[发明专利]独立换气笼的流量及笼盒对外压差测量方法、控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验用啮齿类动物的养殖系统，特别属于一种独立换气笼内的控制系统、控制方法，以及在控制系统和方法中涉及的流量测量方法，可控制实验用啮齿类动物所生活空间的换气量、对外压差以及空气洁净度等指标。

背景技术

目前在生物、药品等领域的研发和生产过程中，普遍需要进行动物实验，由于进行试验的动物必须在无菌环境中饲养，所以就出现了独立换气笼（IVC）系统。这种系统主要由笼盒、笼架、送排风装置（主机）、送风管道和排风管道组成，所述笼盒依次排列在笼架上，每个笼盒上的进风口与送风管道相连接，每个笼盒上的出风口与排风管道相连接。送排风装置主要由控制单元、进风机、排风机、过滤器、进风箱和排风箱组成，所述进风箱设于进风机和送风管道之间，所述排风箱与排风管道、出风管道连通，排风机设于排风箱中。所述控制单元包括传感器和单片机，其中传感器通常包括压差传感器、流量传感器等。

现有空气流量的测量基本上有两种方式，第一种是在空气管路的入口处或出口处的管道上设置空气流量传感器测量空气流量，第二种是用皮托管或热线式传感器在入口和出口方向的管道面上测量空气流速，这两种方式均能实现对空气流量的测量，但是在实际运用过程中都有各自的缺陷。

第一种方式中，市场上现有的空气流量传感器分为两种，一种是针对天然气、蒸汽等大流量高流速高压力的工业空气测量用传感器，此类传感器多由防爆金属体构成，结构笨重，一般固定安装在工业管道上，不能轻易移动，一种是微流量传感器，此类传感器通径较小，一般用于仪器仪表的小流量测量，范围在10m³以内。对于除了前面两种测试对象以外的流体进行测量，如较大的通径、较小的流量流速等，市场上很难找到合适的传感器。

第二种方式中，由于传感器只能测量管道断面上某个点的流速，因此为了准确地进行流量的测量，一般要求气流稳定，同时需要在断面上设置多个点进行测量，并将多个点的流速值累加后平均，得到某个断面的平均流速再乘面积得到流量。对于固定安装的此类传感器，安装精度要求很高，同时也无法避免因为气流扰流所带来的数值不稳定，需要在后期的电路或程序里再进行处理的缺陷。

此外，目前的IVC系统在运行时，各种传感器（包括压差传感器、风速传感器、温度传感器、湿度传感器等）检测笼盒内的各项参数，然后将采集到的信息传输至单片机并在系统的显示装置上进行显示。由于系统中的风机采用开环控制模式，所以养殖现场需要工作人员实时监控，当由于过滤器阻塞造成的进风条件发生变化时，需要工作人员根据实际情况改变进风机的工作状态，从而对笼盒进行换风量调整，使IVC系统中各笼盒内的环境保持实验需求设定的压力和换风量值，否则会导致笼盒内的试验动物生病或死亡，因此还系统的运行需要耗费大量的人力和时间，且存在较大的风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种独立换气笼内的流量测量方法，在不安装任何流量传感器或流速传感器的情况下，可以通过出入口的压差来测量独立换气笼封闭空气交换管路内的空气流量。

此外，本发明还提供一种独立换气笼的控制系统及控制方法，整体结构轻巧，易于加工，降低成本，而且可以根据变化的外部条件自动调整风机的运行状态，保证笼盒内的空气指标维持在需要范围内。

为解决上述技术问题，本发明提供的独立换气笼的控制系统，所述独立换气笼包括笼架、笼盒、送风管道、排风管道，所述系统包括机箱、进风机、进风箱、排风机、排风箱、初级过滤器、二级过滤器、显示单元和控制单元；

所述机箱采用塑料材质，且进风机、进风箱、排风机、排风箱、初级过滤器、二级过滤器和控制单元都位于机箱内；

所述机箱上设有进气口，该进气口的内侧设有初级过滤器；

所述进风箱位于机箱的底部，所述二级过滤器位于进风箱的上方，所述进风机设于二级过滤器的上方，所述进风机的出风口通过二级过滤器与进风箱的进风口相通，所述进风箱的出风口与送风管道相连通；

所述排风箱位于机箱的顶部，所述排风机位于排风箱内，所述排风箱的进风口与排风管道相连通，排风口通过管路与外界相通；

所述控制单元包括压差传感器、控制器、进风机电机和排风机电机，其中压差传感器、排风机电机和进风机电机均与控制器相连，所述压差传感器的输入端分别通过连接管与进风箱、排风箱相连，所述控制器接收压差传感器采集的信号并根据该压差信号计算独立换气笼内的空气流量，分别通过进风机电机和排风机电机控制进风机和排风机的运行状态，使笼盒的对外压差以及笼盒的换气量保持在设定范围内。