CN106092896A - 一种用于icp光谱仪的恒温控制装置 - Google Patents

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董树怀
王晓韬
骆文杰
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Abstract

本发明公开了一种用于ICP光谱仪的恒温控制装置，包括分光器箱体、保温箱、电加热带、直流风扇、温度传感器；保温箱套置在分光器箱体上；保温箱与分光器箱体之间的空隙内一侧设置有电加热带，另一侧设置有温度传感器；保温箱的四个内角上均设置有直流风扇；直流风扇、电加热带均与微控制器相连接；温度传感器首先通过信号放大电路与差分放大电路相连接；差分放大电路、三角波电路的输出端均与比较电路相连接、输入端均与微控制器相连接；比较电路的输出端与微控制器的输入端相连接。本发明可以有效抑制由于环境温度变化所引起的温漂，使分光器箱体各个部分和光电器件的温度变化控制在很小的范围之内，从而保证分光系统的热稳定性。

Description

一种用于ICP光谱仪的恒温控制装置
技术领域
本发明涉及一种控制装置，尤其涉及一种用于ICP光谱仪的恒温控制装置。
背景技术
ICP(Inductive Coupled Plasma Spectrometer，即电感耦合等离子体发射)光谱仪是一种精密的原子发射光谱仪，主要组成部分包括光源系统、进样系统、分光系统、光电转换系统、信号处理系统。光源系统产生等离子体焰炬，将样品溶液以气溶胶形式导入到等离子体炬焰中，样品被蒸发和激发后发射出所含元素的特征波长的光谱。根据元素浓度与谱线强度之间的对应关系，可以测定样品中各相应元素的含量。
其中，分光系统可通过分光器将所需要的共振吸收线分离出来，是ICP光谱仪的核心部分。分光器为箱体铸造件，虽然其在铸造时会进行时效处理，但是分光器的箱体在温度发生变化时仍然会产生热变形，这种热变形会对整个分光系统的稳定性产生非常不利的影响，如果热变形幅度稍微变大，会使分光系统的出射狭缝没有光信号输出，从而降低测试精度。此外，光电转换系统中光电器件的灵敏度，也会随着温度的变化而变化，从而使整个分光系统输出的光信号随着温度的变化产生漂移。为了维持仪器的整机性能，必须抑制这种因温度变化而产生的漂移。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种用于ICP光谱仪的恒温控制装置。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于ICP光谱仪的恒温控制装置，包括分光器箱体，它还包括保温箱、电加热带、直流风扇、温度传感器；保温箱套置在分光器箱体上，保温箱与分光器箱体之间留有空隙；
保温箱与分光器箱体之间的空隙内一侧设置有电加热带，另一侧设置有温度传感器；保温箱的四个内角上均设置有一个直流风扇；直流风扇、电加热带均与微控制器相连接；
温度传感器通过控制算法电路与微控制器相连接；控制算法电路由信号放大电路、差分放大电路、比较电路和三角波电路组成；
温度传感器首先通过信号放大电路与差分放大电路相连接；温度传感器将收集到的环境温度在信号放大电路中放大处理后上传至差分放大电路；
差分放大电路、三角波电路的输出端均与比较电路相连接、输入端均与微控制器相连接；微控制器将系统预设的目标温度传递给差分放大电路后，由差分放大电路对环境温度、目标温度进行放大，再将放大信号与三角波电路输出的电信号同时上传至比较电路；放大后的环境温度、目标温度在比较电路中进行比较，产生占空比可变的脉冲信号；
比较电路的输出端与微控制器的输入端相连接；比较电路将脉冲信号传递给微控制器，在微控制器中进行信号转换，从而控制供给电加热带电压的占空比，进而控制电加热带的加热功率以及直流风扇的转动情况，保证分光器箱体的温度变化在恒定的范围之内。
温度传感器为多个，多个温度传感器均匀设置在保温箱与分光器箱体之间的一侧空隙内。三角波电路产生的三角波频率由微控制器进行调配控制。微控制器、控制算法电路均安装在分光器箱体上。
本发明通过在分光器箱体上设置电加热带和直流风扇，并由控制电路进控制，可以有效抑制由于环境温度变化所引起的温漂，使分光器箱体各个部分和光电器件的温度变化控制在很小的范围之内，从而保证分光系统的热稳定性。
附图说明
图1为本发明的整体电路控制图。
图2为控温算法电路的电路控制图。
图3为本发明的剖面结构示意图。
图中：1、微控制器；2、控制算法电路；3、温度传感器；4、直流风扇；5、电加热带；6、分光器箱体；7、保温箱；8、信号放大电路；9、差分放大电路；10、比较电路；11、三角波电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1～3所示，本发明包括分光器箱体6，它还包括保温箱7、电加热带5、直流风扇4、温度传感器3；保温箱7套置在分光器箱体6上，保温箱7与分光器箱体6之间留有空隙；
保温箱7与分光器箱体6之间的空隙内一侧设置有电加热带5，另一侧设置有温度传感器3；温度传感器3为多个，多个温度传感器3均匀设置在保温箱7与分光器箱体6之间的一侧空隙内。保温箱7的四个内角上均设置有一个直流风扇4；直流风扇4、电加热带5均与微控制器1相连接；
温度传感器3通过控制算法电路2与微控制器1相连接；微控制器1、控制算法电路2均安装在分光器箱体6上。控制算法电路2由信号放大电路8、差分放大电路9、比较电路10和三角波电路11组成；
温度传感器3首先通过信号放大电路8与差分放大电路9相连接；温度传感器3将收集到的环境温度在信号放大电路8中放大处理后上传至差分放大电路9；
差分放大电路9、三角波电路11的输出端均与比较电路10相连接、输入端均与微控制器1相连接；微控制器1将系统预设的目标温度传递给差分放大电路9后，由差分放大电路9对环境温度、目标温度进行放大，再将放大信号与三角波电路11输出的电信号同时上传至比较电路10；放大后的环境温度、目标温度在比较电路10中进行比较，产生占空比可变的脉冲信号(此占空比与两路输入信号的差值和三角波频率成比例关系)；其中，三角波电路11产生的三角波频率由微控制器1进行调配控制。
比较电路10的输出端与微控制器1的输入端相连接；比较电路10将脉冲信号传递给微控制器1，在微控制器1中进行信号转换，从而控制供给电加热带5电压的占空比，进而控制电加热带5的加热功率以及直流风扇4的转动情况，保证分光器箱体的温度变化在恒定的范围之内。
本发明将温度传感器3测量得到的环境温度和设定的目标温度作为控温算法的输入参数，根据实际温度和目标温度差值的绝对值，控制供给电加热带5电压的占空比，进而控制电加热带5的加热功率(温度差值越小，占空比越小，电加热带的的加热功率越低，电加热带的加热功率减小的幅度与温度差值的倒数呈对数关系)，直到分光器箱体6的温度达到设定值，并保持恒定不变(设定的温度肯定比室温要高，保温材料很难达到绝对保温，只要达到让散掉的热量与加热的热量保持动态的平衡即可)。通过这样的措施，可以使得分光器箱体6各个部分和光电器件的温度变化不超过±0.2℃，可以有效的抑制由于环境温度变化所引起的温漂。
此外，本发明在保温箱7与分光器箱体6之间留有一定间隙，可以使得热空气分布在整个分光器箱体周围，通过空气进行热交换，这样做相当于对整个分光器箱体进行加热，避免了局部受热不均，导致热变形引起温漂。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于ICP光谱仪的恒温控制装置，包括分光器箱体(6)，其特征在于：它还包括保温箱(7)、电加热带(5)、直流风扇(4)、温度传感器(3)；所述保温箱(7)套置在分光器箱体(6)上，保温箱(7)与分光器箱体(6)之间留有空隙；
所述保温箱(7)与分光器箱体(6)之间的空隙内一侧设置有电加热带(5)，另一侧设置有温度传感器(3)；所述保温箱(7)的四个内角上均设置有一个直流风扇(4)；所述直流风扇(4)、电加热带(5)均与微控制器(1)相连接；
所述温度传感器(3)通过控制算法电路(2)与微控制器(1)相连接；所述控制算法电路(2)由信号放大电路(8)、差分放大电路(9)、比较电路(10)和三角波电路(11)组成；
所述温度传感器(3)首先通过信号放大电路(8)与差分放大电路(9)相连接；温度传感器(3)将收集到的环境温度在信号放大电路(8)中放大处理后上传至差分放大电路(9)；
所述差分放大电路(9)、三角波电路(11)的输出端均与比较电路(10)相连接、输入端均与微控制器(1)相连接；所述微控制器(1)将系统预设的目标温度传递给差分放大电路(9)后，由差分放大电路(9)对环境温度、目标温度进行放大，再将放大信号与三角波电路(11)输出的电信号同时上传至比较电路(10)；放大后的环境温度、目标温度在比较电路(10)中进行比较，产生占空比可变的脉冲信号；
所述比较电路(10)的输出端与微控制器(1)的输入端相连接；比较电路(10)将脉冲信号传递给微控制器(1)，在微控制器(1)中进行信号转换，从而控制供给电加热带(5)电压的占空比，进而控制电加热带(5)的加热功率以及直流风扇(4)的转动情况，保证分光器箱体的温度变化在恒定的范围之内。
2.根据权利要求1所述的用于ICP光谱仪的恒温控制装置，其特征在于：所述温度传感器(3)为多个，多个温度传感器(3)均匀设置在保温箱(7)与分光器箱体(6)之间的一侧空隙内。
3.根据权利要求1所述的用于ICP光谱仪的恒温控制装置，其特征在于：所述三角波电路(11)产生的三角波频率由微控制器(1)进行调配控制。
4.根据权利要求1所述的用于ICP光谱仪的恒温控制装置，其特征在于：所述微控制器(1)、控制算法电路(2)均安装在分光器箱体(6)上。
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