一种用于微流控芯片的温控装置

1.本实用新型涉及一种用于微流控芯片的温控装置。


背景技术：

2.微流控芯片是微流控技术实现的主要平台，该装置能将样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集中到尺度很小的芯片上进行。在一些上述操作中需要特定的外界温度环境才能实施，比如pcr反应和lamp反应，这就需要与之匹配的便携式温控装置。相较于其他温控装置，本装置采用半导体制冷元件(tec)比常规热电偶要更快达到温度响应，且能根据电流输入转变热泵方向，此外还有一套温控开发模块能同时适应交流和直流电源，并实时根据pid算法动态调整电压至设定温度。同时根据接口提供两种数据观测和操作渠道，为可视化、经济性温控装置提供一种应用前景。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种用于微流控芯片的温控装置，响应迅速、操作简便，能够经温控开发模块兼容不同类型电源，并使制冷/热元件达到设定温度的同时具备可视化和可编辑的功能。
4.为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种用于微流控芯片的温控装置，包括温控开发模块，与该温控开发模块连接的用于调整微流控芯片温度的制冷/热执行元件、显示及控制模块；所述制冷/热执行元件包括由上至下依次设置的半导体制冷器、散热装置和风扇，且半导体制冷器、散热装置和风扇经导热硅胶粘结形成一个整体；所述半导体制冷器上表面还设有一用于检测微流控芯片温度的温度传感器。
5.在本实用新型一实施例中，所述温控开发模块包括用于将外部输入的110v或220v交流电压转换为12v直流电压的开关转接电源、根据温控器的信号将输入直流电压转变输出大小的升降压电源稳压模块、与温度传感器连接的温控器；所述升降压电源稳压模块与风扇、半导体制冷器连接。
6.在本实用新型一实施例中，所述温控开发模块可用110v或220v交流电源作为其外部输入，也可用包括电池或充电宝的直流电源作为其外部输入。
7.在本实用新型一实施例中，所述温控开发模块可通过rs-232接口与显示及控制模块连接。
8.在本实用新型一实施例中，所述显示及控制模块包括计算机、用户仪表显示器。
9.相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型使用tec加快了温度的响应速率，能根据电流输入转变热泵方向，配套的温控开发模块能兼容不同类型电源，实时调节电压至设定温度，同时与个人计算机或用户仪表连接能集观测与控制为一体，简化了装置，为可视化、经济性温控装置提供一种应用前景。
附图说明
10.图1是本实用新型实例的功能模块示意图；
11.图2是本实用新型实例实际使用中红外热像仪温度图像；
12.图3是本实用新型实例实现动态调节的温度绘制结果。
具体实施方式
13.下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。
14.本实用新型的一种用于微流控芯片的温控装置，包括温控开发模块1，与该温控开发模块连接的用于调整微流控芯片21温度的制冷/热执行元件2、显示及控制模块3；所述制冷/热执行元件包括由上至下依次设置的半导体制冷器22、散热装置23和风扇23，且半导体制冷器、散热装置和风扇经导热硅胶粘结形成一个整体；所述半导体制冷器上表面还设有一用于检测微流控芯片温度的温度传感器25。
15.以下为本实用新型具体应用实例。
16.实施例一，如图1所示，一种用于微流控芯片的温控装置，包括制冷/热执行元件、温控开发模块、温度传感器、个人计算机32或用户仪表显示器31和为装置提供能量的电源4，若干导线和串行通信接口。
17.在本实例中，所述制冷/热执行元件包括半导体制冷器(tec)、散热装置(热沉)和风扇，它们按顺序上下堆叠经导热硅胶粘结形成一个整体，tec是利用半导体的peltier效应快速在其上下表面形成温度差，该tec具有127对pn节，能实现上下极板60℃的温差，然后通过风扇经热沉加速热量交换，可改变风扇转速调节另一端的温度，实现制冷/热端的温度调节，也可以改变输入电压调节上下极板的温差来实现温度控制。
18.在本实例中，所述温控开发模块包括开关转接电源、升降压电源稳压模块和温控器，它们经导线连接成一个整体，开关转接电源可将外部输入的220v交流电压转换为12v直流电压，并提供短路、超载和过压保护；升降压电源稳压模块可根据温控器的信号将输入的直流电压实时转变输出的大小，温控器根据tec上表面温度传感器数据与目标温度的对比，动态调整其输入电压。
19.实施例二，如图2所示，温控装置功能模块均可集成在一个20cm
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20cm的盒子内，只需将两条引线外置，其中一条是与个人计算机相连的rs232pc串口，利用相应的温控编辑软件可以任意调整输出曲线；另一条是与外界电源相连，可以是220v交流电源也可以是12v一下的直流电源。
20.在本实例中，当仅需要恒温输出时(如62.5℃)，可以用个人计算机编辑设定的温度值，也可以在用户仪表上设定温度，其能显示当前的温度；还可以利用红外热像仪，如图3所示，芯片被固定在tec极板上端，其实际温度显示结果与传感器结果接近。
21.实施例三，如图3所示，如果需要输出复杂的温度信号，需要用个人计算机经rs232串口与温控器相连，然后在温控软件里编辑相应pid参数。
22.在本实例中，以pcr为例，该过程需要在95℃经历15s和在60℃经历30s为一个周期，经历40个周期的温度循环，如图3所示，通过调整pid编辑软件里操作值和辅助变量等参数，能实现温度有规律地按设定自动调整。
23.以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生
的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。


技术特征：
1.一种用于微流控芯片的温控装置，其特征在于，包括温控开发模块，与该温控开发模块连接的用于调整微流控芯片温度的制冷/热执行元件、显示及控制模块；所述制冷/热执行元件包括由上至下依次设置的半导体制冷器、散热装置和风扇，且半导体制冷器、散热装置和风扇经导热硅胶粘结形成一个整体；所述半导体制冷器上表面还设有一用于检测微流控芯片温度的温度传感器。2.根据权利要求1所述的一种用于微流控芯片的温控装置，其特征在于，所述温控开发模块包括用于将外部输入的110v或220v交流电压转换为12v直流电压的开关转接电源、根据温控器的信号将输入直流电压转变输出大小的升降压电源稳压模块、与温度传感器连接的温控器；所述升降压电源稳压模块与风扇、半导体制冷器连接。3.根据权利要求1或2所述的一种用于微流控芯片的温控装置，其特征在于，所述温控开发模块可用110v或220v交流电源作为其外部输入，也可用包括电池或充电宝的直流电源作为其外部输入。4.根据权利要求1所述的一种用于微流控芯片的温控装置，其特征在于，所述温控开发模块可通过rs-232接口与显示及控制模块连接。5.根据权利要求1所述的一种用于微流控芯片的温控装置，其特征在于，所述显示及控制模块包括计算机、用户仪表显示器。

技术总结
本实用新型涉及一种用于微流控芯片的温控装置。包括半导体制冷器(TEC)、散热装置(热沉)、风扇和与温度传感器相连的温控开发模块。温控开发模块由开关转接电源、升降压电源稳压模块和温控器组成，温控器与温度传感器、TEC和风扇相连，其可根据外部电源类型转换输出形式，通过设定温度与实时采集温度的数据，调整输出直流电压。温控开发模块经RS-232接口与计算机或仪表显示器连接，可直接调节目标温度或编辑相应的温度函数，并从相应显示设备上读取温度信息。本实用新型能够为微流控芯片提供一种便携式的热源温控装置，能适应恒温和变温场景，具备可视化、响应迅速、操作简便等特点。操作简便等特点。操作简便等特点。


技术研发人员：孙浩 熊凌鹄 东辉 余勇健
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：2021.11.16
技术公布日：2022/5/16