人工气候培养箱介绍

一、仪器定位与学术定义

托普云农智能人工气候培养箱（典型型号RTOP-Y系列、TP-R系列）是基于植物环境生理学与多回路PID闭环控制理论构建的立柜式受控环境模拟设备。仪器在气密保温箱体内对温度、相对湿度、光合有效辐射（光照强度/光质）及可选CO₂浓度实施独立或耦合的程序化调控，可在实验室空间内复现昼夜交替、季节更迭及气候胁迫（高温热害、低温冷害、高湿/干旱模拟），消除大田试验气候随机性导致的数据离散，为基因型—环境—表型（G×E）互作研究、种子质量检测及生物培养提供可重复、可溯源的标准化微环境基准。区别于仅控温/控光的恒温培养箱或光照培养箱，该设备具备主动加湿/除湿功能，属多参数协同调控的精密人工气候模拟平台。

二、系统硬件构成

围护保温结构：外壳为冷轧钢板静电喷塑，内胆为镜面不锈钢板（SUS304）配大圆角便于清洗消毒；夹层填充环戊烷聚氨酯发泡保温层以减小热传导，配备双层钢化玻璃内门（可不开门观察）与外门磁封条，维持气密性并降低开关门热湿扰动。

温湿度调控单元：由全封闭制冷压缩机、电子膨胀阀、辅助电加热管构成双向调温；湿度由超声波/电极式加湿器与风冷冷凝除湿组件配合工作，受电容式湿敏传感器闭环反馈，实现主动加湿与除湿双向控制。

光照系统：配置顶置或三面侧置全光谱/红蓝LED植物生长灯阵列，光照强度无级或分级可调，支持模拟自然晨昏渐变及不同纬度日总辐射量，部分型号可选配多波段（白/红/蓝/远红）光谱配比。

风场与新风采样：EC变频循环风机配合背部导流风道形成强制对流，消除箱内温度分层与湿度梯度；可选配新风换气系统按设定换气量引入过滤后室外空气并排出植物代谢副产物（如乙烯），维持箱内O₂/CO₂平衡。

传感与主控单元：Pt100铂电阻测温、电容式湿敏元件测湿、硅光电池或光量子传感器测光、可选NDIR CO₂传感器实时采样，各信号馈入微电脑控制器或PLC进行多回路运算与执行器驱动。

三、控制原理与工作逻辑

多回路PID闭环反馈：各环境因子由对应传感器实时采样并与程序设定值比较，经比例—积分—微分算法运算后输出PWM或模拟信号，动态调节压缩机变频、加热功率、加湿占空比、CO₂补气开度及风机转速，抑制稳态偏差并按预设时序渐变运行。

多段程序化环境编排：支持将全天划分为多段（通常可达99段），每段独立定义温度、湿度、光照、风速（及CO₂）参数，可模拟自然光周期、渐变晨昏、季节性温湿漂移及突发性气候胁迫；支持昼夜差异化设定与循环运行。

安全保护与掉电记忆：设硬件独立超温保护器与软件超温/传感器异常报警双重防护；遇断电可记忆运行参数与剩余时间，恢复供电后自动接续原程序运行（含时间自动补偿），防止长期培养样本因环境失控报废。

物联网远程监管：通过现场触摸屏、PC端及移动终端实现实时监控、历史数据曲线回放、报表导出及异常报警推送，满足科研记录可追溯性要求。

四、主要功能特性

1、7寸全彩LCD显示触控大屏：简化用户交互和控制，简单直观易用性强，高度符合人体工程学设计，使用者可平视屏幕进行操作。

2、不同光照方式，满足实验需求：箱体分为三面侧光照款和多层顶置光源款，三面均匀光照更适合植物生长，顶置光源更适合向光性植物长势均匀，LED灯珠分布均匀，全光谱照度，强度可精准无级调节。

3、可自由调节光照层数：顶置光源的箱体可任意调整LED灯板的层数，满足植物不同阶段的生长高度的需求。

4、进口压缩机，稳定可靠：稳定可靠能耗低，可节能不低于20%。

5、‌一体化加湿结构，节能省水：内置加湿装置，采用‌内循环通路设计，便捷补水确保设备长期稳定可靠运行。

6、新风系统：‌实现箱体内外气体的持续性对流交换，可手动开关或调节新风换气量，‌以满足个性化的空气流通需求。

7、风速可分档调控：内部循环风系统设计，‌支持‌30%至100%范围内进行风速的分档调节，支持不同程序段分别设定不同的风速值。

8、全景玻璃内门，守护箱内环境：大视野观察箱内试验情况，避免开门引起的温湿度大幅度波动，守护箱内环境。

9、大圆角内胆，美观易清洁：镜面不锈钢，四周大圆角设计，防腐耐用，美观易清洁，减少细菌污染几率。

10、抽拉式网架，方便易用：标配3层可抽拉网架，高度可根据用户实际情况进行调节，方便样品存取，支持层数定制。

11、多重锁定，保证样品安全：标配屏幕锁和电磁门锁，可设置密码开关箱门，确保试验样品安全。

12、多项安全保护功能：具有开门超时报警、温度超限报警、传感器故障报警、漏电保护、超温保护、压缩机过载保护、电流过载保护等功能，保证仪器和样品的安全。

13、紫外杀菌：设定时间自动结束杀菌功能。

14、多参数程序分段设定，满足各种实验需求：可进行时间、湿度、温度、照度、风速等梯度控制，模拟黑夜白昼等各种气候环境，满足植物生长的不同参数。

15、智能PID算法，控温精准可靠：箱体采用精密的传感器配合智能PID算法，精准控制温度波动度±0.5℃以内，湿度±5%RH以内，为实验提供稳定可靠的环境。

16、带掉电记忆，无需担心意外断电：断电后再次开机，可自动恢复原来的工作状态。

17、数据导出方式多样：数据可按需选择Excel和PDF格式，通过联网导出和USB数据接口导出，除试验数据还包含了试验类型、试验人员、备注信息等。

18、自带云平台，数据查看便捷：数据实时上传云平台，支持手机端、web端、公众号查看实时数据和历史数据，并可分析、下载、打印。通过网页端和手机APP端可随时远程设置箱体运行数值、查询数据、在线升级。

19、微信扫码，远程掌控实验情况：微信扫描主机程序设置完成后的二维码，无需注册账号即可在公众号远程随时关注箱内运行情况，接收实验数据、异常报警推送。

20、配套APP，随时查看发芽情况：通过图像识别，培养装置内可直接分析种子数量、发芽数，并对发芽情况进行精准标记，可在平台上随时查看数据列表。

21、OTA升级：利用有线网络、Wi-Fi等通信技术，实现设备自动从远程服务器获取和更新应用，提供了一种快速、方便的更新方式，降低了更新成本和维护难度。

五、典型应用领域

种子质量检验与发芽试验：依据GB/T 3543《农作物种子检验规程》及ISTA规范提供标准恒温恒湿光照发芽环境，用于作物及蔬菜种子发芽率、活力测定。

植物逆境生理与生态研究：高温/低温/干旱/高湿等单因子或多因子复合胁迫实验，解析植物抗逆机制与生理阈值。

作物遗传育种加代与育苗：水稻、小麦等作物反季节栽培与加代繁殖，缩短育种周期，开展品种适应性筛选。

微生物培养与BOD测定：细菌、霉菌等微生物分离培养及五日生化需氧量（BOD₅）测定中恒温恒湿环境维持。

昆虫饲养与药品稳定性考察：为特定昆虫提供适宜温湿光周期条件，或用于药品/材料的小规模环境老化试验。

六、设计与建造依据

产品设计参照JB/T《生化培养箱》《人工气候箱》相关行业标准技术要求，温度场均匀度、波动度及湿度控制指标满足GB/T 3543《农作物种子检验规程》发芽试验环境均一性要求及国家相关微生物检验标准规定，电气安全符合GB 4793《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求》，可选配第三方计量检定证书以满足实验室CMA/CNAS认可合规性。

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