一种蛋白分析仪温控系统的制作方法

1.本发明涉及蛋白分析仪技术领域，特别涉及一种蛋白分析仪温控系统。


背景技术：

2.体外诊断设备中，为了使试剂与样本充分反应，反应杯内温度需为37度，以模仿人体体内温度，试剂存储时所需环境为0到4度，需要一套温控闭环系统保证反应盘与试剂仓能快速且持续稳定达到需求温度。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明旨在提出一种蛋白分析仪温控系统，通过合理设计温控组件的硬件部分以及控制部分，实现了反应盘与试剂仓能够快速且持续稳定达到需求温度。
4.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
5.一种蛋白分析仪温控系统，包括温控组件以及控制系统，所述温控组件包括加热组件以及制冷仓，所述控制系统分别通过加热组件、制冷仓控制制热以及制冷过程以此实现试剂的精确控温。
6.进一步的，所述加热组件包括反应盘、温度传感器、加热线圈)以及温控槽，所述反应盘、温度传感器、加热线圈安装于温控槽底部并通过导热硅脂进行封闭处理。
7.进一步的，所述制冷仓包括依次安装的试剂仓、制冷片、散热片以及散热风扇。
8.进一步的，所述试剂仓底部设有漏孔，所述漏孔用于将废液通过废液接口排出。
9.进一步的，所述控制系统包括控制电路以及相应的控制算法，所述控制算法通过控制电路进行测温并根据测算温度驱动加热组件以及制冷仓进行相应的制热或制冷。
10.进一步的，所述控制电路通过单片机、温度传感器实现实时高精度监测试剂温度。
11.进一步的，所述控制算法为部分pid控制算法，当温度达到给定的最小设定温度值，开启pid控制算法控制加热组件精确升温，并能通过制冷仓进行制冷控制，达到指定所需温度值。
12.进一步的，所述部分pid控制算法计算过程为：
13.数字pid控制器的算法差分方程：
[0014][0015]
式中u
p
(n)＝k
p
e(n)称为比例项
[0016]
称为积分项
[0017][0018]
增量式pid控制算法实现：
[0019]
δu(n)＝a0e(n) a1e(n
‑
1) a2e(n
‑
2)
[0020]
式中式中式中
[0021]
在算法实现过程中，考虑到加热芯片的开关控制频率，这里选用3s为时间单位作为控制基准；
[0022]
参数整定过程：
[0023]
先确定p参数，p参数决定了温升的时间和超调量，将p参数由小逐渐增大，测试认为超调量在合理范围内，并且加热时间相对合理后，固定p参数，然后调整积分参数，积分参数决定了控制最终的稳定度，也决定了反馈控制的反应速度，该参数也是由小到大逐渐调整。
[0024]
进一步的，所述控制系统采用中断控制，每0.5s进行一次中断，进入中断后进行测温，将测温数据存入数组，通过数组内的历史数据计算出积分项(ui)，通过pid判断后给出加热或停止加热的命令或制冷仓制冷的命令。
[0025]
有益效果：本发明设备开启后反应盘与试剂仓能快速调整至指定温度且保持温度稳定；本发明的反应盘为封闭结构，能保证反应杯运行时不受阻碍且保持温度传导；本发明的试剂仓冷凝水能够及时排除，防止冷凝水对试剂污染；本发明的控制系统分别通过加热组件、制冷仓控制制热以及制冷过程以此实现试剂的精确控温。
附图说明
[0026]
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0027]
图1为本发明实施例所述的蛋白分析仪温控系统的加热组件的结构示意图；
[0028]
图2为本发明实施例所述的蛋白分析仪温控系统的制冷仓的结构示意图；
[0029]
图3为本发明实施例所述的蛋白分析仪温控系统的控制电路的结构示意图。
具体实施方式
[0030]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0031]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0032]
实施例1
[0033]
参见图1
‑
3：一种蛋白分析仪温控系统，包括温控组件以及控制系统，所述温控组件包括加热组件1以及制冷仓2，所述控制系统分别通过加热组件1、制冷仓2控制制热以及制冷过程以此实现试剂的精确控温。
[0034]
本实施例通过加热组件能够使得试剂达到设定的反应温度，另外，通过制冷仓进行制冷使得试剂能够达到存储时所需低温，方便快捷，能够快速精确控温。
[0035]
在一具体的实例中，所述加热组件1包括反应盘11、温度传感器、加热线圈12以及
温控槽13，所述反应盘11、温度传感器、加热线圈12安装于温控槽13底部并通过导热硅脂进行封闭处理。
[0036]
本实施例通过导热硅脂进行封闭处理，可防止杂物掉落导致加热效率降低，同时导热硅脂有着很好的导热效率，不会由于封闭结构导致热量无法传输。
[0037]
在一具体的实例中，所述制冷仓2包括依次安装的试剂仓21、制冷片22、散热片23以及散热风扇24。
[0038]
本实施例为防止制冷片发热面高温于底部聚集从而对仪器其他部件产生影响，制冷片发热面装有散热片，且散热片底部装有风扇，能及时将热量排至空气。
[0039]
在一具体的实例中，所述试剂仓底部设有漏孔，所述漏孔用于将废液通过废液接口排出。
[0040]
本实施例的制冷仓制冷过程中会产生空气冷凝水，冷水若无法排出会导致制冷仓积液，积液会对仪器产生破坏，因此在试剂仓底部加装漏孔通向废液接口能及时将废液排出。
[0041]
在一具体的实例中，所述控制系统包括控制电路以及相应的控制算法，所述控制算法通过控制电路进行测温并根据测算温度驱动加热组件1以及制冷仓2进行相应的制热或制冷。
[0042]
在一具体的实例中，所述控制电路通过单片机、温度传感器实现实时高精度监测试剂温度。
[0043]
需要说明的是，本实施例使用的温度传感器是hel
‑
700，在
‑
40℃到 125℃工作范围内，其温度阻止变化精度为
±
0.1％，温漂为0.25℃/年。adc为ads1271，24位模数转换ic，adc的模拟基准电压由ref5025提供，其电源纹波为0.1％。工作过程中hel
‑
700提供基本的温度电阻值，通过恒流源转换成电压值，然后通过运算放大器放大电压，单片机读取最终的模拟电压值，依据datasheet上的计算公式和基本参数转换成温度值，实现高精度测温。
[0044]
在一具体的实例中，所述控制算法为部分pid控制算法，当温度达到给定的最小设定温度值，开启pid控制算法控制加热组件1精确升温，并能通过制冷仓2进行制冷控制，达到指定所需温度值。
[0045]
在一具体的实例中，所述部分pid控制算法计算过程为：
[0046]
数字pid控制器的算法差分方程：
[0047][0048]
式中u
p
(n)＝k
p
e(n)称为比例项
[0049]
称为积分项
[0050]
称为微分项；
[0051]
增量式pid控制算法实现：
[0052]
δu(n)＝a0e(n) a1e(n
‑
1) a2e(n
‑
2)
[0053]
式中式中式中
[0054]
在算法实现过程中，考虑到加热芯片的开关控制频率，这里选用3s为时间单位作为控制基准；
[0055]
参数整定过程：
[0056]
先确定p参数，p参数决定了温升的时间和超调量，将p参数由小逐渐增大，测试认为超调量在合理范围内，并且加热时间相对合理后，固定p参数，然后调整积分参数，积分参数决定了控制最终的稳定度，也决定了反馈控制的反应速度，该参数也是由小到大逐渐调整。
[0057]
在一具体的实例中，所述控制系统采用中断控制，每0.5s进行一次中断，进入中断后进行测温，将测温数据存入数组，通过数组内的历史数据计算出积分项ui，通过pid判断后给出加热或停止加热的命令或制冷仓制冷的命令。
[0058]
需要说明的是，由于仪器使用时某些试剂对温度较为敏感，要求仪器从开机到使用时反应盘及试剂仓必须进入设定温度，所以在对应温控方面使用pid算法，由于反应盘温度控制要求较高，初步定为稳定度和准确度都在
±
0.1℃，这里选用的是pid控制算法，由于当前温度控制加热块功率的限制经过测量，加热块全速加热的温升为1/72℃/s，23℃室温时测量所得，假设当前温度为室温25℃，想要加热到37℃，这里选用全速加热也需要12＊72s，也就是14.4分钟，虽然实际加热会比这个时间小，但也差不了多少。如果采用全程pid控制，这里明显会加长温升的时间，基于此，采用部分pid控制的策略，当温度达到给定的最小温度值软件上设定为36.5℃，才会开启pid控制算法，另外，本实施例的温度控制不仅有加热控制，也设有制冷控制，当温度超过给定的最大值后关掉加热功能，由于软件设定的p参数相对较大，这里当温度超过37.0℃后，算法已经实现了关掉加热的功能，无需设定最高温度值，通过制冷控制进行补偿温度控制，使得温度控制更加的智能精确。
[0059]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。