專利名稱：顯微觀察時維持樣品溫度恒定的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于分析測試儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種顯微觀察時維持樣品溫度恒定的裝置，具體地說，本實用新型對采用柔性絕緣材料包覆的電熱絲進行加熱，通過調(diào)節(jié)加熱電熱絲的功率來維持樣品皿中樣品的溫度恒定。
背景技術(shù)：
在化學化工生產(chǎn)和科研過程中，經(jīng)常需要通過顯微鏡實時、在線地觀察樣品不同溫度時的微觀光學形貌。傳統(tǒng)的水浴、電熱套、恒溫箱等雖然可以控制樣品的溫度恒定，但無法實現(xiàn)通過顯微鏡實時、在線地觀察樣品。目前市場上有INSTEC公司生產(chǎn)的專用于顯微鏡的變溫裝置，可實現(xiàn)溫度在-78 V _250°C的連續(xù)變化，但其操作復雜，設(shè)備昂貴，一般實驗室承受不起。另外，此變溫裝置鑒于其自身的設(shè)計，有一個最大的不足:顯微鏡只可以用長工作距離物鏡觀察，物鏡倍數(shù)越高，工作距離越短，對于100倍的物鏡，即使是長工作距離物鏡也無法利用此變溫裝置找到樣品。因此，極大限制了此變溫裝置的廣泛使用。市面上Tokai Hit公司生產(chǎn)了一種CO2孵育裝置，用來將生物樣品如細胞等維持在37°C，CO2含量保持在5%，濕度90%。這種裝置非常適合做生物樣品，但價格也很昂貴，操作復雜，還需要CO2鋼瓶，占地面積大。最重要的是此裝置需要有合適的載物臺匹配，并不適合所有的光學顯微鏡。對于化學樣品，經(jīng)常需要分析的是不同溫度時樣品的光學特征，而且對于細胞樣品來說，相對于濕度和CO2含量，溫度是最重要的，只要溫度維持在37°C，細胞的存活時間就會比在室溫25°C下大大增加。另外，國產(chǎn)的加熱裝置主要是對樣品的圓型托盤進行加熱。這樣雖然可以實現(xiàn)直接加熱，但是由于圓形樣品托盤直接與載物臺連接，而載物臺的材質(zhì)一般都是塑料，不能承受高溫。因此，長時間使用會有損載物臺，進而影響載物臺與樣品托盤的連接。因此，本實用新型的目的是提供一種可使用普通物鏡、對載物臺安全，并可廣泛應(yīng)用于普通光學顯微鏡的維持 樣品溫度恒定的加熱裝置。

實用新型內(nèi)容為了克服上述缺陷，本實用新型設(shè)計了一種簡單的維持樣品溫度恒定的裝置，顯微觀察時，可以實時地、在線地控制溫度。本實用新型所指的樣品皿是用鋁和蓋玻片做成的圓筒狀載物皿，類似于培養(yǎng)細胞的confocal皿。本實用新型的目的是提出一種顯微觀察時維持樣品溫度恒定的裝置，所述裝置包括柔性絕緣材料2、加熱電熱絲3、測溫熱電阻4、數(shù)據(jù)采集模塊5、通訊模塊6，其中，所述加熱電熱絲3包裹在所述柔性絕緣材料2內(nèi)部；所述測溫熱電阻4置于所述柔性絕緣材料2的中心，用于測量所述柔性絕緣材料2的溫度，并產(chǎn)生一溫度信號；所述數(shù)據(jù)采集模塊5采集所述溫度信號并通過通訊模塊6將所述溫度信號傳輸至控制計算機。[0009]所述裝置還包括DA輸出模塊7，所述DA輸出模塊7接收所述控制計算機通過所述通訊模塊6發(fā)送過來的反饋信號，并根據(jù)所述反饋信號控制所述加熱電熱絲3的加熱速率。所述裝置還包括一連接扣8，用于連接所述裝置與樣品皿，以將所述裝置固定在樣品皿上，從而通過與樣品皿的換熱最終實現(xiàn)對樣品皿中心樣品溫度的控制。 所述連接扣8為軟連接扣。所述DA輸出模塊7通過控制所述加熱電熱絲3的功率大小來控制所述加熱電熱絲3的加熱速率。所述樣品皿中樣品的實際溫度tMal與所述測溫熱電阻4測得的溫度t存在一對應(yīng)關(guān)系。所述控制計算機根據(jù)所述測溫熱電阻4測得的溫度t以及預先設(shè)定的樣品需要達到的目標溫度T生成一反饋信號，來控制所述裝置的加熱溫度。所述反饋信號為增加/減小所述加熱電熱絲3的功率的反饋信號。利用本實用新型設(shè)計的裝置，可在普通顯微鏡、熒光顯微鏡、共聚焦顯微鏡及雙光子顯微鏡等儀器上實現(xiàn)實時、在線地觀察樣品不同溫度的光學形貌?？墒褂闷胀ㄎ镧R、對載物臺安全。而且此裝置簡單、便宜，有助于在各實驗室內(nèi)的推廣。

圖1是本實 用新型所提出的維持樣品溫度恒定的裝置一柔性恒溫器的結(jié)構(gòu)示意及工作原理圖。圖2為圖1所示的柔性恒溫器與樣品皿的連接示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。本實用新型提供一種維持樣品溫度恒定的裝置，尤其是一種顯微觀察時維持樣品溫度恒定的裝置，圖1是所述維持樣品溫度恒定的裝置-柔性恒溫器的結(jié)構(gòu)示意及工作原理圖，圖中:1為整個柔性恒溫器，2為柔性絕緣材料，3為加熱電熱絲，4為測溫熱電阻，5為數(shù)據(jù)采集模塊，6為通訊模塊，7為DA輸出模塊，8為連接扣。圖中所示的柔性恒溫器I主要由柔性絕緣材料2、加熱電熱絲3、測溫熱電阻4、數(shù)據(jù)采集模塊5、通訊模塊6、DA輸出模塊7和連接扣8組成。柔性絕緣材料2內(nèi)部包裹加熱電熱絲3用來加熱樣品皿，在柔性絕緣材料中心裝有測溫熱電阻4以測量柔性絕緣材料的溫度，即柔性恒溫器的溫度，并產(chǎn)生一溫度信號，數(shù)據(jù)采集模塊5采集所述溫度信號并通過通訊模塊6傳輸至控制計算機；DA輸出模塊7接收控制計算機通過通訊模塊6發(fā)送過來的反饋信號，并根據(jù)所述反饋信號控制所述加熱電熱絲3的加熱速率。連接扣8的作用是用來扣緊柔性恒溫器和樣品皿，以將柔性恒溫器固定在樣品皿上。實際上，樣品皿中樣品的實際溫度tMal和柔性恒溫器熱電阻測得的溫度是有差別的，樣品實際溫度tMal可通過溫度計直接測量，而我們能控制的是柔性恒溫器的溫度tta 。在一定的溫度范圍內(nèi)，確定柔性恒溫器溫度也就是熱電阻測得的溫度ttas#與樣品實際溫度tMal的對應(yīng)關(guān)系，擬合成一函數(shù)。這樣，當樣品要達到某一個溫度t,eal時，根據(jù)上述函數(shù)就能夠確定柔性恒溫器所需要達到的溫度控制計算機按照基于傳熱學設(shè)計的程序，根據(jù)預先設(shè)定的實際樣品需要達到的溫度來控制柔性恒溫器所需的加熱溫度，并給出一反饋信號，該反饋信號經(jīng)通訊模塊6傳輸至DA輸出模塊7，利用DA輸出模塊7控制加熱電熱絲的功率大小從而控制加熱電熱絲3的加熱速率。上述功能通過計算機控制的加熱程序?qū)崿F(xiàn)，具體過程如下:要使樣品達到實驗要求的目標溫度T，需要知道目標溫度T與樣品當時的實際溫度tMal的差值來決定柔性恒溫器的加熱程序。在環(huán)境溫度、樣品目標溫度T一定的情況下，通過柔性恒溫器的熱電阻測量溫度與樣品實際溫度tMal有一一對應(yīng)關(guān)系，可擬合成函數(shù)。在樣品的實際溫度tMal低于希望達到的目標溫度T的情況下，當目標溫度T與通過柔性恒溫器的熱電阻測量溫度
對應(yīng)的樣品實際溫度tMal的差值大于一定的At時，計算程序給出反饋信號，通過控制柔性恒溫器加熱電熱絲3的功率，持續(xù)加熱；當實際溫度tMal升高至與目標溫度T的差值小于等于一定的At時，計算機發(fā)出減小加熱電熱絲3的功率的反饋信號，通過控制柔性恒溫器加熱電熱絲3的功率值，來降低加熱速率，使加熱電熱絲3緩慢加熱至樣品需要的目標溫度T ;當樣品實際溫度tMal高于樣品希望達到的目標溫度T情況下，且差值小于一定的At'時，控制計算機發(fā)出減小加熱電熱絲3的功率的反饋信號，以降低加熱速率，使加熱電熱絲3緩慢加熱，直至目標溫度T與所述實際溫度tMal的差值大于等于一定的At'時，停止加熱。通過這種方法，能夠控制樣品溫度來達到用戶所需求的目標溫度T。在實際使用中，所述柔性恒溫器環(huán)繞在樣品皿周圍，優(yōu)選地，柔性恒溫器通過軟連接扣8連接樣品皿，以方便包裹樣品皿。圖2給出了柔性恒溫器與樣品皿的連接關(guān)系，圖中，9為樣品皿。環(huán)繞在樣品皿9周圍的柔性恒溫器通過與樣品皿9進彳丁換熱，以最終實現(xiàn)對樣品皿9中心樣品溫度的控制。通過本實用新型提供的上述裝置，能夠方便的控制樣品的溫度直至達到用戶所需求的目標 溫度T。本實用新型所提出的維持樣品溫度恒定的裝置可實現(xiàn)樣品在25 100°C溫度范圍內(nèi)任一溫度上維持溫度恒定。以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種顯微觀察時維持樣品溫度恒定的裝置，其特征在于，所述裝置包括柔性絕緣材料(2)、加熱電熱絲(3)、測溫熱電阻(4)、數(shù)據(jù)采集模塊(5)、通訊模塊(6)，其中， 所述加熱電熱絲(3)包裹在所述柔性絕緣材料(2)內(nèi)部； 所述測溫熱電阻(4)置于所述柔性絕緣材料(2)的中心，用于測量所述柔性絕緣材料(2)的溫度,并產(chǎn)生一溫度信號； 所述數(shù)據(jù)采集模塊(5)采集所述溫度信號并通過通訊模塊(6)將所述溫度信號傳輸至控制計算機電熱絲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括DA輸出模塊(7)，所述DA輸出模塊(7)接收所述控制計算機通過所述通訊模塊(6)發(fā)送過來的反饋信號，并根據(jù)所述反饋信號控制所述加熱電熱絲(3)的加熱速率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括一連接扣(8)，用于連接所述裝置與樣品皿，以將所述裝置固定在樣品皿上，從而通過與樣品皿的換熱最終實現(xiàn)對樣品皿中心樣品溫度的控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述連接扣(8)為軟連接扣。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述DA輸出模塊(7)通過控制所述加熱電熱絲⑶的功率大小來控制所述加熱電熱絲⑶的加熱速率。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述樣品皿中樣品的實際溫度tMal與所述測溫熱電阻(4)測得的溫度〖_^存在一對應(yīng)關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制計算機根據(jù)所述測溫熱電阻(4)測得的溫度〖_^以及預先設(shè)定的樣品需要達到的目標溫度T生成一反饋信號，來控制所述裝置的加熱溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或7所述的裝置，其特征在于，所述反饋信號為增加/減小所述加熱電熱絲(3)的功率的反饋信號。
專利摘要本實用新型公開了一種顯微觀察時維持樣品溫度恒定的裝置，該裝置包括柔性絕緣材料、加熱電熱絲、測溫熱電阻、數(shù)據(jù)采集模塊、通訊模塊，該裝置采用柔性絕緣材料包覆的電熱絲加熱，通過熱電阻傳感器采集柔性絕緣材料的溫度信號，溫度信號傳送給控制計算機形成負反饋，通過計算機反饋信號來控制維持樣品的溫度恒定。使用中，該裝置環(huán)繞樣品皿，通過和樣品皿換熱，來控制樣品皿中心樣品的溫度；該裝置可實現(xiàn)在25～100℃溫度范圍內(nèi)任一溫度恒定；該裝置可通過軟連接扣連接，以方便包裹樣品皿。
文檔編號G05D23/24GK203102052SQ20132004382
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者劉美蓉, 徐媛 申請人:中國科學院化學研究所