專(zhuān)利名稱：一種用于光譜分析實(shí)驗(yàn)的樣品溫度調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫度調(diào)節(jié)裝置，具體是一種用于光譜分析實(shí)驗(yàn)的樣品溫度調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
紅外光譜法是鑒別物質(zhì)和分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)的有用手段，已廣泛用于各種物質(zhì)的定性鑒定和定量分析，以及研究分子間和分子內(nèi)部的相互作用。紅外光譜儀已成為化學(xué)分析中應(yīng)用最廣泛的儀器之一，目前所發(fā)展的激光紅外光譜儀，其能量高，單色性好，靈敏度極高， 近年來(lái)廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥、石油、化工、環(huán)保、食品、材料、公安、國(guó)防、半導(dǎo)體、光學(xué)等領(lǐng)域。 一些實(shí)驗(yàn)樣品對(duì)溫度有一定的敏感性，不同溫度下其光譜特性存在一定的差異，這被利用到在激光紅外光譜儀實(shí)驗(yàn)中對(duì)樣品成份的分析。因此，需要一種能對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行升(降) 溫和控溫的附加裝置。以往改變固體樣品溫度的技術(shù)是用發(fā)熱件對(duì)固體樣品直接加熱，但這種技術(shù)主要存在兩個(gè)不足一是得改變樣品原來(lái)放置的方法，且操作不方便；二是由于加熱絲是置于實(shí)驗(yàn)樣品邊緣，熱量從樣品邊緣傳導(dǎo)到樣品中心存在不小的溫度梯度，而要使樣品邊緣與中心處的溫度達(dá)到一致所需要等待的時(shí)間通常不少于15分鐘，這就降低了實(shí)驗(yàn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于光譜分析實(shí)驗(yàn)的樣品溫度調(diào)節(jié)裝置。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種用于光譜分析實(shí)驗(yàn)的樣品溫調(diào)裝置，該裝置分為兩大部分一是可用于增加樣品溫度和探測(cè)樣品溫度的調(diào)溫盒，二是實(shí)現(xiàn)溫度加熱與溫度反饋控制及溫度預(yù)設(shè)顯示的溫控電路。1.調(diào)溫盒是一個(gè)盒式結(jié)構(gòu)，主要由隔熱層、活動(dòng)樣品支架、固定樣品支架、溫度傳感器探頭、阻熱擋板、阻熱擋板支架、發(fā)熱件七部分組成，盒的相對(duì)側(cè)壁對(duì)開(kāi)一對(duì)小孔，盒壁為隔熱層；盒內(nèi)阻熱擋板支架設(shè)在盒底面上或安在盒壁上或吊在盒蓋上，阻熱擋板支架起固定阻熱擋板的作用并使阻熱擋板離盒底有一定的距離，溫度傳感器探頭和固定樣品支架分別固定在阻熱擋板上，活動(dòng)樣品支架插放在固定樣品支架上，發(fā)熱件安置在阻熱擋板之下但不接觸阻熱擋板和盒底；2.溫控電路由電源電路、功率放大與加熱電路、聲光提示電路、微處理器控制電路、溫度預(yù)設(shè)與顯示電路和溫度傳感器模塊六部分構(gòu)成。1)功率放大與加熱電路的作用是對(duì)微處理器發(fā)出的PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大，得到大功率受控電流驅(qū)動(dòng)發(fā)熱電阻發(fā)熱以實(shí)現(xiàn)加熱功能。這部分電路由電阻R1、電阻R3、大功率三極管Q1、光耦U3和加熱電阻絲R9(即加熱件)組成。這些元件的量值(或參數(shù))是 大功率三極管Ql為T(mén)IP35，電阻Rl = 5. Ik Ω、R3 = 300 Ω。連接方式是光耦U3的陰極連接電阻R3，陽(yáng)極連接到電源5V，光耦U3的集電極、發(fā)射極分別連接到三極管Ql的集電極和基極；電阻Rl連接到三極管Ql的基極與發(fā)射極之間；三極管Ql發(fā)射極連接加熱電阻絲R9一端。 2)溫度預(yù)設(shè)與顯示電路的作用是供用戶設(shè)定實(shí)驗(yàn)過(guò)程所需的溫度值，并可實(shí)時(shí)顯示用戶設(shè)定的溫度值和調(diào)溫盒內(nèi)當(dāng)前實(shí)際溫度(顯示值分辨率為0.1攝氏度)。這部分電路由小液晶J2、按鍵S2、按鍵S3、按鍵S4、電阻R10、電阻R11、電阻R12和電位器R13等組成。這些元件的量值(或參數(shù))是電阻R10、R11、R12、R13均為10kQ，J2為1602藍(lán)背光小液晶顯示屏，按鍵為8*8mm按鍵。連接方式是電阻RIO、Rll、R12—端同接到5V電源， 另一端分別連接S4、S3、S2 ；按鍵S2、S3、S4的另一端均連接電源地；1602藍(lán)背光小液晶顯示屏J2的第一引腳和第十五引腳連接到電源地，J2的第二引腳和第十六引腳連接到5V電源，第三引腳連接電位器R13 ；電位器R13另外兩端分別接電源地和5V電源。3)微處理器控制電路的作用是讀取溫度傳感器模塊的溫度值，采集按鍵的信息， 控制1602液晶顯示屏J2顯示相關(guān)的信息。通過(guò)對(duì)按鍵的動(dòng)作，溫度傳感器模塊溫度值等信息進(jìn)行運(yùn)算分析發(fā)出相關(guān)的PWM信號(hào)，控制加熱電路從而實(shí)現(xiàn)加熱與恒溫功能。這部分電路由單片機(jī)U1、晶振Y1、電容C3、電容C7、電容C8、按鍵Si、電阻R7、電阻R8、程序更新接口 Jl組成。它們的量值(或參數(shù))是電容C3 = 1 μ F，C7 = 30pF, C8 = 30pF, R7 = IOk Ω， R8 = lkQ,Yl = 12MHz。連接方式是晶振Yl并聯(lián)到Ul的X1、X2引腳，電容C7和C8—端分別連接到Ul的X1、X2引腳，另一端一起連接到電源地；電容C7、C8、晶振Yl與單片機(jī)Ul 內(nèi)部的非門(mén)一起構(gòu)成單片機(jī)的工作時(shí)鐘電路；電容C3和電阻R7與按鍵Sl并聯(lián)后一端連接到5V電源，另一端連接到電阻R8和單片機(jī)Ul的第九引腳及程序更新接口 Jl的第三引腳， 而電阻R8的另一端則接電源地；電容C3、電阻R7和R8與按鍵Sl 一起構(gòu)成單片機(jī)Ul的上電復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位電路；J1的第一引腳接電源地，Jl的第二引腳接5V電源，Jl的第三、第四、第五、第六引腳分別接Ul的第九、第八、第七、第六引腳；Ul的第三十一引腳接5V電源。4)溫度傳感器模塊是用溫度傳感器探頭(見(jiàn)圖1中5)采集加熱箱內(nèi)部實(shí)時(shí)溫度， 并把該信息反饋到微處理器控制電路形成反饋電路。溫度傳感器模塊設(shè)有第一引腳、第二引腳、第三引腳，第一引腳連接到5V電源、第二引腳為數(shù)據(jù)引腳、第三引腳接電源地。5)電源電路其作用是為微處理器控制電路、溫度傳感器模塊等提供5V穩(wěn)壓電源， 為功率放大與加熱電路提供24V大功率電源。這部分電路由變壓器Tl，二極管D2、D3、D4、 D5、D6、D7、D8、D9，電容Cl、C2、C4、C5、C6、C9，三端集成穩(wěn)壓管U2組成。它們的量值(或參數(shù))是U2為MC7805 ；Tl功率為5W，輸出24V和6V電壓的交流變壓器；Cl為3300 μ F25V 電解質(zhì)電容，C4為3300 μ F50V電解質(zhì)電容，C5、C6和C9均為0. 1 μ F陶瓷電容；二極管D2、 D3、D4、D5、D6、D7、D8和D9均為6N10。連接方式是變壓器Tl的24V交流輸出線圈連接到由二極管D3、D4、D5、D6構(gòu)成的整流電橋的輸入端，整流電橋的輸出端則與電容C4和C9并聯(lián)；變壓器Tl的交流輸出線圈連接到由二極管D2、D7、D8、D9構(gòu)成的另一個(gè)整流電橋的輸入端，其輸出端并聯(lián)電容Cl和C5，得到平穩(wěn)的直流電源輸入到三端集成穩(wěn)壓管U2的第一引腳和第二引腳(接地)、第二引腳與第三引腳并聯(lián)電容C2和C6輸出穩(wěn)定的5V電源，為后級(jí)控制電路提供電源。6)聲光提示電路其作用是提醒用戶溫控室內(nèi)已達(dá)到設(shè)定的溫度并保持恒溫狀態(tài)。 當(dāng)溫控室內(nèi)已達(dá)到設(shè)定的溫度并保持恒溫時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出鈴聲，發(fā)光二極管會(huì)變亮，以提醒用戶進(jìn)行相關(guān)操作。這部分電路發(fā)光二極管DO、電阻R2、R4、R5、三極管Q2、蜂鳴器組成。它們的量值(或參數(shù))是DO為5_發(fā)紅光二極管。電阻R2 = 300 Ω、R4 = 100 Ω、R5 = Ik Ω，蜂鳴器為5V有源蜂鳴器。連接方式是發(fā)光二極管DO的陽(yáng)極連接到5V電源，陰極串聯(lián)電阻R2 ；蜂鳴器的正極輸入端連接到5V電源，負(fù)極輸入端串聯(lián)電阻R4后連接到三極管 Q2的集電極；三極管Q2的發(fā)射極連接電源地線，基極與電阻R5串聯(lián)。7)各電路之間的連接電源電路經(jīng)過(guò)電容C4和C9濾波后的直流電正、負(fù)極分別接到功率放大與加熱電路的大功率三極管Ql集電極和加熱電阻絲R9 —端；功率放大與加熱電路的電阻R3連接微處理器控制電路的單片機(jī)Ul的第三引腳；聲光提示電路的電阻R2和R5分別接微處理器控制電路的單片機(jī)Ul第二引腳和第一引腳；溫度傳感器模塊的第二引腳與微處理器控制電路的單片機(jī)Ul第十五引腳相接；溫度預(yù)設(shè)與顯示電路的按鍵S2、S3、S4的一端分別接微處理器控制電路的單片機(jī)Ul的第三十七引腳、第三十八引腳、第三十九引腳，液晶顯示屏J2的第四引腳 第十四引腳分別接微處理器控制電路的單片機(jī)Ul的第三十四引腳、第三十三引腳、第三十二引腳、第二十一引腳 第二十八引腳。調(diào)溫盒與溫控電路的連接調(diào)溫盒的溫度傳感器探頭接線連接在溫度傳感器模塊內(nèi)部電路，溫度傳感器模塊實(shí)際上包括了溫度傳感器探頭；調(diào)溫盒的發(fā)熱件接線連接在功率放大與加熱電路內(nèi)部電路，功率放大與加熱電路實(shí)際上包括了發(fā)熱件。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明是一種既不改變樣品放置方法又能避免樣品內(nèi)部溫度梯度的形成，在一定的溫度范圍內(nèi)，能夠較快地對(duì)樣品的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制的裝置。2.本發(fā)明裝置在一溫控空間內(nèi)，能自動(dòng)對(duì)樣品升溫至預(yù)設(shè)溫度，具有自動(dòng)提示功能，不造成樣品內(nèi)部溫度梯度，不改變?cè)袠悠贩胖梅绞剑€性有效溫度范圍在-200 850C。。3.本發(fā)明裝置不僅用于光譜技術(shù)樣品成份分析實(shí)驗(yàn)，如紅外光譜技術(shù)生物樣品成份分析實(shí)驗(yàn)，還可用于其他需要對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品在不同溫度下進(jìn)行測(cè)量和分析的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。


圖1是本發(fā)明調(diào)溫盒結(jié)構(gòu)示意圖。圖中隔熱層1、活動(dòng)樣品支架2、固定樣品支架3、調(diào)溫盒上有一對(duì)小孔4、溫度傳感器探頭5、阻熱擋板6、阻熱擋板支架7、發(fā)熱件8、溫度傳感器探頭接線9、發(fā)熱件接線10。圖2是本發(fā)明調(diào)溫盒結(jié)構(gòu)俯視圖。圖中隔熱層1、活動(dòng)樣品支架2、固定樣品支架3、溫度傳感器探頭5、阻熱擋板6、 溫度傳感器探頭接線9、發(fā)熱件接線10。圖3是其溫控電路圖。圖中電源電路11，功率放大與加熱電路12，聲光提示電路13，微處理器控制電路 14，溫度預(yù)設(shè)與顯示電路15，溫度傳感器模塊16，Ul引腳1 19,21 39，U2引腳1、2、3， Jl的引腳1 6，J2的引腳1 16，溫度傳感器模塊16的引腳1、2、3。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
調(diào)溫盒結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，調(diào)溫盒是一個(gè)盒式結(jié)構(gòu)，主要由隔熱層1、活動(dòng)樣品支架2、固定樣品支架3、溫度傳感器探頭5、阻熱擋板6、阻熱擋板支架7、發(fā)熱件8七部分組成，盒的相對(duì)側(cè)壁對(duì)開(kāi)一對(duì)小孔4，盒壁為隔熱層1由能耐受一定高溫的材料(如石綿、多孔陶瓷等)做成。盒內(nèi)阻熱擋板支架7設(shè)在盒底面上(或安在盒壁上或吊在盒蓋上)，阻熱擋板支架7起固定阻熱擋板6的作用并使阻熱擋板離盒底有一定的距離，溫度傳感器探頭 5和固定樣品支架3分別固定在阻熱擋板6上，活動(dòng)樣品支架2插放在固定樣品支架3上， 發(fā)熱件8安置在阻熱擋板6之下但不接觸阻熱擋板和盒底。溫控電路如圖3所示，溫控電路由電源電路11、功率放大與加熱電路12、聲光提示電路13、微處理器控制電路14、溫度預(yù)設(shè)與顯示電路15、溫度傳感器模塊16六部分構(gòu)成。1.功率放大與加熱電路12的作用是對(duì)微處理器發(fā)出的PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大， 得到大功率受控電流驅(qū)動(dòng)發(fā)熱電阻發(fā)熱以實(shí)現(xiàn)加熱功能。這部分電路由電阻R1、電阻R3、 大功率三極管Q1、光耦U3和加熱電阻絲R9(即圖1中的加熱件8)組成。這些元件的量值 (或參數(shù))是大功率三極管Ql為T(mén)IP35，電阻Rl = 5. Ik Ω、R3 = 300 Ω。連接方式是光耦U3負(fù)極輸入端串聯(lián)電阻R3，光耦U3的陰極連接電阻R3，陽(yáng)極連接到電源5V，光耦U3的集電極、發(fā)射極分別連接到三極管Ql的集電極和基極；電阻Rl連接到三極管Ql的基極與發(fā)射極之間；三極管Ql發(fā)射極連接加熱電阻絲R9 —端。2.溫度預(yù)設(shè)與顯示電路15的作用是供用戶設(shè)定實(shí)驗(yàn)過(guò)程所需的溫度值，并可實(shí)時(shí)顯示用戶設(shè)定的溫度值和調(diào)溫盒內(nèi)當(dāng)前實(shí)際溫度(顯示值分辨率為0. 1攝氏度)。這部分電路由小液晶J2、按鍵S2、按鍵S3、按鍵S4、電阻R10、電阻R11、電阻R12和電位器R13 等組成。這些元件的量值(或參數(shù))是電阻R10、R11、R12、R13均為10kQ，J2為1602藍(lán)背光小液晶顯示屏，按鍵為8*8mm按鍵。連接方式是電阻R10、R11、R12—端同接到5V電源，另一端分別連接S4、S3、S2 ；按鍵S2、S3、S4的另一端均連接電源地；1602藍(lán)背光小液晶顯示屏J2的引腳1和引腳15連接到電源地，引腳2和引腳16連接到5V電源，引腳3連接電位器R13 ；電位器R13另外兩端分別接電源地和5V電源。 3.微處理器控制電路14的作用是讀取溫度傳感器模塊16的溫度值，采集按鍵的信息，控制1602液晶顯示屏J2顯示相關(guān)的信息。通過(guò)對(duì)按鍵的動(dòng)作，溫度傳感器模塊16 溫度值等信息進(jìn)行運(yùn)算分析發(fā)出相關(guān)的PWM信號(hào)，控制加熱部分電路從而實(shí)現(xiàn)加熱與恒溫功能。這部分電路由單片機(jī)U1、晶振Y1、電容C3、電容C7、電容C8、按鍵Si、電阻R7、電阻 R8、程序更新接口 Jl組成。它們的量值(或參數(shù))是電容C3 = lyF，C7 = 30pF, C8 = 30pF，R7 = IOkQ ,R8 = IkQ ,Yl = 12MHz。連接方式是晶振 Yl 并聯(lián)到 Ul 的 X1、X2 引腳， 電容C7和C8 —端分別連接到Ul的X1、X2引腳，另一端一起連接到電源地；電容C7、C8、晶振Yl與單片機(jī)Ul內(nèi)部的非門(mén)一起構(gòu)成單片機(jī)的工作時(shí)鐘電路；電容C3和電阻R7與按鍵 Sl并聯(lián)后一端連接到5V電源，另一端連接到電阻R8和單片機(jī)Ul的引腳9及程序更新接口 Jl的引腳3，而電阻R8的另一端則接電源地；電容C3、電阻R7和R8與按鍵Sl 一起構(gòu)成單片機(jī)Ul的上電復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位電路Jl的引腳1接電源地，引腳2接5V電源，引腳3、4、5、 6分別接Ul引腳9、8、7、6 ；Ul引腳31接5V電源。4.溫度傳感器模塊16是用溫度傳感器探頭(見(jiàn)圖1中5)采集加熱箱內(nèi)部實(shí)時(shí)溫度，并把該信息反饋到微處理器控制電路形成反饋電路。溫度傳感器模塊16的引腳1連接到5V電源，引腳2為數(shù)據(jù)引腳，引腳3接電源地。
5.電源電路11其作用是為微處理器控制電路部分14、溫度傳感器模塊16等提供 5V穩(wěn)壓電源，為功率放大與加熱電路部分12提供24V大功率電源。這部分電路由變壓器 Tl，二極管 D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9，電容 Cl、C2、C4、C5、C6、C9，三端集成穩(wěn)壓管 U2 組成。它們的量值(或參數(shù))是U2為MC7805 ；Tl功率為5W，輸出24V和5V電壓的交流變壓器；Cl為3300 μ F25V電解質(zhì)電容，C4為3300 μ F50V電解質(zhì)電容，C5、C6和C9均為0. 1 μ F 陶瓷電容；二極管D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8和D9均為6N10。連接方式是變壓器Tl的24V 交流輸出線圈連接到由二極管D3、D4、D5、D6構(gòu)成的整流電橋的輸入端，整流電橋的輸出端則與電容C4和C9并聯(lián)；變壓器Tl的交流輸出線圈連接到由二極管D2、D7、D8、D9構(gòu)成的另一個(gè)整流電橋的輸入端，其輸出端并聯(lián)電容Cl和C5，得到平穩(wěn)的直流電源輸入到三端集成穩(wěn)壓管U2的引腳1和引腳2 (接地)，引腳2與3并聯(lián)電容C2和C6輸出穩(wěn)定的5V電源，為后級(jí)控制電路提供電源。6.聲光提示電路13其作用是提醒用戶溫控室內(nèi)已達(dá)到設(shè)定的溫度并保持恒溫狀態(tài)。當(dāng)溫控室內(nèi)已達(dá)到設(shè)定的溫度并保持恒溫時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出鈴聲，發(fā)光二極管會(huì)變亮， 以提醒用戶進(jìn)行相關(guān)操作。這部分電路發(fā)光二極管DO、電阻R2、R4、R5、三極管Q2、蜂鳴器組成。它們的量值(或參數(shù))是DO為5mm發(fā)紅光二極管。電阻R2 = 300 Ω、R4 = 100 Ω , R5 = IkQ，蜂鳴器為5V有源蜂鳴器。連接方式是發(fā)光二極管DO的陽(yáng)極連接到5V電源， 陰極串聯(lián)電阻R2 ；蜂鳴器的正極輸入端連接到5V電源，負(fù)極輸入端串聯(lián)電阻R4后連接到三極管Q2的集電極；三極管Q2的發(fā)射極連接電源地線，基極與電阻R5串聯(lián)。11 16各部分電路之間是這樣連接的電源電路11經(jīng)過(guò)電容C4和C9濾波后的直流電正、負(fù)極分別接到功率放大與加熱電路12的大功率三極管Ql集電極和加熱電阻絲R9 —端；功率放大與加熱電路12的電阻 R3連接微處理器控制電路14的單片機(jī)Ul引腳3 ；聲光提示電路13的電阻R2和R5分別接微處理器控制電路14的單片機(jī)Ul引腳2和1 ；溫度傳感器模塊16的引腳2與微處理器控制電路14的單片機(jī)Ul引腳15相接；溫度預(yù)設(shè)與顯示電路部分15的按鍵S2、S3、S4的一端分別接微處理器控制電路14的單片機(jī)Ul引腳37、38、39，液晶顯示屏J2引腳4 14分別接微處理器控制電路14的單片機(jī)Ul引腳34、33、32、21 28。調(diào)溫盒與溫控電路的連接調(diào)溫盒的溫度傳感器探頭接線9連接在溫度傳感器模塊16內(nèi)部電路，溫度傳感器模塊16實(shí)際上包括了溫度傳感器探頭5 ；調(diào)溫盒的發(fā)熱件接線 10連接在功率放大與加熱電路12內(nèi)部電路，功率放大與加熱電路12實(shí)際上包括了發(fā)熱件 8。本發(fā)明具體實(shí)施如下隔熱層1由能耐受一定高溫的材料(如石綿、多孔陶瓷等)做成。固定樣品支架 3、發(fā)熱件8、阻熱擋板6和溫度傳感器探頭5組成一體后，安裝固定在盒內(nèi)底部。實(shí)驗(yàn)樣品被套入活動(dòng)支架2內(nèi)，活動(dòng)樣品支架2則插放在固定樣品支架3上。調(diào)溫盒上有一對(duì)小孔 4，光束可以從其中一個(gè)小孔射入，穿過(guò)樣品后從另一對(duì)開(kāi)的小孔射出。來(lái)自控制電路(見(jiàn)圖3)的電流經(jīng)發(fā)熱件接線10供給發(fā)熱件8 (可以是電熱絲或電熱板)產(chǎn)生熱量，并通過(guò)空氣傳導(dǎo)和對(duì)流的方式間接地對(duì)樣品進(jìn)行加溫。由隔熱材料做成的阻熱擋板6阻擋發(fā)熱件8 發(fā)出的熱直接輻射到樣品和活動(dòng)樣品支架2及固定樣品支架3上。阻熱擋板支架7使阻熱擋板6固定并使阻熱擋板6下面留有一定的空間安置發(fā)熱件8。位于樣品一旁的溫度傳感器探頭5對(duì)樣品附近的空氣溫度進(jìn)行探測(cè)，通過(guò)其引出的溫度傳感器探頭接線9反饋到控制電路。由于是通過(guò)空氣對(duì)樣品加熱，且樣品本身很薄，樣品各處的溫度梯度很小，空氣的溫度與樣品的溫度的差別也很小，所以溫度傳感器探頭5所探測(cè)到空氣的溫度就等同于樣品的溫度。
權(quán)利要求
1. 一種用于光譜分析實(shí)驗(yàn)的樣品溫度調(diào)裝置，其特征在于，本發(fā)明裝置分為兩大部分 一是可用于增加樣品溫度和探測(cè)樣品溫度的調(diào)溫盒，二是實(shí)現(xiàn)溫度加熱與溫度反饋控制及溫度預(yù)設(shè)顯示的溫控電路；1)調(diào)溫盒是一個(gè)盒式結(jié)構(gòu)，主要由隔熱層、活動(dòng)樣品支架、固定樣品支架、溫度傳感器探頭、阻熱擋板、阻熱擋板支架、發(fā)熱件七部分組成，盒的相對(duì)側(cè)壁對(duì)開(kāi)一對(duì)小孔，盒壁為隔熱層；盒內(nèi)阻熱擋板支架設(shè)在盒底面上或安在盒壁上或吊在盒蓋上，阻熱擋板支架起固定阻熱擋板的作用并使阻熱擋板離盒底有一定的距離，溫度傳感器探頭和固定樣品支架分別固定在阻熱擋板上，活動(dòng)樣品支架插放在固定樣品支架上，發(fā)熱件安置在阻熱擋板之下但不接觸阻熱擋板和盒底；2)溫控電路由電源電路、功率放大與加熱電路、聲光提示電路、微處理器控制電路、溫度預(yù)設(shè)與顯示電路、溫度傳感器模塊六部分構(gòu)成；(1)功率放大與加熱電路功率放大與加熱電路的作用是對(duì)微處理器發(fā)出的PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大，得到大功率受控電流驅(qū)動(dòng)發(fā)熱電阻發(fā)熱以實(shí)現(xiàn)加熱功能，這部分電路由電阻R1、電阻R3、大功率三極管Q1、光耦U4和加熱電阻絲R9即加熱件組成；這些元件的量值是大功率三極管Ql為 TIP35,電阻Rl = 5. IkQ、R3 = 300 Ω ；連接方式是光耦U3的陰極連接電阻R3，陽(yáng)極連接到電源5V，光耦U3的集電極、發(fā)射極分別連接到三極管Ql的集電極和基極；電阻Rl連接到三極管Ql的基極與發(fā)射極之間；三極管Ql發(fā)射極連接加熱電阻絲R9 —端；(2)溫度預(yù)設(shè)與顯示電路溫度預(yù)設(shè)與顯示電路的作用是供用戶設(shè)定實(shí)驗(yàn)過(guò)程所需的溫度值，并實(shí)時(shí)顯示用戶設(shè)定的溫度值和調(diào)溫盒內(nèi)當(dāng)前實(shí)際溫度，顯示值分辨率為0. 1攝氏度；這部分電路由小液晶 J2、按鍵S2、按鍵S3、按鍵S4、電阻R10、電阻R11、電阻R12和電位器Rl3組成；這些元件的量值是電阻R10、R11、R12、R13均為10kQ，J2為1602藍(lán)背光小液晶顯示屏，按鍵為8*8mm 按鍵；連接方式是電阻RIO、R1UR12 一端同接到5V電源，另一端分別連接S4、S3、S2 ；按鍵S2、S3、S4的另一端均連接電源地；1602藍(lán)背光小液晶顯示屏J2的第一引腳和第十五引腳連接到電源地，J2的第二引腳和第十六引腳連接到5V電源，第三引腳連接電位器R13 ；電位器R13另外兩端分別接電源地和5V電源；(3)微處理器控制電路微處理器控制電路的作用是讀取溫度傳感器模塊的溫度值，采集按鍵的信息，控制 1602液晶顯示屏J2顯示相關(guān)的信息；通過(guò)對(duì)按鍵的動(dòng)作，溫度傳感器模塊溫度值等信息進(jìn)行運(yùn)算分析發(fā)出相關(guān)的PWM信號(hào)，控制加熱電路從而實(shí)現(xiàn)加熱與恒溫功能，這部分電路由單片機(jī)U1、晶振Y1、電容C3、電容C7、電容C8、按鍵Si、電阻R7、電阻R8、程序更新接口 Jl 組成；它們的量值是電容 C3 = 1 μ F，C7 = 30pF，C8 = 30pF，R7 = IOkΩ，R8 = IkΩ，Yl =12MHz ；連接方式是晶振Yl并聯(lián)到Ul的X1、X2引腳，電容C7和C8 —端分別連接到Ul 的XI、X2引腳，另一端一起連接到電源地；電容C7、C8、晶振Yl與單片機(jī)Ul內(nèi)部的非門(mén)一起構(gòu)成單片機(jī)的工作時(shí)鐘電路；電容C3和電阻R7與按鍵Sl并聯(lián)后一端連接到5V電源，另一端連接到電阻R8和單片機(jī)Ul的第九引腳及程序更新接口 Jl的第三引腳，而電阻R8的另一端則接電源地；電容C3、電阻R7和R8與按鍵Sl 一起構(gòu)成單片機(jī)Ul的上電復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位電路Jl的第一引腳接電源地，Jl的第二引腳接5V電源，Jl的第三、第四、第五、第六引腳分別接Ul的第九、第八、第七、第六引腳；Ul的第三十一引腳接5V電源；(4)溫度傳感器模塊溫度傳感器模塊是用溫度傳感器探頭采集加熱箱內(nèi)部實(shí)時(shí)溫度，并把該信息反饋到微處理器控制電路形成反饋電路；溫度傳感器模塊設(shè)有第一引腳、第二引腳、第三引腳，第一引腳連接到5V電源、第二引腳為數(shù)據(jù)引腳、第三引腳接電源地；(5)電源電路電源電路其作用是為微處理器控制電路、溫度傳感器模塊提供5V穩(wěn)壓電源，為功率放大與加熱電路提供24V大功率電源；這部分電路由變壓器Tl，二極管D2、D3、D4、D5、D6、D7、 D8、D9，電容(1、02、04、05、06、09，三端集成穩(wěn)壓管似組成；它們的量值是:U2為MC7805 ； Tl功率為5W，輸出24V和5V電壓的交流變壓器；Cl為3300 μ F25V電解質(zhì)電容，C4為 3300 μ F50V電解質(zhì)電容，C5、C6和C9均為0. IyF陶瓷電容；二極管D2、D3、D4、D5、D6、D7、 D8和D9均為6N10 ；連接方式是變壓器Tl的24V交流輸出線圈連接到由二極管D3、D4、D5、 D6構(gòu)成的整流電橋的輸入端，整流電橋的輸出端則與電容C4和C9并聯(lián)；變壓器Tl的交流輸出線圈連接到由二極管D2、D7、D8、D9構(gòu)成的另一個(gè)整流電橋的輸入端，其輸出端并聯(lián)電容Cl和C5，得到平穩(wěn)的直流電源輸入到三端集成穩(wěn)壓管U2的第一引腳和第二引腳-接地、 第二引腳與第三引腳并聯(lián)電容C2和C6輸出穩(wěn)定的5V電源，為后級(jí)控制電路提供電源；(6)聲光提示電路聲光提示電路其作用是提醒用戶溫控室內(nèi)已達(dá)到設(shè)定的溫度并保持恒溫狀態(tài)；當(dāng)溫控室內(nèi)已達(dá)到設(shè)定的溫度并保持恒溫時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出鈴聲，發(fā)光二極管會(huì)變亮，以提醒用戶進(jìn)行相關(guān)操作；這部分電路由發(fā)光二極管00、電阻1 2、1 4、1 5、三極管Q2、蜂鳴器組成；它們的量值是DO為5_發(fā)紅光二極管，電阻R2 = 300 Ω、R4 = 100 Ω、R5 = Ik Ω，蜂鳴器為5V 有源蜂鳴器；連接方式是發(fā)光二極管DO的陽(yáng)極連接到5V電源，陰極串聯(lián)電阻R2 ；蜂鳴器的正極輸入端連接到5V電源，負(fù)極輸入端串聯(lián)電阻R4后連接到三極管Q2的集電極；三極管Q2的發(fā)射極連接電源地線，基極與電阻R5串聯(lián)；(7)各電路之間的連接電源電路經(jīng)過(guò)電容C4和C9濾波后的直流電正、負(fù)極分別接到功率放大與加熱電路的大功率三極管Ql集電極和加熱電阻絲R9 —端；功率放大與加熱電路的電阻R3連接微處理器控制電路的單片機(jī)Ul的第三引腳；聲光提示電路的電阻R2和R5分別接微處理器控制電路的單片機(jī)Ul第二引腳和第一引腳；溫度傳感器模塊的第二引腳與微處理器控制電路的單片機(jī)Ul第十五引腳相接；溫度預(yù)設(shè)與顯示電路的按鍵S2、S3、S4的一端分別接微處理器控制電路的單片機(jī)Ul的第三十七、第三十八、第三十九引腳、液晶顯示屏J2的第四引腳 第十四引腳分別接微處理器控制電路的單片機(jī)Ul的第三十四引腳、第三十三引腳、第三十二引腳、第二十一引腳 第二十八引腳；3)調(diào)溫盒與溫控電路的連接調(diào)溫盒的溫度傳感器探頭接線連接在溫度傳感器模塊內(nèi)部電路，溫度傳感器模塊實(shí)際上包括了溫度傳感器探頭；調(diào)溫盒的發(fā)熱件接線連接在功率放大與加熱電路內(nèi)部電路，功率放大與加熱電路實(shí)際上包括了發(fā)熱件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于光譜分析實(shí)驗(yàn)的樣品溫度調(diào)節(jié)裝置。該裝置分為兩大部分一是可用于增加樣品溫度和探測(cè)樣品溫度的調(diào)溫盒，二是實(shí)現(xiàn)溫度加熱與溫度反饋控制及溫度預(yù)設(shè)顯示的溫控電路。1)調(diào)溫盒是一個(gè)盒式結(jié)構(gòu)，主要由隔熱層、活動(dòng)樣品支架、固定樣品支架、溫度傳感器探頭、阻熱擋板、阻熱擋板支架、發(fā)熱件七部分組成。2)溫控電路由電源電路、功率放大與加熱電路、聲光提示電路、微處理器控制電路、溫度預(yù)設(shè)與顯示電路、溫度傳感器模塊六部分構(gòu)成。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明是一種既不改變樣品放置方法又能避免樣品內(nèi)部溫度梯度的形成，在一定的溫度范圍內(nèi)，且能夠較快地對(duì)樣品的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制的裝置。
文檔編號(hào)G05D23/30GK102393769SQ20111040170
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者李武鋼, 林土淦, 黃庶識(shí) 申請(qǐng)人:廣西科學(xué)院