CN101840237A - 一种高精度温度采集控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高精度温度采集控制电路，包括微控制单元、光电隔离单元、加热控制单元、发热器件和温度传送电路，还包括电压基准源和信号调理模块，所述电压基准源连入所述信号调理模块，所述温度传送电路连入所述信号调理模块，其中，所述信号调理电路用于完成信号的放大、滤波和模数转换，所述电压基准源为所述信号调理模块和所述温度传送电路提供电压基准。本发明解决了现有气相色谱仪中温度控制电路复杂，计算量较大，精度不高的问题。
Description
技术领域
本发明属于分析仪器技术领域，尤其涉及一种气相色谱仪高精度温度采集控制电路。
背景技术
温度控制电路是气相色谱分析仪器中重要组成部分，现有气相色谱分析仪器中的温度控制电路都是采用传统的惠氏顿电桥，然后通过放大器放大信号，再通过电压频率转换模块，转换成频率信号最后由单片机测量频率的大小，根据频率的大小转换成对应的温度值。这样的电路整个硬件系统比较复杂，单片机的工作量也比较大，最后得到的测量精度也不是很理想，最终导致的直接结果是控制精度不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种在气相色谱仪中使用的高精度温度控制电路。
本发明的技术方案是，一种高精度温度采集控制电路，包括微控制单元、光电隔离单元、加热控制单元、发热器件和温度传送电路，还包括电压基准源和信号调理模块，所述电压基准源连入所述信号调理模块，所述温度传送电路连入所述信号调理模块，其中，所述信号调理电路用于完成信号的放大、滤波和模数转换，所述电压基准源为所述信号调理模块和所述温度传送电路提供电压基准。
所述温度传送电路由高精度电阻R1和铂电阻PT100R1以分压串联连接构成。
本发明的有益效果是，解决了现有气相色谱仪中温度控制电路复杂，计算量较大，精度不高的问题。
附图说明
图1是本发明电路原理框图
图2是本发明一实施例的电路原理图
具体实施方式
本发明对于气相色谱仪中温度控制电路采用专用的电压基准芯片作为基准，直接用高精度低温漂电阻与PT100串联，通过24位模拟数字转换芯片(在内部完成放大、滤波和数据转换)，转换成数据，通过单片机直接读取数字信号，可以采样到非常高的有效数据，对控制精度的提高提供了可靠的基础。
如图2，该气相色谱仪高精度温度采集控制电路，包括微控制单元、光电隔离单元、加热控制单元、发热器件和温度传送电路，还包括电压基准源和信号调理模块，所述电压基准源连入所述信号调理模块，所述温度传送电路连入所述信号调理模块，其中，所述信号调理电路用于完成信号的放大、滤波和模数转换，所述电压基准源为所述信号调理模块和所述温度传送电路提供电压基准。所述温度传送电路由高精度电阻R1和铂电阻PT100R1以分压串联连接构成。
以下结合图2对本发明的具体实施方式做进一步具体说明。
如图2，由所述微控制单元即单片机U3和所述信号调理单元即模拟数据转换芯片U2、所述电压基准源即电压基准芯片U1、所述光电隔离模块即光电隔离芯片U4、所述加热控制单元即可控硅Q1、电容C1～C6、电阻R1～R7、电感L1和接线端J1组成；
其中单片机U3的数据总线P1.0与光电隔离芯片U4的K脚连接，P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5与模拟数据转换芯片U2的CS、DRDY、DOUT、DIN、SCLK的脚位连接。
其中模拟数据转换芯片U2的DVDD接模拟5V电压，AGND接模拟地，VREFN接模拟地，VREFP接电压基准输出的6脚，AINCOM接模拟地，AIN0是信号采集端口连接着C1、C2和R3的一端，DVDD连接着数字电源的电压端，DGND连接着数字电源的接地端，模拟电源的地和数字电源的地是通过电感L1连接。
其中高精度的电压参考源U1的连接是这样的，2脚连接着模拟电压+5V，4脚连接着模拟地，在2脚和4脚之间连接着滤波电容C3、C4，参考源的输出端6脚，输出高稳定的2.5V参考电压，并连接滤波电容C5、C6一端，C5、C6的另一端连接模拟地。完成对参考电压源的滤波工作，滤波后的基准一路连接到模拟数字转换芯片U2的4脚作为基准，另一路连接到R2的一端，R2的另一端连接到温度测量电阻R1的一端R1的另一端连接着模拟地。R1是PT100铂电阻对温度相当敏感，R1和R2形成了人串联分压电路，把R1放到需要测量温度的位置，当温度发生变化的时候，R1的电阻值就发生了相应的变化。
其中输出隔离芯片U4的1脚连接着电阻R6的一端，R6的另一端连接着数字电源，4脚连接着R5的一端，R5的另一端连接着可控硅的一端和接线端J1的1脚，U4的6脚连接着R4的一端和可控硅的触发端，R4的另一端连接着可控硅的另一端和加热丝R7的一端，R7的另一端连接着接线端J1的2脚。
上述电路，其中单片机CPU采用AT89C6681芯片，模拟数据转换芯片U2采用ADS1256芯片，基准电压参考芯片选用REF43。
温度的传送电路，是由电压基准源REF43提供的2.5V的基准电压，再有R2电阻和R1(PT100)组成的串联分压电路构成。当温度发生变化的时候，铂电阻R1的阻值会发生相应的变化，这样在电阻R1和R2的节点上就会产生相应的电压变化。变化的电压信号通过匹配电阻R3，再通过滤波电容C1C2后，送入模拟数字转换芯片的6脚。温度信号的转换是由ADS1256内部电阻成，通过单片机对ADS1256完成初始化，初始化的工作主要完成设置ADS1256，内部放大倍数，采样速率和滤波方式。因为从6脚送进来的信号比较小，必须通过放大器放大，采样的温度范围在0℃-500℃之间。所以选用放大16倍正好满足要求。采样速率设定为100次/秒，通过内部数字滤波后，送入单片机。通过这样的方式可以取到18位的有效数据，而选用16位数据就足够了，因为在0℃-500℃温度范围内可以读到稳定0.01℃的精度。对于控制到+_0.1已经足够了。能取道这样高精度的信号取决于，24位的A/D，高精度的基准和模拟数字的电源分割有直接的关系。输出部分由单片机通过光电隔离器3043来控制可控硅导通和关闭从而控制加热丝的工作时间，达到控制温度的目的。控制的具体方法是：
假设需要控制的温度是200℃，而实际从PT100测量的到的温度只有20℃，这时应用内部算法，可以计算出两者的巨大差距，会全速启动可控硅工作，可控硅会一直打开，加热丝一直处在全速加热状态，由于加热丝和温度传感器(PT100)在同一个封闭的系统中，由于加热丝的工作使封闭系统的温度逐步提高，这样温度传感器就会把升高的温度传送到模拟数字芯片，再由单片机从模数转换器中读出实际的数据，然后根据实际温度的变换计算出新的控制变量去控制加热丝，这样就形成了一个闭环控制系统。由于被加热的封闭系统，有一定的热容量，在不同的加热系统有热容量的差异还是比较明显的，如果使用传统的增量PID算法，想的到很好的控制效果是有一定难度的。这里可以这样处理，当设定温度大于实际温度10℃以上时，加热丝会全速工作，这样可以较快的达到设定温度。在当1℃＜设定温度-实际温度＜10℃上时，可以采用传统的增量PID算法；-1℃＜设定温度-实际温度＜＝1℃上时，这里才用专家PID算法这是关键部分，具体算法都在软件中。-10℃＜设定温度-实际温度＜＝-1℃时，也可以采用传统的增量PID算法。设定温度-实际温度＜＝-10℃时，直接关闭的加热丝。
通过传统PID算法和专家算法向结合的办法可以达到很好的控制效果，在室温以上7℃-450℃之间可以精确的控制到+-0.1℃，在大部分范围内可以控制到+-0.05℃以内，在设备环境温度比较稳定的情况下(室内无风的情况下)很多情况下，可以看到在+-0.02℃以内。
Claims (2)
1.一种高精度温度采集控制电路，包括微控制单元、光电隔离单元、加热控制单元、发热器件和温度传送电路，其特征在于，还包括电压基准源和信号调理模块，所述电压基准源连入所述信号调理模块，所述温度传送电路连入所述信号调理模块，其中，所述信号调理电路用于完成信号的放大、滤波和模数转换，所述电压基准源为所述信号调理模块和所述温度传送电路提供电压基准。
2.如权利要求1所述高精度温度采集控制电路，其特征在于，所述温度传送电路由高精度电阻R1和铂电阻PT100R1以分压串联连接构成。
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Publications (1)
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| CN101840237A true CN101840237A (zh) | 2010-09-22 |
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2009
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