本发明实施例涉及温控领域，特别涉及温控设备及温控光化学系统。
背景技术：
温度是个基本的参数，它不仅影响有机体的生命活动，也会影响到机械化工等生产性能，不可控的自然和人为等因素会导致环境温度处于复杂的变化之中，所以温度调控尤为重要和普遍。在我们的日常科学研究中，需要控温的地方也有很多，比如化学合成反应、酶动力学研究、以及材料的光物理性质测试等。实验室里常见的控温分为加热和制冷两类，加热类控温常采用水浴、油浴或电热丝等方式进行升温，制冷类控温常采用冰水浴、液氮、压缩制冷剂等方式进行降温，而加热、制冷功能一体化的温控设备最常见的例子是冷暖空调，它采用压缩机实现制冷和加热，并可以外加电热丝辐热。
然而，本专利申请发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
现有技术中的控温方式普遍用于较大空间内的气温调节，无法实现对测试样品内部温度的精确控制。
技术实现要素：
本发明实施方式的目的在于提供一种温控设备及温控光化学系统，能够直接对测试样品内部温度进行实时精准地控制。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种温控设备，包括：冷热发生模块、温度探头以及温度调控模块；
温度调控模块分别与温度探头以及冷热发生模块连接；
温度调控模块用于获取目标温度，并根据目标温度以及温度探头检测到的当前温度，控制冷热发生模块工作；
其中，测试样品位于冷热发生模块内，温度探头位于测试样品内。
本发明的实施方式还提供了一种温控光化学系统，包括：滑动机构、光源以及上述的温控设备；其中，滑动机构包括：直线滑轨、固定于直线滑轨的第一滑块以及固定于直线滑轨的第二滑块；
光源固定于第一滑块；
温控设备固定于第二滑块。
本发明实施方式相对于现有技术而言，测试样品位于冷热发生模块内，且测量温度的温度探头放置在测试样品中，温度探头以及冷热发生模块均与温度调控模块连接。这样，温度调控模块便能够根据获取到的目标温度，实时地根据温度探头检测到的当前温度，判断测试样品内部的温度是否满足要求，以便于在测试样品内部的温度不满足要求时，控制冷热发生模块工作，从而实现了对测试样品内部温度的精确控制。
另外，冷热发生模块包括：用于盛放测试样品的样品池、电热槽、半导体制冷槽以及散热器；样品池置于电热槽的凹槽内；半导体制冷槽夹设于电热槽以及散热器之间。这样，提供了冷热发生模块的一种具体实现形式，增加了本发明实施方式的可行性。并且，采用电热槽、半导体制冷槽进行制热、制冷，能够令冷热发生模块的体积较小，为温控设备能够进行精密实验测试提供了基础。
另外，半导体制冷槽包括：n片半导体制冷片以及可复式温度保险贴片；其中，n为大于2的自然数；n片半导体制冷片串行连接，构成制冷链路；可复式温度保险贴片连接在电源与制冷链路之间。这样，既能够对半导体制冷片进行保护，令半导体制冷片不至于过载损坏，又能避免更换保险丝的麻烦。
另外，冷热发生模块还包括：导热绝缘体；导热绝缘体夹设在电热槽与样品池之间。这样，令电热槽与样品池之间设有导热但绝缘的薄膜材料包裹，能够在增加冷热发生模块的体积的情况下，确保用电安全，且不影响冷热发生模块整体设计尺寸。
另外，冷热发生模块包括：用于盛放测试样品的样品池、液体加热单元、液体制冷单元以及液体输送单元；液体加热单元以及液体制冷单元均与液体输送单元联通；样品池外侧壁设有循环浴槽，且循环浴槽与液体输送单元联通；液体输送单元用于将来自液体加热单元或液体制冷单元的液体输送至循环浴槽。这样，提供了冷热发生模块的一种具体实现形式，增加了本发明实施方式的可行性，且冷热发生模块的成本较低。
另外，温控设备还包括：报警模块；报警模块与温度调控模块连接；温度调控模块还用于在控制冷热发生模块工作预设时长后，根据目标温度以及温度探头检测到的当前温度，判断温度信息是否满足预设要求；如果温度信息不满足预设要求，则控制报警模块报警。这样，能够在温控设备出现异常时，及时发现并报警。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据第一实施方式的温控设备的结构图；
图2是根据第二实施方式的温控设备的结构图；
图3是根据第二实施方式的pid控制器与电热槽16、半导体制冷槽15的连接关系示意图；
图4是根据第三实施方式的pid控制器与电热槽16、半导体制冷槽15以及报警模块19的连接关系示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种温控设备，如图1所示，包括：冷热发生模块、温度探头3以及温度调控模块2。温度调控模块2分别与温度探头3以及冷热发生模块连接。温度调控模块2用于获取目标温度，并根据目标温度以及温度探头3检测到的当前温度，控制冷热发生模块工作。其中，测试样品位于冷热发生模块内，温度探头3位于测试样品内，且温度调控模块2设有与电源5连接的端口。
具体地说，温度探头3检测到的当前温度记为t1，目标温度记为t2。温度探头3可以为铂热电阻，如，pt-100热电偶，能够实现–100℃至100℃的准确探测。并且，在实际操作时，技术人员可以使用一定长度的屏蔽双绞线将温度探头3与温度调控模块2连接，以实现温度探头3位于温度调控模块2的外部。这样，在进行温控时，能够将温度探头3直接放置于测试样品内部，实现对测试样品内部温度的精确检测。
更具体地说，自动闭环控制技术一般基于反馈的概念以减少不确定性，要素包括三个部分：测量、比较和执行，测量被控变量的实际值，与期望值相比较获取偏差，用这个偏差来纠正系统的响应，并执行调节控制。在实际工程应用中，最广泛的调节器控制规律为比例proportion、积分integral、微分derivative，简称pid控制。因此本实施方式中，温度调控模块2可以为比例-积分-导数pid控制器，该调节器可以在–90℃至100℃范围内任意设定目标温度，温度设定的精度可以达到0.01℃。当设定的目标温度与测试样品中的实际存在差别δt(δt＝t1-t2)时，温度调控模块2调控冷热发生模块进入工作状态，直至δt≤0.1℃。其中，温度调控模块2可以设有触控面板，以便于技术人员根据实际需求输入目标温度，如，目标温度可以为：目标温度为30℃。
本实施方式中，冷热发生模块包括：用于盛放测试样品的样品池11、液体加热单元13、液体制冷单元14以及液体输送单元12。液体加热单元13以及液体制冷单元14均与液体输送12单元联通。样品池11外侧壁设有循环浴槽111，且循环浴槽111与液体输送单元12联通。液体输送单元12用于将来自液体加热单元13或液体制冷单元14的液体输送至循环浴槽111。
具体地说，借鉴循环水浴的思路，令液体输送单元12通过细的管路输送冷热液体至循环浴槽111。由于循环浴槽111内液体的温度与测试样品的温度之间可能存在温差，因而循环浴槽111内的液体会与测试样品之间发生热传递，从而能够实现对测试样品内部的温度控制。
更具体地说，温控设备的体积主要取决于液体加热单元13以及液体制冷单元14的体积。本实施方式中将大体积的液体加热单元13以及液体制冷单元14放置在样品池11的外部，以便于温控设备能够实现微小空间内测试样品的温控。
本发明的实施例相对于现有技术而言，温度调控模块2能够根据获取到的目标温度，实时地根据温度探头3检测到的当前温度，判断测试样品内部的温度是否满足要求，以便于在测试样品内部的温度不满足要求时，控制冷热发生模块工作，从而实现了对测试样品内部温度的精确控制。
本发明的第二实施方式涉及一种温控设备。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：冷热发生模块的实现形式不同，以下进行具体说明：
本实施方式中，冷热发生模块如图2所示，包括：用于盛放测试样品的样品池11、电热槽16、半导体制冷槽15以及散热器17。样品池11置于电热槽16的凹槽内，半导体制冷槽15夹设于电热槽16以及散热器17之间。
具体地说，控制冷热发生模块的体积，关键在于使用小体积的制冷元件。因为一般情况下的加热可以直接使用电热丝，具有加热快速，使用寿命长等优点，并且其体积很容易控制到较小的水平。而最经典的制冷方法是采用压缩机处理制冷剂，尤其是当温度低于–30℃时需要二级制冷，当温度到达–90℃时需要三级制冷，也就是需要多个压缩机共同工作，最后的体积着实难以做小。因此，本实施方式中，为控制制冷元件的体积，半导体制冷槽15可以由n片半导体制冷片构成，基于帕尔贴原理的半导体制冷片可以令半导体制冷槽15做到很小的尺寸。其中，n为大于2的自然数，如，n为3。
更具体地说，技术人员可以将约80cm长的电热丝用回旋缠绕的方式嵌在铸铝样品槽内，以制成电热槽16。其中，电热丝可以为cr20ni80型电阻丝，直径为0.5mm，5.5ωm-1，最大加热功率约30w，能够对样品池11进行快速升温。半导体制冷片大小可以为1.5x1.5x0.3cm3，最大电压4v，最大电流3.9a，制冷功率为9.2w，可以对样品槽进行快速降温。在实际操作时，冷热发生模块还可以设有导热绝缘体。导热绝缘体夹设在电热槽16与样品池11之间。这样，电热槽16内的电热丝与样品池11之间使用导热但绝缘的薄膜材料包裹，能够确保用电安全且不影响整体设计尺寸，其中，该导热绝缘体的厚度可以在0.3mm左右。
由于半导体制冷片的特点是一面制冷时另一面产热，而且产热量一般大于制冷量，所以必须对产热面进行良好的散热，因而本实施方式中在半导体制冷槽15外围设有散热器17，散热器17可以为风冷散热器或水冷散热器，本实施方式中散热器17为风冷散热器。其中，散热器17的形状规格个性定制，即，散热器17呈凹槽状，以契合半导体制冷槽15，将半导体制冷槽15完好地包裹，从而能够快速导热。在实际操作时，散热器17可以以铝材铸成，能够增强导热性能。并且，散热器17外部还可以设有排风扇18，即，散热器17夹设在半导体制冷槽15以及排风扇18之间，利用排风扇18增强空气对流，进一步地实现快速散热。
并且，由于半导体制冷片制冷片不能长时间过载工作，相对比较需要设置保险措施。因此，本实施方式中，半导体制冷槽15还设有可复式温度保险贴片。n片半导体制冷片串行连接，构成制冷链路；可复式温度保险贴片连接在电源与制冷链路之间。
具体地说，可复式温度保险贴片的采用温敏聚合物加工而成，限流3.8a，略低于半导体制冷片的最大工作电流。当半导体制冷槽15内的半导体制冷片电流过载时，可复式温度保险贴片受热膨胀而电阻迅速增大，电路断开，从而能够调节电路，起到保护电路的作用。而可复式温度保险贴片冷却一段时间之后，可复式温度保险贴片重新结晶体积收缩，而又能自动联通电路。这样的设计，既能保护半导体制冷片不至于过载损坏，又能避免更换保险丝的麻烦。在实际操作时，还可以在半导体制冷片的接触面上涂抹导热硅脂，周围使用隔热棉，并适当封装，以实现防雾防水防漏电。
以下以温度调控模块2为比例-积分-导数pid控制器时，pid控制器与电热槽16、半导体制冷槽15的连接关系进行具体说明，如图3所示：
具体地说，pid控制器具有1个报警输出端口ev1和1个继电器输出端口op1。ev1为无源输出端口，分别与半导体制冷槽15连接以及直流电源dc2连接，以驱动半导体制冷槽15工作。继电器输出端口op1连接有一继电器，继电器与电热槽16以及直流电源dc1，利用继电器来驱动电热槽16工作，实现对电热槽16的智能调控。在实际操作时，ev1也可以连接交流电源，如，0v–220v交流电源。
本实施方式中，通过对ev1的条件设置，决定制冷开启的情景。如，当设定的目标温度t2低于当前温度t1时，pid控制器认为需要对测试样品进行降温，ev1驱动半导体制冷槽15工作。如，ev1的条件设置可以为：报警设定mode5，5-1e1-m为od偏差外报警，hd上偏差报警，5-5ela为no警报输出常开，，e1-d报警回差值为0.1℃。这样，在该设置下，t2–t1<–0.1℃，即能够驱动半导体制冷槽15工作，从而能够精确实现对测试样品进行降温。
本实施方式中，继电器为固态继电器。固态继电器被广泛应用于工业自动化控制，它工作可靠，无触点、无火花、寿命长、无噪声，无电磁干扰，开关速度快，能够以微小的控制信号达到直接驱动大电流负载的目的。如，当设定的目标温度t2高于当前温度t1时，pid控制器认为需要对测试样品进行升温，此时pid控制器的op1将会输送微小的电信号给固体继电器，固体继电器立刻响应并驱动电热槽16内的电热丝工作，实现加热功能。当当前温度t1到达设定的目标温度t2时，pid控制器的op1端口不再输出电信号，固体继电器断开，电热槽16内的电热丝停止工作。
本实施方式中，为了保证用电安全，冷热发生模块内的器件一律使用低电压直流电源驱动。如，与半导体制冷槽15相连的直流电源dc2为12v/15a(由于3片半导体制冷片采用串联模式，每片制冷片为4v/3.9a，所以半导体制冷槽15的直流电源dc2电压为4v*3＝12v)。如，与电热槽16相连的直流电源dc1为12v/20a，能够充分满足加热的供电需求。其中，排风扇18也设有单独的直流电源，如，排风扇18的排风量为0.4m3min-1，采用24v/1.25a的直流电源供电，能够充分满足散热的供电需求。并且，本实施方式中，将各个电源与温控设备分立开来，使用中只需要通过导线连接温控设备与电源设备即可，以此便于温控设备应用于微小空间内测试样品的温控。
与第一实施方式相比，本实施方式中，采用半导体制冷技术、电阻丝加热技术相结合的策略，能够打造无水的全固态温控设备，以纯电路的控制模式代替传统的机械手动模式进行控温操作，兼顾了体积小，精确控温，安全可靠，方便拆卸转移和后续升级等特征。
本发明第三实施方式涉及一种温控设备。本三实施方式在第二实施方式的基础上加以改进，主要改进之处在于：在本发明第三实施方式中，温控设备还包括：报警模块。报警模块与温度调控模块连接。温度调控模块还用于在控制冷热发生模块工作预设时长后，根据目标温度以及温度探头检测到的当前温度，判断温度信息是否满足预设要求；如果温度信息不满足预设要求，则控制报警模块报警。
具体地说，比例-积分-导数pid控制器还具有报警输出端口ev2，如图4所示，ev2也使用外接电源驱动，外接电源可以为交流电源或直流电源，如，0v–220v交流电源，或0v–30v直流电源，外接电源的输出电流为2a。并且，pid控制器使用ev2与报警模块19连接，以驱动报警模块19工作。其中，ev2也为无源端口，报警模块可以为蜂鸣器。
更具体地说，当温控设备运行一段时间后，如果当前温度t1与设定的目标温度t2仍大于10℃(|t2–t1|>10℃)，则说明温控设备存在故障需要检修，此时pid控制器驱动报警模块工作，开始蜂鸣报警。当然，如此设置之后，在最开始时如果温差大于10℃，那么报警模块也会报警提示。如果发现温度朝预期方向持续变化，说明设备并无问题，属于正常提示，此时若不想被报警模块的蜂鸣声干扰，则技术人员可以手动按压报警模块的控制开关按钮，暂时关闭报警。
本实施方式中，报警模块可以为直流电驱动，如，电源可以为3v/1a的直流电源dc3，也可以简单使用2节5号干电池代替。并且，在设置报警模块之后，在最开始时如果温差大于10℃，那么报警模块也会报警提示。如果发现温度朝预期方向持续变化，说明设备并无问题，属于正常提示，此时若不想被报警模块的蜂鸣声干扰，则技术人员可以令报警模块串联一个简易开关，必要时可手动关闭报警。这样的设计，既能在仪器设备无法控温时及时提醒检修，又能避免在仪器开启最初阶段蜂鸣报警器响起的困扰。
本发明的第四实施方式涉及一种温控光化学系统，包括：滑动机构、光源以及上述任一实施方式中所提及到的温控设备。其中，滑动机构包括：直线滑轨、固定于直线滑轨的第一滑块以及固定于直线滑轨的第二滑块。光源固定于第一滑块，温控设备固定于第二滑块，光源发射的光束直射在温控设备中的测试样品上。
具体地说，集成加热制冷功能的温控设备在材料测试及理论研究等方面有重要作用，因为材料的性质和多数的化学反应往往受环境温度的影响。本实施方式中，将温控设备应用到光化学反应研究中。通过调节第一滑块、第二滑块之间的距离，可以控制光功率密度等参数。与现有技术相比，本实施方式中，光化学研究系统具有加热制冷一体化，体积轻便小巧，全固态结构，全电路自动化控制，自动回复型保险，大窗口光照通量的特点。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。