(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211078396.2 (22)申请日 2022.09.05 (71)申请人 闽江学院 地址 350108 福建省福州市闽侯县溪 源宫 路200号 (72)发明人 杨丽娜　陈松彪　陈美莲　范绍斌　 (74)专利代理 机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 专利代理师 郭东亮　蔡学俊 (51)Int.Cl. C12M 1/34(2006.01) C12M 1/36(2006.01) C12M 1/04(2006.01) C12M 1/00(2006.01) C12Q 3/00(2006.01)A01G 9/14(2006.01) A01G 9/18(2006.01) A01G 9/24(2006.01) G05D 16/20(2006.01) (54)发明名称 二氧化碳培养箱及其浓度控制方法 (57)摘要 本发明提出二氧化碳培养箱及其浓度控制 方法， 培养箱包括控制器， 培养箱进气口与二氧 化碳气路、 空气气路、 平 衡气气路相通； 平衡气为 滤除二氧化碳的空气； 所述平衡气气路的气源为 与空气气路相通的气体处理装置； 气体处理装置 包括洗气容器和干燥容器； 从空气气路输入洗气 容器的空气， 在洗气容器内进行二氧化碳清除处 理， 然后通入干燥容器去除水分以形成平衡气； 所述二氧化碳气路、 空气气路、 平衡气气路处均 设有用于控制气路流量且与控制器相连的电磁 阀； 本发明将纯净二氧化碳气体、 空气以及滤除 二氧化碳的空气 （平衡气） 作为培养箱的气体输 入， 通过史密斯预估控制模块闭环控制对应的三 个电磁阀， 能实现2 00‑10000ppm范围内的二氧化 碳浓度精确控制。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115386474 A 2022.11.25 CN 115386474 A 1.一种二氧化碳培养箱， 其特征在于： 所述培养箱包括控制器 （21） ， 所述控制器 （21） 用 于根据第一传感器 （16） 、 第二传感器 （17） 与第三传感器 （23） 实时采集的二氧化碳浓度信 号， 控制第一电磁阀 （3） 、 第二电磁阀 （5） 与第三电磁阀 （6） 的开启与关闭， 以调整所述二氧 化碳培养箱的内部二氧化碳浓度； 所述培养箱进气口与二氧化碳气路、 空气气路、 平衡气气 路相通， 所述平衡气为滤除二氧化碳的空气， 所述平衡气气路的气源为与 空气气路相通的 气体处理装置； 所述气体处理装置包括洗气容器 （7） 和 干燥容器 （8） ； 所述从空气气路输入 洗气容器的空气， 在洗气容器内进行二氧化碳清除处理， 然后通入干燥容器去除水分以形 成平衡气； 所述二氧化碳气路、 空气气路、 平衡气气路处均设有用于控制气路流量且与控制 器相连的电磁阀。 2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳培养箱， 其特征在于： 所述二氧化碳气路包括依 次连接的第一进气管道 （12） 、 第一电磁阀 （3） 、 减压阀 （2） 、 二氧化碳气瓶 （1） ； 当第一电磁阀 导通时， 二氧化 碳气瓶向培 养箱输入高压纯 净的二氧化 碳气体； 所述空气气路包括依次连接的第二进气管道 （13） 、 第二电磁阀 （5） 和气泵 （4） ； 当第二 电磁阀导 通后， 气泵向培 养箱输入外 部空气； 所述平衡气气 路包括依次连接的第三进气管道 （14） 、 第三电磁阀 （6） 、 单向阀 （9） 、 气体 处理装置； 所述单向阀位于气体处理装置的输出端处以防止气体逆流； 当第三电磁阀导通 后， 气泵向洗气容器输入外 部空气， 以使气体处 理装置生成平衡气并输入培 养箱。 3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳培养箱， 其特征在于： 所述培养箱包括连接器、 进气口 （11） 和出气口 （18） ； 连接器 （10） 的一个端口与进气口相通， 连接器的其余端口还分 别与第一进气管道、 第二进气管道、 第三进气管道相通； 所述培养箱顶部 设有用于 混合箱内 气体的风扇 （15） ； 所述出气口处设有用于调节培养箱内气体输出的速率的手动比例调节 阀； 所述控制器与触摸显示屏 （2 2） 相连。 4.根据权利要求2所述的一种二氧化碳培养箱， 其特征在于： 所述控制器与培养箱内的 第一传感器 （16） 、 第二传感器 （17） 相连以实时检测箱内二氧化碳浓度并判定箱内二氧化碳 的混合均匀度， 还与气泵进气口处的第三传感器 （23） 相连以实时检测空气气路向培养箱输 入空气的二氧化 碳浓度； 所述控制器根据第一传感器、 第 二传感器、 第 三传感器的检测数据来控制第 一电磁阀、 第二电磁阀和第三电磁阀， 以对培 养箱内二氧化 碳气体浓度进行控制。 5.根据权利要求2所述的一种二氧化碳培养箱， 其特征在于： 所述洗气容器内贮有用于 吸收二氧化碳的NaOH溶液； 洗气容器的进气管出口为多孔结构并浸没于NaOH溶液中； 所述 干燥容器填充CaO晶体。 6.浓度可控的二氧化碳培养箱的控制方法， 使用权利要求1 ‑5中的培养箱， 其特征在 于： 所述控制方法包括以下内容； 方法A、 初始时， 首先通过控制器， 设定培养箱内部所需的二氧化碳浓度C1； 其次在每个 控制周期开始 时， 以控制器获取第一传感器和第二传感器的检测数值， 并求取得到两个传 感器的二氧化碳浓度平均值C2作为箱内当前二氧化碳气体浓度， 同时获取第三传感器的二 氧化碳浓度数值C3； 然后控制器通过比对C1、 C2和C3的数值， 确定相应的控制方案来控制第 一电磁阀、 第二电磁阀、 第三电磁阀； 方法B、 当设定值C1大于等于外界空气的二氧化碳浓度C3时， 此时通过注入自然空气或权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115386474 A 2者纯净二氧化碳来提高箱内二 氧化碳浓度； 注入过程中， 当设定值C1比箱内浓度平均值C2高 且差值在100ppm以上时， 通过控制第一电磁阀注入纯净二氧化碳来快速提高箱 内浓度； 否 则通过开启第二电磁阀注入外部空气， 或是开启第三电磁阀注入平衡气， 来提高或降低箱 内二氧化 碳浓度， 使其稳定在设定值； 方法C、 当设定值C1小于外界空气的二氧化碳浓度C3时， 此时通过注入 自然空气或者不 含二氧化碳的空气来降低箱内二氧化碳浓度； 注 入过程中， 当箱内浓度平均值C2比设定值C1 高且差值100ppm以上时， 通过控制第三电磁阀注入平衡气来更快降低箱 内浓度； 否者通过 开启第一电磁阀注入二氧化碳， 或是开启第二电磁阀注入外部空气， 来提高或降低箱内二 氧化碳浓度， 使其稳定在设定值。 7.根据权利要求6所述的浓度 可控的二氧化碳培养箱的控制方法， 其特征在于： 所述控 制器在确定完需要控制的电磁阀后， 将设定值C1和浓度平均值C2输入到史密斯预估控制模 块中， 计算得出相应电磁阀的导通时间； 所述史密斯预估控制模块为在传统PI控制器的两 端引入一个史密斯预估器， 与PI控制器一起构成史密斯预估控制模块， 用于补偿从电磁阀 导通输入气 体到箱内气 体混合均匀的滞后对二氧化碳浓度调节形成的误差， 以加快调节速 度； 最后， 所述控制器根据导通时间控制电磁阀动作， 通过三个进气管道注入不同二氧化碳 浓度的气体， 进 而调节箱内的二氧化 碳浓度， 然后等待下一个控制周期的到来。 8.根据权利要求7 所述的浓度可控的二氧化 碳培养箱的控制方法， 其特 征在于： 所述第一电磁阀、 第二电磁阀、 第三电磁阀均为 通断型电磁阀。 9.根据权利要求7所述的浓度 可控的二氧化碳培养箱的控制方法， 其特征在于： 当二氧 化碳气瓶内的二氧化碳经减压阀减压后 气压仍偏高时， 采用以下方法来 继续减压， 即： 在控 制第一电磁阀时， 控制周期根据固定导通间隔划分成多个时段， 史密斯预估控制模块计算 得到的导通时间被转化成相 应的时段数， 使第一电磁阀仅在这些时段内导通固定的时长， 以少量并多频次地向培养箱输出二氧化碳气 体来减小气压； 在计算的导通时间之外的剩余 关断时间内， 第一电磁阀会保持在关断状态。 10.根据权利要求9所述的浓度可控的二氧化碳培养箱的控制方法， 其特征在于： 所述 控制器的人机交互界面包括触摸显示屏， 当在不同时段需要不同二氧化碳气体浓度时， 通 过触摸显示屏输入设定曲线， 所述控制器根据该曲线实时调控 所述第一电磁阀 （3） 、 第二电 磁阀 （5） 与第三电磁阀 （6） ， 使得箱内二氧化 碳浓度根据设定曲线变化。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115386474 A 3