专利名称：一种高精度恒温加热控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及实验器材领域，尤其涉及一种高精度恒温加热控制系统。
背景技术：
目前，公知化学分析检测 恒温控制系统为静止加热，即将加热池加热到一定温度，在将试剂和样品摇匀后放入加热池进行恒温反应，该方法容易引起溶液局部温度不均匀。在溶液刚放进加热池的前段时间内，溶液的中心温度要低于接近容器壁处的温度，从而引起化学反应的不均匀性，导致试验结果产生偏差。另外现有技术的恒温控制系统的温控误差较大，会带来较大的实验误差，不能满足高精度实验的要求。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种高精度的、可以使温控误差在±0. 2°C范围内的恒温加热控制系统。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种高精度恒温加热控制系统，包括具有容置腔的加热池、中空的流通管、PTlOO传感器、加热器、接线板和控制组件；流通管的两端位于与加热池连接的外部设备上，流通管的中部设置在所述加热池的容置腔中且不与该加热池的内壁接触；加热池的底部开有贯通孔和盲孔，PTlOO传感器通过该贯通孔与所述加热池可拆卸连接，并使PTlOO传感器的末端位于容置腔中；加热器通过该盲孔与加热池可拆卸连接；PT100传感器、加热器分别通过接线板上的信号输出接口、电压输入接口与控制组件连接；控制组件集成PID控制算法，并利用该算法根据ΡΤ100传感器收集的温度信息和预设的温度值控制加热器的输出电压。在本实用新型所述的高精度恒温加热控制系统中，流通管位于加热池容置腔中的部分绕成螺旋状。在本实用新型所述的高精度恒温加热控制系统中，贯穿孔为螺纹孔，且位于加热池底部的对称中心处，盲孔的数量为多个，任何两个盲孔与贯穿孔的中心距离相等，任何两个相邻的盲孔的中心距离相等。在本实用新型所述的高精度恒温加热控制系统中，加热池和其内部的容置腔均为圆柱形，盲孔和贯穿孔的中心距离大于容置腔的半径和盲孔的半径之和且小于加热池的外径和盲孔的外径之差，盲孔的深度大于加热池底部的厚度。在本实用新型所述的高精度恒温加热控制系统中，恒温加热系统还包括固定项圈，固定项圈的内侧设有凸起；加热池外壁的上侧开有与凸起配合的凹槽和平行于轴线的固定孔；固定项圈还开有沿项圈径向的、用于连接所述固定项圈和加热池的贯穿的第一螺纹孔和垂直于项圈径向剖面的、用于将所述项圈连同加热池固定于外部设备的第二螺纹孔。在本实用新型所述的高精度恒温加热控制系统，接线板还包括与信号输出接口连接的、用于将PTlOO传感器的电阻信号转换成电压信号的转接口。[0010]在本实用新型所述的高精度恒温加热控制系统中，控制组件包括单片机，与单片机连接的模数转换器和与模数转换器连接的、用于和转接口连接的信号输入端口 ；控制组件还包括与单片机连接的具有控制电路开关、稳压和放大功能的输出电压控制模块，以及与输出电压控制模块连接的电压输出端；控制组件还包括与单片机连接的ISP接口和串行接口，其中单片机和串行接口之间连接有电平转换芯片；控制组件由电源模块供电。在本实用新型所述的高精度恒温加热控制系统中，加热池外侧设有隔热层。在本实用新型所述的高精度恒温加热控制系统，所述加热器为正温度系数热敏电阻。在本实用新型所述的高精度恒温加热控制系统中，恒温加热系统还包括温控开关，温控开关通过加热池外壁的温控开关固定位与加热池可拆卸连接，并电连接于所述加热器和电压输出接口之间。实施本实用新型的高精度恒温加热控制系统具有的优点是控温精确，可以将温 度误差控制在±0. 2°C范围以内；可以对流动液体进行恒温加热；加热均匀，反应溶液通过流通管加热，可以使管内各处的溶液温度基本相同，减少由温度差别带来的实验误差。
下面将结合附图及实施例对本实用新型高精度恒温加热控制系统作进一步说明，附图中图I是本实用新型实施例高精度恒温加热控制系统的结构示意图；图2是本实用新型高精度恒温加热控制系统的加热池的结构示意图；图3a和图3b是本实用新型高精度恒温加热控制系统的接线板的电路结构、PCB板的不意图；图4a和图4b是本实用新型高精度恒温加热控制系统的控制组件的结构、PCB板的不意图；图5a 5d是图2所示加热池的剖面图、侧面图、顶面图和底面图结构；图6a飞c是本实用新型高精度恒温加热控制系统的剖视图、侧视图和沿直径方向的截面图。
具体实施方式
结合图I至图6c说明本实用新型的高精度恒温加热控制系统的结构和原理。结合图I简要描述该加热系统的加热池部分的结构，具体细节将在下文结合附图描述。该加热池I为圆柱形，具有一圆柱形的容置腔，容置腔中盛有导热液体、例如油。加热池采用导热材料制作，例如采用铝合金制作。中空的流通管2的一部分位于该容置腔中，其两端位于加热池外部，位于容置腔中的部分不与加热池的内壁接触。流通管位于容置腔中的部分呈螺旋状，这样具有更大的容积，以便同时加热更大容量的反应液，同时受热面积更大，管内各处的反应液可以更快的达到热平衡。与现有技术相比该系统不仅可以对流动液体进行恒温加热，而且反应液各处的温度差更小，能够减小实验误差。结合图1、2和图5a 5d描述该加热池的细节。加热池I的底部的中心开有贯穿孔12，PT100传感器(钼热电阻)3通过该贯穿孔与加热池I螺接，PT100传感器的末端位于容置腔中以便测量导热液体的温度。加热池I的底部还设有多个盲孔11，加热器，例如PTC(正温度系数)热敏电阻通过该盲孔与加热池I可拆卸连接，例如螺接、过盈配合、凹凸配合等。在较好的实施例中，各个盲孔与贯穿孔的中心距离相等，任何相邻的两个盲孔之间的距离也相等，这样设计的好处是热量扩散均匀，使容置腔中各部分的导热液体受热更加均匀，避免各处的溶液出现较大的温差。另外，为了减小容置腔底部和上部导热液体的温差和提高加热速度，盲孔11和贯穿孔12的中心距离大于容置腔的半径和盲孔的半径之和且小于加热池的外径和盲孔的外径之差，盲孔的深度大于加热池底部的厚度。换句话说，盲孔沿加热池的轴线方向开设在加热池的侧壁中。加热池外壁的上侧开有凹槽14和平行于加热池轴线的固定孔15。在优选的实施例中，加热池的外侧设有隔热层8，以减少加热池与外界的热交换。隔热层8与加热池的连接方式可以是任何可实施的方式，例如用扎带将隔热层包裹于加热池外侧，或将隔热层与加热池一体化设计。接线板5为与加热池I匹配的圆形面板，其上设有信号输出接口 51、电压输入接口52和转接口 53，上述接口的具体连接关系将结合附图4a 4b描述。接线板5还开有与加热池底部上的贯通孔和盲孔对应的孔，可以将次接线板固定于加热池底部。从图4a 4b中可见，PT100传感器与接线板5上的信号输出接口 51连接，并通过转接口 53将电阻信号转换 成电压信号，输出至控制组件6处理。加热器4与接线板上的电压输入接口 52连接，并通过转接口 53从控制组件获得电能。控制组件6包括单片机61，例如采用型号为ATMEGA16的单片机，该单片机集成PID算法以用于对PTC加热管的电压进行脉冲宽度调制(PWM)调节。与单片机61连接的主要有输入信号处理模块，包括用于和接线板上的转接口 53连接的信号输入端口 63和与信号输入端口 63和单片机61连接的模数转换器62，模数转换器62将转接口输入的模拟信号转换成数字信号，并输出至单片机61。在本实施例中，模数转换器可采用型号为TLC2543的A/D转换器。单片机61根据输入的电压信号计算加热池中导热液体的温度，并结合预设的目标温度采用PID算法对输出电压进行PWM调节，以控制加热器的加热功率。输出电压经输出电压处理模块64输出至加热器4。单片机61通过ISP接口 65和串行接口 66与外部设备连接，其中串行接口与单片机之间连接有电平转换芯片67。在本实施例中，串行接口为RS-232标准的接口，电平转换芯片67的型号为MAX232。控制组件6由电源模块69供电，并设有一用于指示状态的LED灯68。结合图6a飞c描述与加热池配合使用的固定项圈7。固定项圈为与加热池I尺寸匹配的环形，其内侧设有凸起71。该凸起与加热池外壁的上侧的凹槽14配合。固定项圈7还开有沿项圈径向的第一螺纹孔72，该第一螺纹孔和凸起用于将固定项圈7和加热池I固定配合。固定项圈还设有垂直于项圈径向剖面的第二螺纹孔73，该第二螺纹孔用于将固定项圈，连同加热池固定于外部设备。在进一步优选的实施例中，恒温加热系统还设置一个温控开关9，该温控开关9通过加热池外壁的温控开关固定位13与所述加热池I可拆卸连接，并电连接于加热器4和电压输出接口 52之间。当加热池表面温度达到设置的温度，温控开关断开，即停止加热，当加热池表面的温度低于设置温度时，开关闭合，重新加热。采用温控开关进一步提高了温度控制的精度。
权利要求1.一种高精度恒温加热控制系统，其特征在于，包括具有容置腔的加热池(I)、中空的流通管(2)、PT100传感器(3)、加热器(4)、接线板(5)和控制组件(6);所述流通管(2)的两端位于与所述加热池(I)连接的外部设备上，流通管的中部设置在所述加热池(I)的容置腔中且不与该加热池的内壁接触；所述加热池(I)的底部开有贯通孔(12)和盲孔(11)，所述PTlOO传感器(3)通过该贯通孔(12)与所述加热池(I)可拆卸连接，并使该ΡΤ100传感器的末端位于容置腔中；所述加热器(4)通过该盲孔(11)与所述加热池(I)可拆卸连接；所述ΡΤ100传感器(3)、加热器(4)分别通过所述接线板(5)上的信号输出接口(51)、电压输入接口(52)与所述控制组件(6)连接；所述控制组件(6)集成PID控制算法，并利用该算法根据所述ΡΤ100传感器(3)收集的温度信息和预设的温度值控制所述加热器(4)的输出电压。
2.根据权利要求I所述的高精度恒温加热控制系统，其特征在于，所述流通管(2)位于加热池容置腔中的部分绕成螺旋状。
3.根据权利要求I所述的高精度恒温加热控制系统，其特征在于，所述贯穿孔(12)为螺纹孔，且位于加热池底部的对称中心处，所述盲孔(11)的数量为多个，任何两个所述盲孔(11)与所述贯穿孔(12)的中心距离相等，任何两个相邻的所述盲孔(11)的中心距离相等。
4.根据权利要求3所述的高精度恒温加热控制系统，其特征在于，所述加热池(I)和其内部的容置腔均为圆柱形，所述盲孔(11)和所述贯穿孔(12)的中心距离大于所述容置腔的半径和盲孔的半径之和且小于所述加热池的外径和盲孔的半径之差，所述盲孔(11)的深度大于加热池底部的厚度。
5.根据权利要求I所述的高精度恒温加热控制系统，其特征在于，所述恒温加热系统还包括固定项圈(7)，所述固定项圈(7)的内侧设有凸起(71);加热池外壁的上侧开有与所述凸起配合的凹槽(14)和平行于轴线的固定孔(15);所述固定项圈(7)还开有沿项圈径向的、用于连接所述固定项圈(7)和所述加热池(I)的贯穿的第一螺纹孔(72)和垂直于项圈径向剖面的、用于将所述项圈连同加热池固定于外部设备的第二螺纹孔(73)。
6.根据权利要求5所述的高精度恒温加热控制系统，其特征在于，所述接线板(5)还包括与所述信号输出接口(51)连接的、用于将所述ΡΤ100传感器(3)的电阻信号转换成电压信号的转接口(53)。
7.根据权利要求I所述的高精度恒温加热控制系统，其特征在于，所述控制组件(6)包括单片机(61)，与所述单片机(61)连接的模数转换器(62)和与所述模数转换器(62)连接的、用于和所述转接口(53)连接的信号输入端口(63);所述控制组件(6)还包括与单片机(61)连接的具有控制电路开关、稳压和放大功能的输出电压控制模块(64)，以及与所述输出电压控制模块(64)连接的电压输出端；所述控制组件(6)还包括与所述单片机(61)连接的ISP接口( 65 )和串行接口( 66 )，其中所述单片机(61)和所述串行接口( 66 )之间连接有电平转换芯片(67);所述控制组件(6)由电源模块(69)供电。
8.根据权利要求I所述的高精度恒温加热控制系统，其特征在于，所述加热池外侧设有隔热层(8)。
9.根据权利要求I所述的高精度恒温加热控制系统，其特征在于，所述加热器(4)为正温度系数热敏电阻。
10.根据权利要求I至9任一项所述的高精度恒温加热控制系统，其特征在于，所述恒温加热系统还包括温控开关(9)，所述温控开关(9)通过加热池外壁的温控开关固定位(13)与所述加热池·(I)可拆卸连接，并电连接于所述加热器(4)和电压输出接口(52)之间。
专利摘要本实用新型公开了一种高精度恒温加热控制系统，包括具有容置腔的加热池(1)、中空的流通管(2)、PT100传感器(3)、加热器(4)、接线板(5)和控制组件(6)；流通管(2)的两端位于与加热池(1)连接的外部设备上，中部设置在加热池的容置腔中且不与该加热池的内壁接触；加热池(1)的底部开有贯通孔和盲孔，PT100传感器(3)和加热器(4)分别通过贯穿孔、盲孔与加热池(1)配合，且分别通过接线板上的信号输出接口、电压输入接口与控制组件电连接；控制组件(6)集成PID控制算法，并利用该算法根据PT100传感器收集的温度信息和预设的温度控制加热器的输出电压。本实用新型的系统具有温度控制精度高和可以对流动的液体进行加热的优点。
文档编号G05D23/24GK202583916SQ20122021562
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者冯平, 程涛, 彭小波, 朱伟胜 申请人:深圳市朗诚实业有限公司