一种用于调节恒温容器液位的补水装置及实验仪器的制作方法

本实用新型涉及恒温实验技术领域，特别是涉及一种用于调节恒温容器液位的补水装置及实验仪器。

背景技术：

生化反应通常需要在恒温的条件下进行，在进行实验时一般利用水浴锅或者磁力搅拌器实现恒温水的环境，但是当反应时间较长时，水在恒温过程中会逐渐蒸发，如果作业人员没有及时向加热容器内补水，可能会发生干烧的情况，这样不仅会使反应物的质量受到影响，而且还会不可避免地损坏实验仪器，甚至引发火灾事故。

如图1和图2所示，现有的一种可自动注水并防干烧的恒温加热磁力搅拌器，主要包括加热容器01、水泵02、主机箱03和水箱04，水泵02的进水口和出水口分别通过管路与水箱04和固定于主机箱03上的加热容器01连接，加热容器01内设置有固定于侧壁上的支撑架011以及通过铰接球012连接于支撑架011的连接杆013，连接杆013的一端连接有可浮于加热容器01内的液面上的空心浮球014，另一端设置有第一电触片015，当加热容器01内的液面接近加热管017时，第一电触片015会与固定在加热容器01侧壁上的第二电触片016接触，此时，通过导线与第二电触片016连接的水泵02开始驱动水箱04中的水通过管路进入到加热容器01中，使空心浮球014的位置上升，当加热容器01内的液面再次浸没加热管017时，第一电触片015和第二电触片 016会自动分离，通路被切断，水泵02停止工作，从而完成自动注水过程。

上述磁力搅拌器存在的缺陷在于，空心浮球014和连接杆013都设置在加热容器01内，占用了本就紧张的加热容器01内部空间；加热容器01内的液面会在一定范围内变化，由于生化反应对温度变化较为敏感，液面的变化会影响反应物的受热面积和受热均匀性，从而影响实验精度。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种用于调节恒温容器液位的补水装置以及实验仪器，以提高对恒温容器液位控制的精确度，同时还可以减小对恒温容器内部空间的影响。

本实用新型实施例提供了一种用于保持恒温容器液位的补水装置，包括用于暂存补充水的壳体，以及真空泵、第一管路、第二管路以及控制装置，其中：

所述壳体内设置有用于检测壳体水位的水位检测装置；

所述真空泵的抽气口与所述壳体连通；

所述第一管路上设置有电磁阀，且所述第一管路的一端与所述壳体的底部连通，另一端伸入恒温容器内；

所述第二管路的一端与所述壳体的底部连通，另一端伸入补水槽内；

所述控制装置分别与所述水位检测装置、真空泵和电磁阀连接，用于当壳体水位降低至第一水位时，控制所述真空泵开启、电磁阀关闭，以及当壳体水位升高至第二水位时，控制所述真空泵关闭、电磁阀开启。

可选的，所述水位检测装置包括设置于壳体内的套管和一端固定有磁铁、另一端固定有可浮于水面的浮球的传动杆，所述传动杆固定有磁铁的一端通过所述套管的下端开口伸入所述套管内，所述套管的上端通过所述壳体顶部的开孔与所述真空泵的抽气口连接，所述套管的外壁设置有能够在所述磁铁靠近时关闭的高位磁性开关和低位磁性开关；当壳体水位变化时，所述磁铁在所述套管内上下移动，所述控制装置分别与所述高位磁性开关和低位磁性开关连接，用于当所述低位磁性开关关闭时，确定壳体水位降低至第一水位，以及当所述高位磁性开关关闭时，确定壳体水位升高至第二水位。

优选的，所述控制装置包括电源以及并联于所述电源的正负极两端的第一继电器和第二继电器，所述低位磁性开关与所述第一继电器串联，所述第一继电器的第一常开触点和第二继电器的常闭触点串联后与所述低位磁性开关并联，所述第一继电器的第二常开触点与并联后的电磁阀和真空泵串联；所述高位磁性开关与所述第二继电器串联，所述第二继电器的常开触点和第一继电器的常闭触点串联后与所述高位磁性开关并联。

进一步，所述补水装置还包括与所述低位磁性开关并联的轻触开关。

优选的，所述壳体内设置有与所述壳体的内壁连接且抵接于所述套管的下端的固定板，所述固定板与所述传动杆相对的位置开设有允许所述传动杆穿过的穿过孔。

可选的，所述高位磁性开关为干簧管；和/或，所述低位磁性开关为干簧管。

可选的，所述水位检测装置为水位计。

采用本实用新型实施例技术方案，密闭的壳体和第一管路、第二管路组成的装置可等效于虹吸管，当壳体水位降低至第一水位时，真空泵开始向壳体外部抽气，壳体内部气体减少，压力降低，补水槽内的水通过第二管路进入至壳体内；当壳体水位升高至第二水位时，真空泵关闭、电磁阀开启，此时若恒温容器内的水位由于水分蒸发而低于补水槽内的水位，根据虹吸原理，第一管路中的压强小于第二管路中的压强，壳体内的水则会通过第一管路流入恒温容器中，同时补水槽内会有同样体积的水通过第二管路进入至壳体内，直至恒温容器内的水位与补水槽内的水位相同；随着反应时间的增加，伸入恒温容器的第一管路内的水温会升高，使溶解于水中的空气逸出，逸出的空气会顺着第一管路上移进入壳体内，导致壳体水位下降，当壳体水位降低至第一水位时，真空泵再次启动，使该补水装置重复上述工作过程。在此过程中，恒温容器内由于蒸发损失的水分可通过该补水装置源源不断地补充，使恒温容器内的水位维持稳定，并且只需将第一管路插入至恒温容器内即可实现，因此该方案提高了对恒温容器液位控制的精确度，同时减小了对恒温容器内部空间的影响；此外，该补水装置可与不同的恒温容器随意组合，应用范围较广，并且采用该方案无需对每个恒温容器均进行改造，有利于降低成本。

本实用新型实施例还提供了一种实验仪器，包括前述任一技术方案所述的用于保持恒温容器液位的补水装置，以及恒温容器和补水槽，所述补水装置通过第一管路与所述恒温容器连通，通过第二管路与所述补水槽连通。采用该实验仪器，可以提高对恒温容器液位控制的精确度，同时减小对恒温容器内部空间的影响。

优选的，所述补水槽具有位于顶部的进水口和位于侧壁用于保持液位的排水口，所述实验仪器还包括水箱和水泵，所述水泵的入水口与所述水箱连接，所述水泵的出水口与所述补水槽的进水口连接。

优选的，所述实验仪器还包括用于承载所述补水槽的升降平台。

附图说明

图1为现有技术恒温加热磁力搅拌器的结构示意图；

图2为现有技术加热容器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例补水装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例实验仪器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例控制装置的结构示意图；

图6为普通虹吸装置的结构示意图。

附图标记：

现有技术部分：

01-加热容器 02-水泵 03-主机箱 04-水箱

011-支撑架 012-铰接球 013-连接杆 014-空心浮球

015-第一电触片 016-第二电触片 017-加热管

本实用新型实施例部分：

10-壳体 20-真空泵 30-第一管路 40-第二管路

50-控制装置 11-水位监测装置 31-电磁阀 60-恒温容器

70-补水槽 12-套管 13-磁铁 14-浮球 15-传动杆

16-高位磁性开关 17-低位磁性开关 51-第一继电器

52-第二继电器 53-第一继电器的第一常开触点

54-第一继电器的第二常开触点 55-第二继电器的常闭触点

56-第二继电器的常开触点 57-第一继电器的常闭触点

58-轻触开关 18-固定板 19-穿过孔 71-进水口

72-排水口 80-升降平台 90-加热容器 91-定位补水槽

92-虹吸管

具体实施方式

为了提高对恒温容器液位控制的精确度，同时减小对恒温容器内部空间的影响，本实用新型实施例提供了一种用于调节恒温容器液位的补水装置以及实验仪器。为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图3和图4所示，本实用新型实施例提供的用于保持恒温容器液位的补水装置，包括用于暂存补充水的壳体10，以及真空泵20、第一管路30、第二管路40以及控制装置，其中：

壳体10内设置有用于检测壳体水位的水位检测装置11；

真空泵20的抽气口与壳体10连通；

第一管路30上设置有电磁阀31，且第一管路30的一端与壳体10的底部连通，另一端伸入恒温容器60内；

第二管路40的一端与壳体10的底部连通，另一端伸入补水槽70内；

控制装置分别与水位检测装置11、真空泵20和电磁阀31连接，用于当壳体水位降低至第一水位时，控制真空泵20开启、电磁阀31关闭，以及当壳体水位升高至第二水位时，控制真空泵20关闭、电磁阀31开启。

采用本实用新型实施例技术方案，密闭的壳体10和第一管路30、第二管路40组成的装置可等效于虹吸管，当壳体水位降低至第一水位时，真空泵20 开始向壳体10外部抽气，壳体10内部气体减少，压力降低，补水槽70内的水通过第二管路40进入至壳体10内；当壳体水位升高至第二水位时，真空泵 20关闭、电磁阀31开启，虹吸管开始工作，此时若恒温容器60内的水位由于水分蒸发而低于补水槽70内的水位，根据虹吸原理，第一管路30中的压强小于第二管路40中的压强，壳体10内的水则会通过第一管路30流入恒温容器 60中，同时补水槽70内会有同样体积的水通过第二管路40进入至壳体10内，直至恒温容器60内的水位与补水槽70内的水位相同；随着反应时间的增加，伸入恒温容器60的第一管路30内的水温会升高，使溶解于水中的空气逸出，逸出的空气会顺着第一管路30上移进入壳体10内，导致壳体水位下降，当壳体水位降低至第一水位时，真空泵20再次启动，使该补水装置重复上述工作过程。在此过程中，恒温容器60内由于蒸发损失的水分可通过该补水装置源源不断地补充，使恒温容器60内的水位维持稳定，并且只需将第一管路30插入至恒温容器60内即可实现，因此该方案提高了对恒温容器60液位控制的精确度，同时减小了对恒温容器60内部空间的影响；此外，该补水装置可与不同的恒温容器随意组合，应用范围较广，并且采用该方案无需对每个恒温容器均进行改造，有利于降低成本。

其中，第一水位和第二水位的具体高度不限，可根据壳体10的容积等参数条件进行确定，在此不作赘述。真空泵20的具体类型不限，优选采用流速为4L/min的微型真空泵，以尽量减少抽气时间，从而减少虹吸中断时间，进一步提高对恒温容器液位控制的精确度。

请继续参考图4所示，在本实用新型的一个优选实施例中，水位检测装置11包括设置于壳体10内的套管12和一端固定有磁铁13、另一端固定有可浮于水面的浮球14的传动杆15，传动杆15固定有磁铁13的一端通过套管12 的下端开口伸入套管12内，套管12的上端通过壳体10顶部的开孔与真空泵 20的抽气口连接，套管12的外壁设置有能够在磁铁13靠近时关闭的高位磁性开关16和低位磁性17开关；当壳体水位变化时，磁铁13在套管12内上下移动，控制装置分别与高位磁性开关16和低位磁性开关17连接，用于当低位磁性开关17关闭时，确定壳体水位降低至第一水位，以及当高位磁性开关16关闭时，确定壳体水位升高至第二水位。

采用该技术方案，当壳体水位变化时，浮球14的漂浮高度也相应的变化，从而带动传动杆15另一端的磁铁13在套管12内上下移动，高位磁性开关16 和低位磁性开关17会在磁铁13经过时由于外加磁场的作用而关闭，以此可确定壳体水位，进而控制真空泵20和电磁阀31的启闭操作，该方案可以较为直观且精确地检测壳体水位。其中，高位磁性开关16和低位磁性开关17的具体类型不限，优选采用干簧管，由于干簧管的金属簧片被封装于玻璃管中，可以减少由于水蒸气的影响产生的故障，提高了该补水装置的工作可靠性。

如图4和图5所示，控制装置包括电源以及并联于电源的正负极两端的第一继电器51和第二继电器52，低位磁性开关17与第一继电器51串联，第一继电器的第一常开触点53和第二继电器的常闭触点55串联后与低位磁性开关 17并联，第一继电器的第二常开触点54与并联后的电磁阀31和真空泵20串联；高位磁性开关16与第二继电器52串联，第二继电器的常开触点56和第一继电器的常闭触点57串联后与高位磁性开关16并联。

在本实用新型实施例中，第一继电器51和第二继电器52均为常开继电器，电磁阀31为常开电磁阀，通过上述电路连接，第一继电器51和第二继电器52 均可实现自锁同时也可实现两者之间的互锁。

当壳体水位降低至第一水位时，低位磁性开关17关闭，第一继电器51得电，第一继电器的第一常开触点53和第二常开触点54闭合，此时第一继电器 51自锁处于通电状态，真空泵20开启、电磁阀31关闭，补水槽70内的水通过第二管路40进入至壳体10内；

在壳体水位上升过程中，尽管低位磁性开关17已经打开，但由于第一继电器51仍处于自锁状态，控制装置不发生动作；

当壳体水位升高至第二水位时，高位磁性开关16关闭，第二继电器52得电，第二继电器的常开触点56闭合，常闭触点55断开，此时第二继电器52 自锁处于通电状态，第一继电器51失电，第一继电器的第二常开触点54断开，真空泵关闭20、电磁阀31开启，此时若恒温容器60内的水位由于水分蒸发而低于补水槽70内的水位，壳体10内的水则会通过第一管路30流入恒温容器 60中，同时补水槽70内会有同样体积的水通过第二管路40进入至壳体10内，直至恒温容器60内的水位与补水槽70内的水位相同；

随着反应时间的增加，伸入恒温容器60的第一管路30内的水温会升高，使溶解于水中的空气逸出，逸出的空气会顺着第一管路30上移进入壳体10内，导致壳体水位下降，在壳体水位下降过程中，尽管高位磁性开关16已经打开，但由于第二继电器52仍处于自锁状态，控制装置不发生动作，直至壳体水位再次降低至第一水位。

进一步，补水装置还包括与低位磁性开关17并联的轻触开关58。这样，当壳体10中没有水，即壳体水位低于第一水位时，工作人员可通过操作该轻触开关17使第一继电器51得电，从而控制真空泵20开启，使补水槽70内的水通过第二管路40进入至壳体10内，因此该方案提高了补水装置的工作可靠性。

如图4所示，壳体10内设置有与壳体10的内壁连接且抵接于套管12的下端的固定板18，固定板18与传动杆15相对的位置开设有允许传动杆15穿过的穿过孔19。固定板18可为传动杆15的上下移动提供导向作用，并且利用固定板18可将壳体10的内部空间分隔为上下两部分，真空泵20通过套管12 可直接抽取壳体10的下部空间的空气，使壳体的下部空间压力快速降低，提高了补水槽70向壳体10内的注水效率。

在本实用新型的其它实施例中，可以直接利用水位计作为水位检测装置，结构较为简单。

如图4所示，本实用新型实施例还提供了一种实验仪器，包括前述任一技术方案的用于保持恒温容器液位的补水装置，以及恒温容器60和补水槽70，补水装置通过第一管路30与恒温容器60连通，通过第二管路40与补水槽70 连通。采用该实验仪器，可以提高对恒温容器60液位控制的精确度，同时减小对恒温容器60内部空间的影响。

优选的，补水槽70具有位于顶部的进水口71和位于侧壁用于保持液位的排水口72，实验仪器还包括水箱和水泵，水泵的入水口与水箱连接，水泵的出水口与补水槽70的进水口71连接。这样，水泵可以源源不断地将水箱中的水泵入补水槽70中，使补水槽70中的水位始终维持在排水口72处，进而维持恒温容器60内的水位。由补水槽70的排水口72排出的水可通过管路回收至水箱中，以避免浪费水资源，此外，还可以根据实际使用中恒温容器的蒸发速度来调节水泵抽水速度，以进一步节省能源。

为了满足不同实验时对恒温容器60内的水位高度需要求的不同，优选的，实验仪器还包括用于承载补水槽70的升降平台80，这样，根据实际情况，通过调节升降平台80的高度可以调节补水槽70内的水位高度，进而调节恒温容器60内的水位高度。

如图6所示，普通的虹吸装置包括加热容器90、定位补水槽91和虹吸管 92，虹吸管92的两端分别伸入加热容器90和定位补水槽91中。对于普通的虹吸装置，当虹吸管92伸入加热容器91的一端内的水温升高时，逸出的空气会顺着管路上移直至移动到虹吸管92的最高点，随着时间的推移，此处聚集的空气越来越多，到一定程度时，虹吸现象将中断。而利用本实用新型实施例提供的补水装置，逸出的空气会移动至壳体内而不会对虹吸现象造成影响。

在实现本实用新型的过程中，发明人将补水装置与普通的虹吸装置对不同温度下对水位的稳定能力进行了对比实验。为保证实验的准确性，虹吸装置的虹吸管与本实用新型实施例补水装置中的第一管路和第二管路的材质、内径均相同。在实验过程中，分别调节恒温容器和加热容器内的水温，对于普通的虹吸装置，当加热容器内的水位低于定位补水槽内的水位达到1cm时，及判定虹吸现象中断，本实用新型实施例的补水装置考察时间为24小时，实验结果如下表。

表1补水装置与普通虹吸装置对水位的有效控制时间对比

以上实验结果表明，本实用新型实施例提供的补水装置能够有效地避免由于第一管路内逸出空气对虹吸作用的影响，进而减小对恒温容器内水位的影响，能够对不同温度下的恒温容器内的液位精确控制。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。