谱仪，其能量高，单色性好，灵敏度极高，近年来广泛地应用于医药、石油、化工、环保、食品、材料、公安、国防、半导体、光学等领域。一些实验样品对温度有一定的敏感性，不同温度下其光谱特性存在一定的差异，这被利用到在激光红外光谱仪实验中对样品成份的分析。因此，需要一种能对实验样品进行升(降) 温和控温的附加装置。以往改变固体样品温度的技术是用发热件对固体样品直接加热，但这种技术主要存在两个不足一是得改变样品原来放置的方法，且操作不方便；二是由于加热丝是置于实验样品边缘，热量从样品边缘传导到样品中心存在不小的温度梯度，而要使样品边缘与中心处的温度达到一致所需要等待的时间通常不少于15分钟，这就降低了实验效率。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种用于光谱分析实验的样品温度调节装置。本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下—种用于光谱分析实验的样品温调装置，该装置分为两大部分一是可用于增加样品温度和探测样品温度的调温盒，二是实现温度加热与温度反馈控制及温度预设显示的温控电路。I.调温盒是一个盒式结构，主要由隔热层、活动样品支架、固定样品支架、温度传感器探头、阻热挡板、阻热挡板支架、发热件七部分组成，盒的相对侧壁对开一对小孔，盒壁为隔热层；盒内阻热挡板支架设在盒底面上或安在盒壁上或吊在盒盖上，阻热挡板支架起固定阻热挡板的作用并使阻热挡板离盒底有一定的距离，温度传感器探头和固定样品支架分别固定在阻热挡板上，活动样品支架插放在固定样品支架上，发热件安置在阻热挡板之下但不接触阻热挡板和盒底；2.温控电路由电源电路、功率放大与加热电路、声光提示电路、微处理器控制电路、温度预设与显示电路和温度传感器模块六部分构成。I)功率放大与加热电路功率放大与加热电路的作用是对微处理器发出的PWM信号进行功率放大，得到大功率受控电流驱动发热电阻发热以实现加热功能。这部分电路由电阻R1、电阻R3、大功率三极管Q1、光耦U3和加热电阻丝R9(即加热件)组成。这些元件的量值(或参数)是大功率三极管Ql为TIP35，电阻Rl = 5. lkQ、R3 = 300Q。连接方式是光耦U3的阴极连接电阻R3，阳极连接到电源5V，光耦U3的集电极、发射极分别连接到三极管Ql的集电极和基极；电阻Rl连接到三极管Ql的基极与发射极之间；三极管Ql发射极连接加热电阻丝R9一端。2)温度预设与显示电路温度预设与显示电路的作用是供用户设定实验过程所需的温度值，并可实时显示用户设定的温度值和调温盒内当前实际温度(显示值分辨率为0. I摄氏度)。这部分电路由小液晶J2、按键S2、按键S3、按键S4、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电位器Rl3等组成。这些元件的量值(或参数)是电阻R10、R11、R12、R13均为IOkQ，J2为1602蓝背光小液晶显示屏，按键为8*8mm按键。连接方式是电阻RIO、Rll、R12 一端同接到5V电源，另一端分别连接S4、S3、S2 ;按键S2、S3、S4的另一端均连接电源地；1602蓝背光小液晶显示屏J2的第一引脚和第十五引脚连接到电源地，J2的第二引脚和第十六引脚连接到5V电源，第三引脚连接电位器R13 ;电位器R13另外两端分别接电源地和5V电源。3)微处理器控制电路微处理器控制电路的作用是读取温度传感器模块的温度值，采集按键的信息，控制1602液晶显示屏J2显示相关的信息。通过对按键的动作，温度传感器模块温度值等信息进行运算分析发出相关的PWM信号，控制加热电路从而实现加热与恒温功能。这部分电路由单片机U1、晶振Y1、电容C3、电容C7、电容C8、按键SI、电阻R7、电阻R8、程序更新接口Jl组成。它们的量值(或参数)是电容C3 = I ii F，C7 = 30pF，C8 = 30pF，R7 = IOkQ ,R8 = lkQ，Yl = 12MHz。连接方式是晶振Yl并联到Ul的X1、X2引脚，电容C7和C8—端分别连接到Ul的XI、X2引脚，另一端一起连接到电源地；电容C7、C8、晶振Yl与单片机Ul内部的非门一起构成单片机的工作时钟电路；电容C3和电阻R7与按键SI并联后一端连接到5V电源，另一端连接到电阻R8和单片机Ul的第九引脚及程序更新接口 Jl的第三引脚，而电阻R8的另一端则接电源地；电容C3、电阻R7和R8与按键SI 一起构成单片机Ul的上电复位与手动复位电路Jl的第一引脚接电源地，Jl的第二引脚接5V电源，Jl的第三、第四、第五、第六引脚分别接Ul的第九、第八、第七、第六引脚；U1的第三十一引脚接5V电源。4)温度传感器模块温度传感器模块是用温度传感器探头(见图I中5)采集加热箱内部实时温度，并把该信息反馈到微处理器控制电路形成反馈电路。温度传感器模块设有第一引脚、第二引脚、第三引脚，温度传感器模块的第一引脚连接到5V电源、第二引脚为数据引脚、第三引脚接电源地。5)电源电路电源电路其作用是为微处理器控制电路、温度传感器模块等提供5V稳压电源，为功率放大与加热电路提供24V大功率电源。这部分电路由变压器Tl，二极管D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9,电容C1、C2、C4、C5、C6、C9，三端集成稳压管U2组成。它们的量值(或参数)是U2为MC7805 ；T1功率为5W，输出24V和6V电压的交流变压器；C1为3300 y F25V电解质电容，C4为3300iiF50V电解质电容，C5、C6和C9均为0. IiiF陶瓷电容；二极管D2、D3、04、05、06、07、08和09均为6N10。连接方式是变压器Tl的24V交流输出线圈连接到由二极管D3、D4、D5、D6构成的整流电桥的输入端，整流电桥的输出端则与电容C4和C9并联；变压器TI的交流输出线圈连接到由二极管D2、D7、D8、D9构成的另一个整流电桥的输入端，其输出端并联电容Cl和C5，得到平稳的直流电源输入到三端集成稳压管U2的第一引脚和第二引脚(接地)、第二引脚与第三引脚并联电容C2和C6输出稳定的5V电源，为后级控制电路提供电源。6)声光提示电路声光提示电路其作用是提醒用户温控室内已达到设定的温度并保持恒温状态。当温控室内已达到设定的温度并保持恒温时，蜂鸣器会发出铃声，发光二极管会变亮，以提醒用户进行相关操作。这部分电路发光二极管D0、电阻1 2、1 4、1 5、三极管02、蜂鸣器组成。它们的量值(或参数)是DO为5mm发红光二极管。电 阻R2 = 300 Q , R4 = 100 Q、R5 =Ik Q，蜂鸣器为5V有源蜂鸣器。连接方式是发光二极管DO的阳极连接到5V电源，阴极串联电阻R2 ;蜂鸣器的正极输入端连接到5V电源，负极输入端串联电阻R4后连接到三极管Q2的集电极；三极管Q2的发射极连接电源地线，基极与电阻R5串联。7)各电路之间的连接电源电路经过电容C4和C9滤波后的直流电正、负极分别接到功率放大与加热电路的大功率三极管Ql集电极和加热电阻丝R9 —端；功率放大与加热电路的电阻R3连接微处理器控制电路的单片机Ul的第三引脚；声光提示电路的电阻R2和R5分别接微处理器控制电路的单片机Ul第二引脚和第一引脚；温度传感器模块的第二引脚与微处理器控制电路的单片机Ul第十五引脚相接；温度预设与显示电路的按键S2、S3、S4的一端分别接微处理器控制电路的单片机Ul的第三十七引脚、第三十八引脚、第三十九引脚，液晶显示屏J2的第四引脚 第十四引脚分别接微处理器控制电路的单片机Ul的第三十四引脚、第三十三引脚、第三十二引脚、第二十一引脚 第二十八引脚。调温盒与温控电路的连接调温盒的温度传感器探头接线连接在温度传感器模块内部电路，温度传感器模块实际上包括了温度传感器探头；调温盒的发热件接线连接在功率放大与加热电路内部电路，功率放大与加热电路实际上包括了发热件。本实用新型的有益效果是I.本实用新型是一种既不改变样品放置方法又能避免样品内部温度梯度的形成，在一定的温度范围内，能够较快地对样品的温度进行调节和控制的装置。2.本实用新型装置在一温控空间内，能自动对样品升温至预设温度，具有自动提示功能，不造成样品内部温度梯度，不改变原有样品放置方式，线性有效温度范围在-200 850 0C o3.本实用新型装置不仅用于光谱技术样品成份分析实验，如红外光谱技术生物样品成份分析实验，还可用于其他需要对实验样品在不同温度下进行测量和分析的科学实验。
图I是本实用新型调温盒结构示意图。图中隔热层I、活动样品支架2、固定样品支架3、调温盒上有一对小孔4、温度传感器探头5、阻热挡板6、阻热挡板支架7、发热件8、温度传感器探头接线9、发热件接线10。图2是本实用新型调温盒结构俯视图。图中隔热层I、活动样品支架2、固定样品支架3、温度传感器探头5、阻热挡板6、温度传感器探头接线9、发热件接线10。图3是其温控电路图。[0034]图中电源电路11，功率放大与加热电路12，声光提示电路13，微处理器控制电路14，温度预设与显示电路15，温度传感器模块16，Ul引脚I 19、21 39，U2引脚1、2、3，Jl的引脚I 6, J2的引脚I 16,温度传感器模块16的引脚1、2、3。
具体实施方式
以下结合附图和实施对本实用新型作进一步描述。调温盒结构如图I和图2所示，调温盒是一个盒式结构，主要由隔热层I、活动样品支架2、固定样品支架3、温度传感器探头5、阻热挡板6、阻热挡板支架7、发热件8七部分 组成，盒的相对侧壁对开一对小孔4，盒壁为隔热层I由能耐受一定高温的材料(如石绵、多孔陶瓷等)做成。盒内阻热挡板支架7设在盒底面上(或安在盒壁上或吊在盒盖上)，阻热挡板支架7起固定阻热挡板6的作用并使阻热挡板离盒底有一定的距离，温度传感器 探头5和固定样品支架3分别固定在阻热挡板6上，活动样品支架2插放在固定样品支架3上，发热件8安置在阻热挡板6之下但不接触阻热挡板和盒底。温控电路如图3所示，温控电路由电源电路11、功率放大与加热电路12、声光提示电路13、微处理器控制电路14、温度预设与显示电路15、温度传感器模块16六部分构成。I.功率放大与加热电路12的作用是对微处理器发出的PWM信号进行功率放大，得到大功率受控电流驱动发热电阻发热以实现加热功能。这部分电路由电阻R1、电阻R3、大功率三极管Q1、光耦U3和加热电阻丝R9(即图I中的加热件8)组成。这些元件的量值(或参数)是大功率三极管Ql为TIP35，电阻Rl = 5. Ik Q、R3 = 300 Q。连接方式是光耦U3负极输入端串联电阻R3，光耦U3的阴极连接电阻R3，阳极连接到电源5V，光耦U3的集电极、发射极分别连接到三极管Ql的集电极和基极；电阻Rl连接到三极管Ql的基极与发射极之间；三极管Ql发射极连接加热电阻丝R9 —端。2.温度预设与显示电路15的作用是供用户设定实验过程所需的温度值，并可实时显示用户设定的温度值和调温盒内当前实际温度(显示值分辨率为0. I摄氏度)。这部分电路由小液晶J2、按键S2、按键S3、按键S4、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电位器R13等组成。这些元件的量值(或参数)是电阻R10、R11、R12、R13均为10kQ，J2为1602蓝背光小液晶显示屏，按键为8*8mm按键。连接方式是电阻R10、R11、R12—端同接到5V电源，另一端分别连接S4、S3、S2 ;按键S2、S3、S4的另一端均连接电源地；1602蓝背光小液晶显示屏J2的引脚I和引脚15连接到电源地，引脚2和引脚16连接到5V电源，引脚3连接电位器R13 ;电位器R13另外两端分别接电源地和5V电源。3.微处理器控制电路14的作用是读取温度传感器模块16的温度值，采集按键的信息，控制1602液晶显示屏J2显示相关的信息。通过对按键的动作，温度传感器模块16温度值等信息进行运算分析发出相关的PWM信号，控制加热部分电路从而实现加热与恒温功能。这部分电路由单片机U1、晶振Y1、电容C3、电容C7、电容C8、按键SI、电阻R7、电阻R8、程序更新接口 Jl组成。它们的量值(或参数)是电容C3 = luF,C7 = 30pF,C8 = 30pF,R7 = 10kQ，R8 = lkQ，Yl = 12MHz。连接方式是晶振Yl并联到Ul的X1、X2引脚，电容C7和C8 —端分别连接到Ul的X1、X2引脚，另一端一起连接到电源地；电容C7、C8、晶振Yl与单片机Ul内部的非门一起构成单片机的工作时钟电路；电容C3和电阻R7与按键SI并联后一端连接到5V电源，另一端连接到电阻R8和单片机Ul的引脚9及程序更新接口 Jl的引脚3，而电阻R8的另一端则接电源地；电容C3、电阻R7和R8与按键SI —起构成单片机Ul的上电复位与手动复位电路Jl的引脚I接电源地，引脚2接5V电源，引脚3、4、5、6分别接Ul引脚9、8、7、6 ；U1引脚31接5V电源。4.温度传感器模块16是用温度传感器探头(见图I中5)采集加热箱内部实时温度，并把该信息反馈到微处理器控制电路形成反馈电路。温度传感器模块16设有引脚I、引脚2、引脚3，引脚I连接到5V电源，引脚2为数据引脚，引脚3接电源地。5.电源电路11其作用是为微处理器控制电路部分14、温度传感器模块16等提供5V稳压电源，为功率放大与加热电路部分12提供24V大功率电源。这部分电路由变压器Tl，二极管 D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9，电容 Cl、C2、C4、C5、C6、C9，三端集成稳压管 U2 组成。它们的量值(或参数)是U2为MC7805 ；T1功率为5W，输出24V和5V电压的交 流变压器；C1为3300 u F25V电解质电容，C4为3300 u F50V电解质电容，C5、C6和C9均为0. I y F陶瓷电容；二极管D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8和D9均为6N10。连接方式是变压器Tl的24V交流输出线圈连接到由二极管D3、D4、D5、D6构成的整流电桥的输入端，整流电桥的输出端则与电容C4和C9并联；变压器Tl的交流输出线圈连接到由二极管D2、D7、D8、D9构成的另一个整流电桥的输入端，其输出端并联电容Cl和C5，得到平稳的直流电源输入到三端集成稳压管U2的引脚I和引脚2 (接地)，引脚2与3并联电容C2和C6输出稳定的5V电源，为后级控制电路提供电源。6.声光提示电路13其作用是提醒用户温控室内已达到设定的温度并保持恒温状态。当温控室内已达到设定的温度并保持恒温时，蜂鸣器会发出铃声，发光二极管会变亮，以提醒用户进行相关操作。这部分电路发光二极管D0、电阻R2、R4、R5、三极管Q2、蜂鸣器组成。它们的量值(或参数)是DO为5mm发红光二极管。电阻R2 = 300 Q、R4 = 100 Q ,R5 = IkQ，蜂鸣器为5V有源蜂鸣器。连接方式是发光二极管DO的阳极连接到5V电源，阴极串联电阻R2 ;蜂鸣器的正极输入端连接到5V电源，负极输入端串联电阻R4后连接到三极管Q2的集电极；三极管Q2的发射极连接电源地线，基极与电阻R5串联。11 16各部分电路之间是这样连接的电源电路11经过电容C4和C9滤波后的直流电正、负极分别接到功率放大与加热电路12的大功率三极管Ql集电极和加热电阻丝R9 —端；功率放大与加热电路12的电阻R3连接微处理器控制电路14的单片机Ul引脚3 ;声光提示电路13的电阻R2和R5分别接微处理器控制电路14的单片机Ul引脚2和I ;温度传感器模块16的引脚2与微处理器控制电路14的单片机Ul引脚15相接；温度预设与显示电路部分15的按键S2、S3、S4的一端分别接微处理器控制电路14的单片机Ul引脚37、38、39，液晶显示屏J2引脚4 14分别接微处理器控制电路14的单片机Ul引脚34、33、32、21 28。调温盒与温控电路的连接调温盒的温度传感器探头接线9连接在温度传感器模块16内部电路，温度传感器模块16实际上包括了温度传感器探头5 ;调温盒的发热件接线10连接在功率放大与加热电路12内部电路，功率放大与加热电路12实际上包括了发热件8。本实用新型具体实施如下隔热层I由能耐受一定高温的材料(如石绵、多孔陶瓷等)做成。固定样品支架
3、发热件8、阻热挡板6和温度传感器探头5组成一体后，安装固定在盒内底部。实验样品被套入活动支架2内，活动样品支架2则插放在固定样品支架3上。调温盒上有一对小孔4，光束可以从其中一个小孔射入，穿过样品后从另一对开的小孔射出。来自控制电路(见图3)的电流经发热件接线10供给发热件8 (可以是电热丝或电热板)产生热量，并通过空气传导和对流的方式间接地对样品进行加温。由隔热材料做成的阻热挡板6阻挡发热件8发出的热直接辐射到样品和活动样品支架2及固定样品支架3上。阻热挡板支架7使阻热挡板6固定并使阻热挡板6下面留有一定的空间安置发热件8。位于样品一旁的温度传感器探头5对样品附近的空气温度进行探测，通过其引出的温度传感器探头接线9反馈到控 制电路。由于是通过空气对样品加热，且样品本身很薄，样品各处的温度梯度很小，空气的温度与样品的温度的差别也很小，所以温度传感器探头5所探测到空气的温度就等同于样品的温度。
权利要求1. 一种用于光谱分析实验的样品温度调节装置，其特征在于，本实用新型装置分为两大部分一是可用于增加样品温度和探测样品温度的调温盒，二是实现温度加热与温度反馈控制及温度预设显示的温控电路； 1)调温盒是一个盒式结构，主要由隔热层、活动样品支架、固定样品支架、温度传感器探头、阻热挡板、阻热挡板支架、发热件七部分组成，盒的相对侧壁对开一对小孔，盒壁为隔热层；盒内阻热挡板支架设在盒底面上或安在盒壁上或吊在盒盖上，阻热挡板支架起固定阻热挡板的作用并使阻热挡板离盒底有一定的距离，温度传感器探头和固定样品支架分别固定在阻热挡板上，活动样品支架插放在固定样品支架上，发热件安置在阻热挡板之下但不接触阻热挡板和盒底； 2)温控电路由电源电路、功率放大与加热电路、声光提示电路、微处理器控制电路、温度预设与显示电路、温度传感器模块六部分构成； 所述功率放大与加热电路由电阻R1、电阻R3、大功率三极管Q1、光耦U3和加热电阻丝R9即加热件组成；连接方式是光耦U3的阴极连接电阻R3，阳极连接到电源5V，光耦U3的集电极、发射极分别连接到三极管Ql的集电极和基极；电阻Rl连接到三极管Ql的基极与发射极之间；三极管Ql发射极连接加热电阻丝R9 —端； 所述温度预设与显示电路由小液晶J2、按键S2、按键S3、按键S4、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电位器R13组成，连接方式是电阻RIO、R11、R12 一端同接到5V电源，另一端分别连接S4、S3、S2 ;按键S2、S3、S4的另一端均连接电源地；1602蓝背光小液晶显示屏J2的第一引脚和第十五引脚连接到电源地，J2的第二引脚和第十六引脚连接到5V电源，第三引脚连接电位器R13 ;电位器R13另外两端分别接电源地和5V电源； 所述微处理器控制电路由单片机U1、晶振Y1、电容C3、电容C7、电容C8、按键SI、电阻R7、电阻R8、程序更新接口 Jl组成；连接方式是晶振Yl并联到Ul的X1、X2引脚，电容C7和C8 —端分别连接到Ul的X1、X2引脚，另一端一起连接到电源地；电容C7、C8、晶振Yl与单片机Ul内部的非门一起构成单片机的工作时钟电路；电容C3和电阻R7与按键SI并联后一端连接到5V电源，另一端连接到电阻R8和单片机Ul的第九引脚及程序更新接口 Jl的第三引脚，而电阻R8的另一端则接电源地；电容C3、电阻R7和R8与按键SI 一起构成单片机Ul的上电复位与手动复位电路Jl的第一引脚接电源地，Jl的第二引脚接5V电源，Jl的第三、第四、第五、第六引脚分别接Ul的第九、第八、第七、第六引脚；U1的第三十一引脚接5V电源； 所述温度传感器模块设有第一引脚、第二引脚、第三引脚，第一引脚连接到5V电源、第二引脚为数据引脚、第三引脚接电源地； 所述电源电路由变压器Tl，二极管D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9，电容Cl、C2、C4、C5、C6、C9，三端集成稳压管U2组成；连接方式是变压器Tl的24V交流输出线圈连接到由二极管D3、D4、D5、D6构成的整流电桥的输入端，整流电桥的输出端则与电容C4和C9并联；变压器Tl的交流输出线圈连接到由二极管D2、D7、D8、D9构成的另一个整流电桥的输入端，其输出端并联电容Cl和C5，得到平稳的直流电源输入到三端集成稳压管U2的第一引脚和第二引脚-接地、第二引脚与第三引脚并联电容C2和C6输出稳定的5V电源，为后级控制电路提供电源； 所述声光提示电路由发光二极管DO、电阻R2、R4、R5、三极管Q2、蜂鸣器组成；连接方式是发光二极管DO的阳极连接到5V电源，阴极串联电阻R2 ;蜂鸣器的正极输入端连接到5V电源，负极输入端串联电阻R4后连接到三极管Q2的集电极；三极管Q2的发射极连接电源地线，基极与电阻R5串联； 上述各电路之间的连接 电源电路经过电容C4和C9滤波后的直流电正、负极分别接到功率放大与加热电路的大功率三极管Ql集电极和加热电阻丝R9 —端；功率放大与加热电路的电阻R3连接微处理器控制电路的单片机Ul的第三引脚；声光提示电路的电阻R2和R5分别接微处理器控制电路的单片机Ul第二引脚和第一引脚；温度传感器模块的第二引脚与微处理器控制电路的单片机Ul第十五引脚相接；温度预设与显示电路的按键S2、S3、S4的一端分别接微处理器控制电路的单片机Ul的第三十七、第三十八、第三十九引脚、液晶显示屏J2的第四引脚 第十四引脚分别接微处理器控制电路的单片机Ul的第三十四引脚、第三十三引脚、第三十二引脚、第二十一引脚 第二十八引脚； 3)调温盒与温控电路的连接 调温盒的温度传感器探头接线连接在温度传感器模块内部电路，温度传感器模块实际上包括了温度传感器探头；调温盒的发热件接线连接在功率放大与加热电路内部电路，功率放大与加热电路实际上包括了发热件。
专利摘要本实用新型公开了一种用于光谱分析实验的样品温度调节装置。该装置分为两大部分一是可用于增加样品温度和探测样品温度的调温盒，二是实现温度加热与温度反馈控制及温度预设显示的温控电路。1)调温盒是一个盒式结构，主要由隔热层、活动样品支架、固定样品支架、温度传感器探头、阻热挡板、阻热挡板支架、发热件七部分组成。2)温控电路由电源电路、功率放大与加热电路、声光提示电路、微处理器控制电路、温度预设与显示电路、温度传感器模块六部分构成。本实用新型的有益效果是本实用新型是一种既不改变样品放置方法又能避免样品内部温度梯度的形成，在一定的温度范围内，且能够较快地对样品的温度进行调节和控制的装置。
文档编号G05D23/30GK202563360SQ201120503290
公开日2012年11月28日 申请日期2011年12月6日 优先权日2011年12月6日
发明者黄庶识, 李武钢, 林土淦 申请人:广西科学院