渗透压仪设计方法

　　渗透压仪是一种辅助检测的科研工具，检测人体、动物体、植物体的渗透压。渗透压仪弥补了传统检测方法的不足，具有体积小、精度高、重复性好、操作简便等优点。在医药、生物和食品卫生等领域具有广阔的应用前景。

渗透压仪设计技术方案

　　渗透压仪可分为机械结构和控制电路两部分，仪器整体是一个典型的机电一体化装置，整个系统的设计遵循机电一体化系统设计原则。其中，机械结构部分包括一套探针搅拌机构、两套制冷机构和两套传动及定位机构。控制电路部分包括供电电路、单片机电路、通信电路、传动控制电路、制冷控制电路、高精度温度检测电路、按键及显示电路等，控制电路结构如下图所示。

　　①渗透压仪采用AC220V供电，通过内部的供电电路，转换成+5V，±15V，+12V等控制电源供仪器使用;

　　②单片机选用STC12C芯片，实现键盘读入、LCD显示、高精度温度测量、制冷和传动控制等功能。STC12C是一款gao效微控制器，内部集成了10位ADC模块，转换速度可达250K/S，具有技术成熟可靠、灵活方便、价格低廉等优点，其软硬件资源可以满足设计要求;

　　③溶液冰点温度测量采用负温度系数热敏电阻SP60A实现。该型号的热敏电阻采用玻璃封装形式，能够实现液体温度的高精度测量，误差为±5%;

　　④半导体制冷元件采用单级温差电制冷组件TEC1-12706设计，该组件采用+12V供电，配合NTC温度传感器实现对样品和探针的制冷控制;

　　⑤渗透压仪还设计有按键、液晶显示、EEPROM存储等电路，用于完成标定和测量参数显示等功能。

渗透压仪.jpg

渗透压仪的设计方法

　　1、渗透压仪机械结构设计

　　渗透压仪的机械结构主要包括3部分(如下图所示)。

　　①探针搅拌机构

　　由直流电动机、曲柄滑块机构和探针组成，该机构利用电机转动，带动探针做上下直线运动，从而实现对溶液的搅动并触发其立刻结晶。

　　②制冷机构

　　渗透压仪有两套制冷机构，分别负责对被测溶液和探针的制冷控制。每套制冷机构包括制冷半导体、制冷铜块、温度传感器和绝热填充材料等。

　　③传动和定位机构

　　渗透压仪有两套传动和定位机构，分别负责对制冷机构的平移控制和探针搅拌机构的升降控制。每套传动和定位机构由直流电动机、齿形带传动机构、光耦开关等组成。

　　2、渗透压仪关键电路设计

　　①冰点温度检测电路

　　溶液冰点温度的检测由NTC温度传感器SP60A完成。渗透压仪检测电路如下图所示。NTC插入样品，与被测溶液充分接触，当溶液温度发生变化时，NTC的阻值也随之变化，利用图中所示的电路可以测得阻值的变化，从而测得溶液温度。根据结冰曲线，可以分析出溶液的冰点温度。

　　②传动控制电路

　　传动控制电路是设计的重要组成部分，是整个电路系统的一个有机整体。渗透压仪中有2套传动机构，分别由2个12V供电的直流电机控制，实现制冷机构的平移控制和探针机构的升降控制。电机控制由LMD18200完成。电机控制电路原理如下图所示，LMD18200所接收的转向信号由单片机的P1.1输出，而PWM信号由P1.2模拟输出，实现直流电动机的转速和转向控制，进而实现对传动系统的控制。

　　③制冷控制电路

　　渗透压仪在工作过程中，探针和被测溶液需要通过半导体制冷使其达到规定的温度范围。渗透压仪中半导体制冷元件采用单级温差电制冷组件TEC1-12706设计，该组件采用+12V供电，配合NTC温度传感器实现对样品和探针的制冷控制，电路图如下图所示。当P2.1为低电平时，Q1导通，制冷半导体得电，开始制冷;当温度达到规定值时，P2.1变为高电平，Q1截止，制冷半导体失电，停止制冷。