CN102540945A - 恒电位仪的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒电位仪的控制方法，启动恒电位仪后采样电路进行自检，通过上位机设置恒电位仪运行所需的各种信号，通讯控制器接收上述信号后，不仅能通过信号源控制器控制信号发生器产生相对应的输出波形。而且还控制采样输入保护单元切换匹配阻抗和输出频道。信号发生器将产生的输出波形信号电平发送至信号放大转换单元，并有通讯控制器对采样获得的电解槽电压信号进行修正，将修正后的数据信号发送至上位机。通讯控制器将上位机的设置信号发送给信号源控制器，由信号源控制器控制信号发生器产生各种波形，并调节波形的幅度、相位以及直流电平。通讯控制器还能够采集电解槽中的电压和电流数值，并把上述数值传送到上位机。

Description

恒电位仪的控制方法

技术领域

本发明涉及电化学实验仪器的控制技术，更具体地说是涉及一种恒电位仪的控制方法。

背景技术

在电化学分析测量的过程中，经常会使用恒电位仪，以申请号“03232543.6”名称为“双显恒电位仪”为例，该恒电位仪主要为电解池提供恒电位和恒电流的输出，但其不足之处如下：

1)仪器本身只能提供简单的直流信号，而多种常用的阶梯波、三角波、正弦波和锯齿波等需要外给定信号源即由其他信号源仪器来控制其输出的电位和电流的大小，使用不方便。

2)只能用数码管来显示电解池中的电压、电流的数值，数据显示过于简单。

3)没有一个直观，方便的图形界面来对仪器进行智能化操作。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种恒电位仪的控制方法。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种恒电位仪的控制方法，该控制方法的具体步骤为：

A.启动恒电位仪后采样电路进行自检，获得采样电路零漂参数以及信号源零漂参数；

B.通过上位机设置函数波形的输出参数，产生波形输出参数信号；通过上位机还设置初始量程的档位以及输出类型，产生初始设置信号；

C.通讯控制器接收波形输出参数信号，并将该信号发送至信号源控制器，由信号源控制器根据信号源零漂参数控制信号发生器产生相对应的输出波形；

通讯控制器接收初始设置信号后控制采样输入保护单元切换匹配阻抗和输出频道；

D.信号发生器将产生的输出波形信号电平发送至信号放大转换单元；

E.通讯控制器通过采样电路零漂参数对采样获得的电解槽电压信号进行修正，并将修正后的数据信号发送至上位机。

所述步骤A的具体步骤为：

A1.通过采样电路读取空载时的零电压读数获取采样电路零漂参数；

A2.信号源控制器控制信号发生器输出零电平，再通过经采样电路零漂参数校正后的采样电路获取信号源零漂参数。

所述步骤B中函数波形的输出参数包括波形、幅度、相位以及直流电平。

所述步骤B中的输出类型为恒电压型或恒电流型。

所述步骤C以及步骤D中的信号发生器产生的输出波形包括方波、阶梯波、三角波、正弦波以及锯齿波。

所述步骤E中电解槽电压信号包括参比电压，槽电压以及槽电流。

所述步骤E的具体步骤为：

E1.通讯控制器监测电解槽电压信号，若电解槽电压信号符合检测终止条件时，则直接执行步骤E4；

E2.通讯控制器通过采样电路零漂参数对电解槽电压信号进行修正，并将修正后的数据信号发送至上位机；

E3.重复执行步骤E1至步骤E2，直至恒电位仪的工作时间达到预设的工作时间；

E4.通讯控制器切断采样输入保护单元中的控制继电器，并停止函数信号发生器的工作。

所述步骤E1的具体步骤为：通讯控制器接收到采样输入保护单元发送的电解槽超载信号后，在当前输出量程的档位基础上向上调节一档；若当前输出量程的档位已经为最大输出量程的档位，则直接执行步骤E4。

所述步骤E1的具体步骤为：通讯控制器计算连续采样获得的若干个槽电流的对应电压值的平均值，若平均值大于预设的最大安全电压值时，则直接执行步骤E4。

所述步骤E1的具体步骤为：通讯控制器计算连续采样获得的若干个槽电流的对应电压值的平均值，若平均值小于预设的下限电压值时，则将当前输出量程的档位向下调一档。

本发明的控制方法还包括人工终止的步骤。

与现有技术相比，采用本发明的一种恒电位仪的控制方法，启动恒电位仪后采样电路进行自检，获得采样电路零漂参数以及信号源零漂参数；通过上位机设置函数波形的输出参数，产生波形输出参数信号；通过上位机还设置输出的初始量程的档位以及输出类型，产生初始设置信号；通讯控制器接收波形输出参数信号，并将该信号发送至信号源控制器，由信号源控制器根据信号源的零漂参数控制信号发生器产生相对应的输出波形；通讯控制器接收初始设置信号后控制采样输入保护单元切换匹配阻抗和输出频道；信号发生器将产生的输出波形信号电平发送至信号放大转换单元；通讯控制器通过采样电路的零漂参数对采样获得的电解槽电压信号进行修正，并将修正后的数据信号发送至上位机。通讯控制器将上位机的设置信号发送给信号源控制器，由信号源控制器控制信号发生器产生例如方波、阶梯波、三角波、正弦波以及锯齿波等多种类型波形，而且还能调节波形的幅度、相位以及直流电平。通讯控制器还能够采集电解槽中的电压和电流数值，并把上述数值传送到上位机，上位机以虚拟示波器的显示方式给使用者。

本发明的控制方法还可以根据采样输入保护单元中的采样传感器的反馈来决定输出的匹配阻抗，在运行过程中始终监视外部超载以及传感器的采样数据，发现电解槽的电压超出安全范围时，通讯控制器控制信号源控制器，使得信号发生器立即自动切断信号输出源。当恒电位仪运行达到预设时间或者接收到卸载指令时，同样由通讯控制器控制信号源控制器，使得信号发生器立即自动切断信号输出源。本发明的控制方法还具备自动量程切换功能以及超载保护功能，自动监护的功能。保证恒电位仪的稳定运行。

附图说明

图1是本发明的一种恒电位仪的控制方法的流程示意图；

图2是实施本发明的实施例装置的结构示意图；

图3是本发明的实施例的信号源控制流程示意图；

图4是本发明的实施例的数据检测控制流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图1所示一种恒电位仪的控制方法10，该控制方法的具体步骤为：

11.启动恒电位仪后采样电路进行自检，获得采样电路零漂参数以及信号源零漂参数；

12.通过上位机设置函数波形的输出参数，产生波形输出参数信号；通过上位机还设置初始量程的档位以及输出类型，产生初始设置信号；

13.通讯控制器接收波形输出参数信号，并将该信号发送至信号源控制器，由信号源控制器根据信号源零漂参数控制信号发生器产生相对应的输出波形；

通讯控制器接收初始设置信号后控制采样输入保护单元切换匹配阻抗和输出频道；

14.信号发生器将产生的输出波形信号电平发送至信号放大转换单元；

15.通讯控制器通过采样电路的零漂参数对采样获得的电解槽电压信号进行修正，并将修正后的数据信号发送至上位机。

所述步骤11的具体步骤为：

111.通过采样电路读取空载时的零电压读数获取采样电路零漂参数；

112.信号源控制器控制信号发生器输出零电平，再通过经采样电路零漂参数校正后的采样电路获取信号源零漂参数。

所述步骤12中函数波形的输出参数包括波形、幅度、相位以及直流电平。

所述步骤12中的输出类型为恒电压型或恒电流型。

所述步骤13以及步骤14中的信号发生器产生的输出波形包括方波、阶梯波、三角波、正弦波以及锯齿波。

所述步骤15中电解槽电压信号包括参比电压，槽电压以及槽电流。其中，参比电压即参比电极RE对地的电压；槽电压即电解槽内研究电极WE对辅助电极CE之间的电压；槽电流即电解槽内研究电极WE对辅助电极CE之间流过电流。

所述步骤15的具体步骤为：

151.通讯控制器监测电解槽电压信号，若电解槽电压信号符合检测终止条件时，则直接执行步骤154；

152.通讯控制器通过采样电路零漂参数对电解槽电压信号进行修正，并将修正后的数据信号发送至上位机；

153.通讯控制器统计恒电位仪的工作时间，若统计的工作时间未达到预设的工作时间，则重复执行步骤151至步骤152；

154.通讯控制器切断采样输入保护单元中的控制继电器，并停止函数信号发生器的工作。

所述步骤151的具体步骤为：通讯控制器接收到采样输入保护单元发送的电解槽超载信号后，在当前输出量程的档位基础上向上调节一档；若当前输出量程的档位已经为最大输出量程的档位，则直接执行步骤154。

所述步骤151的具体步骤为：通讯控制器计算连续若干个槽电流对应电压的平均值，若平均值大于预设的最大安全电压值时，则直接执行步骤154。

所述步骤151的具体步骤为：通讯控制器计算连续若干个槽电流对应电压的平均值，若平均值小于预设的下限电压值时，则将当前输出量程的档位向下调一档。

本发明的控制方法还包括人工终止的步骤。

再请参见图2所示，包括上位机1、键盘2、显示器3、图形界面操作软件包4、上下位机通信协议集5、构成下位机的通讯控制器6以及信号源控制器7、信号发生器8、采样输入保护单元9组成。其中键盘2和显示器3分别与上位机1连接，图形界面操作软件包4安装在上位机1中，上位机1与下位机由串口通信线连接，采样输入保护单元9与通讯控制器6连接，信号发生器8与信号源控制器7连接，通讯控制器6和信号源控制器7通过总线相互连接。键盘2用于设置、操作恒电位仪的控制指令，显示器3显示设置控制参数和接受的采集数据，上位机1处理向通讯控制器6发出控制指令和接收采集数据，输入保护单元9中的采样保护电路采集电解池中的电压和电流数值送给通讯控制器6，信号源控制器7从通讯控制器6接收到控制指令后通过信号发生器8向恒电位仪发出信号波形。

其中，下位机是2块Atmega64组成的双核单片机构成通讯控制器6以及信号源控制器7，内嵌自动控制软件包，通过数字端口与采样电路、信号发生器及保护电路互联，下位机完成函数信号发生、超载保护和实时采样的工作。上位机的硬件平台为PC机，操作系统为Windows XP，其内嵌的人机界面软件包由编程语言VB实现。

信号发生器8可以产生方波、阶梯波、三角波、正弦波和锯齿波等多种类型波形。

通过上位机的互动功能可以由操作者预先在程序界面上设置信号发生器8发出信号的幅度、初始相位和直流电平，以适应不同试验方案。

通过采样保护电路可采集槽电压V_w、与槽电流相对应的电压V_i和参比电压V_r。需要说明的是，槽电流是辅助电极CE与研究电极WE之间的电流，故槽电流等于流过研究电极WE的电流，也等于流过相对应的当前输出量程的电阻的电流，可以将当前输出量程电阻两端的电压定义为槽电流相对应的电压V_i，这样通过测量槽电流相对应的电压V_i就能够获得槽电流。

通过上位机的图形显示功能能够以虚拟示波器的方式在界面上显示槽电压、槽电流和参比电压等试验参数的曲线以及参数的数值。

再请参见图3、图4所示的实施例的具体步骤为：

在图3中，启动恒电位仪后先令系统进行自检，通过采样电路读取空载时的零电压读数获取采样电路的零漂参数U_p1，令信号源输出零电平再通过校正后的采样电路获取信号源的零漂参数U_p2，U_p1用于修正后续采样数据，U_p2用于修正信号发生器的输出。

由上位机1设置输出波形参数包括：输出的函数波形的类型、周期、幅度、相位、直流电平等，通过通信接口传输到下位机，计算出波形发生器的内部参数如定时器间隔、放大倍数以及起始相位指针等。上位机的设置参数经过上下位机通信协议集5编码后经电脑串口发往下位机。

由上位机1设置输出的初始量程和输出类型-恒电压型、恒电流型。下位机根据用户选择通过数字端口控制模拟电路的继电器切换匹配阻抗和输出频道。模拟电路的量程、输出类型的数字量编码预先存于下位机的芯片中方便直接转换。在此需要说明的是恒电压型即保持参比电极RE和研究电极WE之间恒定的电压。恒电流型即保持电解槽内研究电极WE对辅助电极CE之间流过的恒定电流。

然后发加载指令将所设置的波形信号电平送给信号放大转换单元中的放大器。

在图4中，通讯控制器接受到上位机加载指令后，启动信号发生器，并持续监视模拟电路板传来的电解槽超载信号M，如果接受到了电解槽超载信号M，检查当前输出量程D，如果未达到最大输出量程，则将当前输出量程D向上调一档，以改变输出匹配阻抗。如果已达到最大输出量程(本实施例的最大输出量程为第6挡)，则向上位机发出警报并切断输出回路的控制继电器，结束系统运行。电解槽超载信号M由硬件模拟电路产生，为自动量程切换的信号标志，下位机以此为依据达到输出量程向上程切换和超载保护的功能。

通过采样电路对电解槽电压信号采样，利用开机自校时获得的采样电路的零漂参数U_p1对采样数据做修正，通过通信接口将三路采样数据采集槽电压V_w、槽电流相对应的电压V_i和参比电压V_r上传到上位机以供绘图和数据库使用。3路采样数据经编码后打包成一个数据帧通过串口上传至上位机。

将槽电流相对应的电压Vi数据做循环平均，即将当前槽电流相对应的电压Vi与前5个槽电流相对应的电压Vi平均获得平均值V_p，将平均值V_p与预设的最大安全电压值V_max(如±3V)作比较，若平均值V_p大于预设的最大安全电压值V_max则向上位机发出警报并切断输出回路的控制继电器，结束系统运行。此处通过软件对电解槽超载信号进行保护，能够起到安全电压检测的作用。其和硬件自动保护电路一起工作，能够更有效地提高了系统的安全性。预设的最大安全电压值略大于额定最大输出电压，小于硬件自动切断保护的电压。

同时将槽电流相对应的电压Vi数据与前2秒钟连续采样的20个槽电流相对应的电压Vi数据做循环平均得到平均值U_p，如果平均值U_p小于200mv的预设的下限电压值，则将当前输出量程D向下调一档，改变输出匹配电阻。通过平均处理可以有效避免硬件电路干扰造成的误操作问题。预设的下限电压值是当前输出量程D参考电压的十分之一，每个档位之间是十倍的关系，此值保证向下换挡后不会发生超载。

将系统统计的实际工作时间与预设的工作时间做比较，如果达到预设时间，则切断输出电路的控制继电器，停止函数信号发生器的工作。所谓预设的工作时间是指操作者为完成整个采集过程而设定的工作时间。

本发明的控制方法还可以通过人工卸载指令来终止监测过程。

总之，本发明的控制方法不仅能够产生内给定信号源，根据需要产生方波、阶梯波、三角波、正弦波和锯齿波等多种类型波形，并能调节幅度、相位及直流电平，而且还能够采集电解槽中的电压和电流数值，再把数值传送到上位机以虚拟示波器的方式显示给使用者。本发明的控制方法还可以根据采样传感器的反馈来决定输出的匹配阻抗，运行中始终监视外部超载以及传感器的采样数据，发现电解槽的电压超出安全范围立即自动切断信号输出源。当恒电位仪运行达到预设时间或者接收到卸载指令时切断信号输出源停止工作。本发明的控制方法还具备自动量程切换功能、超载保护功能以及自动监护的功能，保证恒电位仪的稳定运行。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (11)

1.一种恒电位仪的控制方法，其特征在于：

该控制方法的具体步骤为：

A.启动恒电位仪后采样电路进行自检，获得采样电路零漂参数以及信号源零漂参数；

B.通过上位机设置函数波形的输出参数，产生波形输出参数信号；通过上位机还设置初始量程的档位以及输出类型，产生初始设置信号；

C.通讯控制器接收波形输出参数信号，并将该信号发送至信号源控制器，由信号源控制器根据信号源零漂参数控制信号发生器产生相对应的输出波形；

通讯控制器接收初始设置信号后控制采样输入保护单元切换匹配阻抗和输出频道；

D.信号发生器将产生的输出波形信号电平发送至信号放大转换单元；

E.通讯控制器通过采样电路零漂参数对采样获得的电解槽电压信号进行修正，并将修正后的数据信号发送至上位机。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：

所述步骤A的具体步骤为：

A1.通过采样电路读取空载时的零电压读数获取采样电路零漂参数；

A2.信号源控制器控制信号发生器输出零电平，再通过经采样电路零漂参数校正后的采样电路获取信号源零漂参数。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：

所述步骤B中函数波形的输出参数包括波形、幅度、相位以及直流电平。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：

所述步骤B中的输出类型为恒电压型或恒电流型。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：

所述步骤C以及步骤D中的信号发生器产生的输出波形包括方波、阶梯波、三角波、正弦波以及锯齿波。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：

所述步骤E中电解槽电压信号包括参比电压，槽电压以及槽电流。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：

所述步骤E的具体步骤为：

E1.通讯控制器监测电解槽电压信号，若电解槽电压信号符合检测终止条件时，则直接执行步骤E4；

E2.通讯控制器通过采样电路零漂参数对电解槽电压信号进行修正，并将修正后的数据信号发送至上位机；

E3.重复执行步骤E1至步骤E2，直至恒电位仪的工作时间达到预设的工作时间；

E4.通讯控制器切断采样输入保护单元中的控制继电器，并停止信号发生器的工作。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：

所述步骤E1的具体步骤为：通讯控制器接收到采样输入保护单元发送的电解槽超载信号后，在当前输出量程的档位基础上向上调节一档；若当前输出量程的档位已经为最大输出量程的档位，则直接执行步骤E4。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：

所述步骤E1的具体步骤为：通讯控制器计算连续采样获得的若干个槽电流的对应电压值的平均值，若平均值大于预设的最大安全电压值时，则直接执行步骤E4。

10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：

所述步骤E1的具体步骤为：通讯控制器计算连续采样获得的若干个槽电流的对应电压值的平均值，若平均值小于预设的下限电压值时，则将当前输出量程的档位向下调一档。

11.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：

所述的控制方法还包括人工终止的步骤。

Images