藥液加溫裝置中溫控元件的選擇與應用

在現代畜牧業生產和動物醫療過程中，隨著獸醫診療水平的提高，藥物治療的精準性和動物福利正受到越來越多的關注，在靜脈注射過程中，藥液溫度過低可能引發動物的不良反應，如血管痙攣、局部疼痛、注射抗拒等問題，嚴重時還會影響藥物吸收與治療效果，開展藥液加溫裝置的研究與開發具有重要的實用價值。

1動物用藥液加溫保溫器的功能需求分析

第一，快速、安全地升溫與精準恒溫功能。動物靜脈注射的黃金溫區一般要求與體溫接近（ ），加溫保溫器必須具備在 3～5min 內將 50～100mL 藥液由室溫快速升至目標溫度的能力，并在整個輸注期間將波動控制在 以內，對高寒牧區或夜間戶外場景需保證在 .10^°C 環境中啟動后不因低溫而性能衰減，為避免局部過熱導致有效成分失活或產生熱痛反應，溫控回路應采用閉環反饋 + 多點采樣校準，配合軟啟動限流和梯度升溫策略，實現“快而不沖”“穩而不滯”的溫度管理，集成雙路超溫斷電與聲光報警，確保任何單點失效都不會把藥液加熱到危險閾值以上[]。

第二，適配多種注射器具與使用場景的結構功能。牧場日常用藥既包含一次性注射器，也包含輸液袋、連續泵輸管路及針筒推注裝置，因此加溫器需要“多接口、一體化”設計：主體腔體兼容 5～60mL 針筒、 250～500mL 輸液瓶（袋）及 3～6mm 輸液管，配備可拆卸硅膠加熱套或柔性發熱膜，保證熱量均勻包覆。考慮到畜舍塵土、藥液滲漏和消毒要求，外殼應使用耐腐蝕ABS + 食品級硅膠密封圈，防護等級不低于IP54，可酒精噴淋或高溫蒸汽消毒。重量宜控制在 _≤800g ，單手即可懸掛在輸液架或獸醫腰帶上，電源支持AC/DC雙模和移動電源Type-C直充，滿足室內診療與田間放牧兩種供電場景。

第三，智能交互與多重安全保障功能。為減輕一線獸醫操作負擔，設備應采用“一鍵預設 + 多模式”人機界面，OLED屏實時顯示藥液溫度、剩余電量與工作模式，內置藍牙或LoRa通訊模塊可將溫度曲線同步至手機App，便于遠程監控批量治療過程，系統須具備掉電記憶與日志追蹤，自動記錄每批藥液的加溫時間、溫度平臺和報警情況以便追溯用藥質量，除傳統溫度上限保護外還應加入空載檢測、防干燒邏輯與傾倒斷電功能，防止加熱片在無藥液或設備翻倒時持續輸出功率[2]。

2藥液加溫裝置中溫控元件的選擇與應用

2.1常見溫控元件類型及工作原理

藥液加溫裝置中溫控元件的選擇與應用需要明確能夠滿足藥液快速升溫與恒溫需求的傳感一控制一體化元件類型[3。目前應用最廣泛的溫控元件可歸納為五類。一是NTC/PTC熱敏電阻：其阻值隨溫度變化呈單調曲線，利用分壓或橋式電路即可實時采樣，特點是體積小、成本低、熱慣量小，適合嵌入輸液管或針筒夾層。二是鉑電阻：以金屬鉑的電阻隨溫度線性增大為基礎，通過三線或四線補償提高測量精度可實現 ±0.1 （204號 C 控溫，常用于需要高精度和長期穩定性的加溫槽。三是熱電偶：依靠兩種異質金屬導體形成的塞貝克效應輸出毫伏級電勢差，量程寬達一200～500^°C ，響應時間快，但低溫段靈敏度略低，需冷端補償電路。四是數字集成溫度傳感器：內部集成A-∑ADC與校準存儲可直接輸出數字信號，抗干擾能力強，便于MCU總線級聯，適合便攜式無線加溫設備。五是紅外非接觸式溫度探頭：通過探測目標表面的紅外輻射換算溫度，避免探頭與藥液直接接觸、防交叉污染，配合上述傳感元件的執行層通常選用柔性石墨烯發熱膜、薄片電阻絲或固態繼電器驅動的電熱片，再由MCU+PID算法閉環調節，從而構成“檢測—計算一加熱”完整溫控鏈路。

2.2各類溫控元件的性能對比與適用性分析

從精度、響應、環境適應性和系統成本四個維度進行綜合評價。NTC/PTC熱敏電阻熱慣量最小，升溫曲線追隨性好，適合一次性針筒或小劑量推注，但其非線性特征需要軟件分段校正，高溫老化后漂移略大。鉑電阻PT100具有最優線性與重復性，在 0～100^°C 范圍內誤差可控制在 ±0.1C ，非常契合大容量溶液恒溫泵和連續輸液加溫盒，但探頭造價與配套恒流源成本相對較高。熱電偶以寬量程和0.1s級響應見長，面對-20 C 低溫倉儲藥液到 40°C 體溫端的快速跨越尤為靈活，然而微弱毫伏信號對模擬前端設計提出更高防噪要求。數字溫度IC則將傳感、放大、ADC和補償算法封裝于單芯片，通信方式簡潔，便于多點布設與移動電源供電適合小型無線加溫套件，但其最高耐溫通常不超過125 C ，不適用于高溫滅菌環境。紅外探頭在藥液無需接觸測溫的無菌操作中優勢明顯，可減少清洗工序，但對透明玻璃瓶或塑料袋的透射干擾需額外遮光或黑體標定。便攜加溫器可優先選用DS18B20+柔性電熱膜方案，實現低功耗、即插即用，規模化牧場的中央輸液站更適合PT100+固態繼電器 + PID方案，兼顧高精度和設備耐用性，極端低溫野外救治則可考慮熱電偶做主探頭、NTC作冗余監測，雙通道互校，提高系統可靠性[5]。

2.3畜牧用藥液加溫裝置中溫控元件的選型

畜牧用藥液加溫裝置中溫控元件的選型核心在于在精度一可靠性一成本一環境適應性之間取得平衡。首先，規模化牧場多采用 250mL 以上輸液袋或連注泵，要求恒溫波動不超過 ±0.3‰ ，現場塵土、濕氣和藥液飛濺頻繁，傳感器必須具備IP54以上防護和抗腐蝕外殼，綜合實驗與實地調研顯示，PT100鉑電阻在 0～60°C 區段內具有線性好、漂移小、可重復性高的優勢，尤其適合長時間恒溫保溫場景，其與三線或四線補償電路配合，可在 10m 導線長度內保持 lt;0.2‰ 誤差。對于流動獸醫或伴侶動物診療，設備體積和即插即用性更重要，此時采用數字溫度傳感器DS18B20或TMP117搭配柔性石墨烯發熱膜，可將整機重量控制在300g以內并通過1-Wire總線實現多點并聯監測，提高對多支針筒或輸液管的溫差補償能力，若在高原低溫或搶救車環境下需要“極速升溫”，可在主探頭外加人K型熱電偶作冗余校驗，利用其 lt;0.2 s響應速度進行先期過沖控制，待溫度逼近設定值后再由PT100或DS18B20接管微調，實現“快起穩停”，最終推薦的選型方案為：PT100（精度型）+DS18B20（成本與便攜型） + 熱電偶（極端保障型）三檔配置，以應對牧場中心站、便攜箱和野外急救三類典型場景。

2.4溫控系統在裝置中的集成方式與控制邏輯

溫控系統在裝置中的集成方式與控制設計思路應緊扣畜牧現場的多源供電、移動操作、批量監護特征，系統物理結構采用“三層嵌套”：最內層為藥液加熱單元（柔性發熱膜或鋁合金電熱塊），中層為傳感一驅動一體板，最外層為隔熱與防水外殼，控制核心使用32位低功耗MCU，內置硬件定時器驅動固態繼電器或MOSFET，對發熱元件進行PWM調功。同時MCU通過PC/1-Wire采集多路溫度數據，并運行雙環PID算法：外環根據藥液實時溫度與目標溫度差給出功率設定值，內環對發熱片實際溫升進行微調，形成“粗調 mid 細調”閉環。為避免現場電磁噪聲干擾，信號與功率模塊通過光耦隔離，電源端加人TVS管與LC濾波，交互層配備0.96英寸OLED，提供溫度、功率、剩余電量及報警圖標顯示，預留BLE5.0模塊，支持手機App批量同步溫度曲線，實現遠程監護與歷史記錄回溯，安全邏輯方面設置三重保護：第一，軟件限制最高溫度42 C ，超限3s內切斷功率；第二，NTC快速檢測發熱片表面溫度，若 gt;60% 立即掉電；第三，傾倒或空載狀態下由霍爾開關觸發斷電。使畜牧藥液加溫裝置在-10～45 C 環境下保持≤ ±0.3C 控溫精度并兼顧輕量化與低功耗需求。

結語

藥液溫度直接關系到畜牧注射的治療效果與動物舒適度，本文圍繞“藥液加溫裝置中溫控元件的選擇與應用”展開系統研究，提出了針對牧場中心站、便攜診療和極端環境的分級選型方案并給出了MCU-PID控溫系統的集成與安全邏輯設計，合理組合PT100、數字溫度IC及熱電偶，在保證 $＼pm 0 . 3 ＼mathrm { ～ ＼ ^ ～ C ～ }$ 精度的同時，實現設備輕量化與現場適應性。在此基礎上引入AI預測調溫與云端數據管理，提升畜牧醫療設備的智能化水平，為提升動物健康與養殖效率提供更可靠的技術支持。

參考文獻：

[1]范寒柏，謝漢華.基于NTC熱敏電阻的三種高精度測溫系統研究［J].傳感技術學報，2010，23（11）：11.

[2]孟祥禎，劉晶楠，劉欣雨，徐瑞澤，楊昕穎.醫療床旁多功能沖洗管加熱保溫裝置設計[J].國際醫學與數據雜志，2024，8（③：37-42.

[3]李浩然，符冬梅.一種可控溫度膀胱沖洗液加溫裝置的設計與應用[J].國際臨床醫學，2023，5（8）：71-76.

[4]宗冉，張瑩，牛惠芳，趙玉娟，宋來全，劉金花.輸血輸液加溫設備不良事件的分析[J].醫療裝備，2025，（06）：34.

[5]基于真實世界數據的輸血輸液加溫器的生產調研與風險因素分析[J].中國醫療器械信息，2024，30（7）：44-50.

收稿日期：2025-06-17

作者簡介：孟學奇（1976一），男，漢族，碩士，副教授。研究方向：計算機網絡技術。