CN110646552A - 一种色谱柱温度控制系统及方法 - Google Patents

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易建
林滔
王翔
史乐
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Abstract

本发明公开一种色谱柱温度控制系统及方法，该系统包括陶瓷发热片、温度测量元件、主控板、驱动电路、功率器件以及电源；所述温度测量元件与主控板连接，用于检测色谱柱温度，并将检测结果反馈给主控板；所述主控板与驱动电路连接，用于计算控制量并输出至驱动电路；所述驱动电路与功率器件连接，用于根据收到的控制量，控制功率器件通断动作，通过功率器件开关电源控制陶瓷发热片的发热量。本发明采用陶瓷发热片和分离器件搭建的驱动结构，去掉了不必要的散热和滤波模块，结构简单，成本低；根据陶瓷发热片良好的温度‑阻抗线性关系，在温度反馈控制的基础上，加入了电流反馈控制，提高了控制精度和抗干扰能力，色谱柱温度得到了有效控制。

Description

一种色谱柱温度控制系统及方法
技术领域
本发明涉及高压液相色谱分析领域，尤其涉及一种色谱柱温度控制系统及方法。
背景技术
高压液相色谱分析法是色谱法的一个重要分支，以液体为流动相，使用高压送样系统，将样本液体及缓冲液送入色谱柱。在色谱柱中，液体中的不同组分被分离，流入检测器中，经过光电转换，各组分数值被转换为电信号，同时将电信号记录储存，形成波形图谱，从而实现对样本的分析。
在样本分析中，环境温度会对测试结果形成影响，如果温度波动过大，测试的准确性，一致性都会受到较大影响。因此色谱柱温度控制是高压液相分析中的一个重要环节。现有产品一般配置有柱温箱对分析柱温度进行控制，所用的控温系统是基于TEC半导器件进行设计。但是，由于TEC半导体自身特性，必须配置额外滤波电路、散热模块，而且该器件成本高，易损坏，不适用于只需单向温控的色谱分析系统。
发明内容
本发明的目的在于通过一种色谱柱温度控制系统及方法，来解决以上背景技术部分提到的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种色谱柱温度控制系统，该系统包括：陶瓷发热片、温度测量元件、主控板、驱动电路、功率器件以及电源；所述陶瓷发热片用于为色谱柱加热；所述温度测量元件与主控板连接，用于检测色谱柱温度，并将检测结果反馈给主控板；所述主控板与驱动电路连接，用于根据温度测量元件反馈的温度数据，计算控制量并输出至驱动电路；所述驱动电路与功率器件连接，用于根据收到的所述控制量，控制功率器件通断动作；所述功率器件的一端连接陶瓷发热片，另一端连接电源，用于通过功率器件开关电源控制陶瓷发热片的发热量。
特别地，所述色谱柱温度控制系统还包括电流测量元件，所述电流测量元件与主控板连接，用于检测陶瓷发热片实时电流，并将检测结果反馈给主控板。
特别地，所述主控板具体用于根据温度测量元件、电流测量元件反馈的数据计算控制量并输出至驱动电路，从而实现陶瓷发热片的发热量的控制。
特别地，所述主控板还与上位机连接，用于接收上位机发出的温控指令。
特别地，所述主控板采用MCU主控板，通过RS232与上位机通信。
特别地，所述色谱柱温度控制系统还包括温控箱，所述温控箱用于放置色谱柱。
基于上述色谱柱温度控制系统，本发明还提供了一种色谱柱温度控制方法，该方法包括如下步骤：
S101、起始时色谱柱温度控制系统处于待机状态，等待上位机指令；
S102、上位机发出温控指令后，色谱柱温度控制系统转为工作状态，主控板通过温度测量元件和电流测量元件测量电流值和温度值并进行滤波处理；
S103、主控板得到处理后的温度和电流值后，开始计算温度差值、温度累积差值、温度差值梯度、电流差值梯度；
S104、主控板计算完成后，加权处理各计算值，向驱动电路输出占空比信号，进而驱动电路控制功率器件通断动作，通过功率器件开关电源控制陶瓷发热片的发热量，从而完成色谱柱温度控制；同时主控板记录本次各计算值，待执行步骤S103时使用；
S105、色谱柱温度控制系统等待上位机结束命令，如果有结束命令，结束控制，转为待机状态，如果没有结束命令，返回步骤S102继续工作。
特别地，所述主控板采用MCU主控板，通过RS232与上位机通信。
本发明提出的色谱柱温度控制系统及方法采用陶瓷发热片和分离器件搭建的驱动结构，同时去掉了不必要的散热和滤波模块，结构简单，降低了硬件成本；本发明根据陶瓷发热片良好的温度-阻抗线性关系，在温度反馈控制的基础上，加入了电流反馈控制，提高了控制精度和抗干扰能力，色谱柱温度得到了有效控制。
附图说明
图1为本发明实施例提供的色谱柱温度控制系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的色谱柱温度控制方法流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参照图1所示，图1为本发明实施例提供的色谱柱温度控制系统结构示意图。
本实施例中色谱柱温度控制系统具体包括：陶瓷发热片101、温度测量元件102、主控板103、驱动电路104、功率器件105以及电源106。所述陶瓷发热片101用于为色谱柱加热。所述温度测量元件102与主控板103连接，用于检测色谱柱温度，并将检测结果反馈给主控板103。所述主控板103与驱动电路104连接，用于根据温度测量元件102反馈的温度数据，计算控制量并输出至驱动电路104。所述驱动电路104与功率器件105连接，用于接收所述控制量，放大主控信号，控制功率器件105通断动作。所述功率器件105的一端连接陶瓷发热片101，另一端连接电源106，用于通过功率器件105开关电源106控制陶瓷发热片101的发热量。其中，在本实施例中陶瓷发热片101采用高温烘烧陶瓷发热片(MCH)。所述功率器件105只要是满足要求的开关器件即可，对其没有特别限制。
具体的，在本实施例中所述色谱柱温度控制系统还包括电流测量元件，所述电流测量元件与主控板103连接，用于检测陶瓷发热片101实时电流，并将检测结果反馈给主控板103，主控板103根据温度测量元件102、电流测量元件反馈的数据计算控制量并输出至驱动电路104，从而实现陶瓷发热片101的发热量的控制。
具体的，在本实施例中所述主控板103还与上位机107连接，用于接收上位机107发出的温控指令。其中，所述主控板103采用MCU主控板103，通过RS232与上位机107通信。在本实施例中所述色谱柱温度控制系统还包括温控箱108，所述温控箱108具有保温功能，用于放置色谱柱。
如图2所示，图2为本发明实施例提供的色谱柱温度控制方法流程示意图。在本实施例中色谱柱温度控制方法具体包括如下步骤：
S101、起始时色谱柱温度控制系统处于待机状态，等待上位机指令。
S102、上位机发出温控指令后，色谱柱温度控制系统转为工作状态，主控板通过温度测量元件和电流测量元件测量电流值和温度值并进行滤波处理。其中，在本实施例中所述主控板采用MCU主控板，通过RS232与上位机通信。
S103、主控板得到处理后的温度和电流值后，开始计算温度差值、温度累积差值、温度差值梯度、电流差值梯度。
S104、主控板计算完成后，加权处理各计算值，向驱动电路输出占空比信号，进而驱动电路控制功率器件通断动作，通过功率器件开关电源控制陶瓷发热片的发热量，从而完成色谱柱温度控制；同时主控板记录本次各计算值，待执行步骤S103时使用。
S105、色谱柱温度控制系统等待上位机结束命令，如果有结束命令，结束控制，转为待机状态，如果没有结束命令，返回步骤S102继续工作。
本发明的技术方案采用陶瓷发热片和分离器件搭建的驱动结构，同时去掉了不必要的散热和滤波模块，结构简单，降低了硬件成本；本发明采用电流和温度的双闭环控制，根据陶瓷发热片良好的温度-阻抗线性关系，在温度反馈控制的基础上，加入了电流反馈控制，提高了控制精度和抗干扰能力，色谱柱温度得到了有效控制，实现了成本与性能双优。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的全部或部分是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种色谱柱温度控制系统，其特征在于，包括：陶瓷发热片、温度测量元件、主控板、驱动电路、功率器件以及电源；所述陶瓷发热片用于为色谱柱加热；所述温度测量元件与主控板连接，用于检测色谱柱温度，并将检测结果反馈给主控板；所述主控板与驱动电路连接，用于根据温度测量元件反馈的温度数据，计算控制量并输出至驱动电路；所述驱动电路与功率器件连接，用于根据收到的所述控制量，控制功率器件通断动作；所述功率器件的一端连接陶瓷发热片，另一端连接电源，用于通过功率器件开关电源控制陶瓷发热片的发热量。
2.根据权利要求1所述的色谱柱温度控制系统，其特征在于，还包括电流测量元件，所述电流测量元件与主控板连接，用于检测陶瓷发热片实时电流，并将检测结果反馈给主控板。
3.根据权利要求2所述的色谱柱温度控制系统，其特征在于，所述主控板具体用于根据温度测量元件、电流测量元件反馈的数据计算控制量并输出至驱动电路，从而实现陶瓷发热片的发热量的控制。
4.根据权利要求1所述的色谱柱温度控制系统，其特征在于，所述主控板还与上位机连接，用于接收上位机发出的温控指令。
5.根据权利要求4所述的色谱柱温度控制系统，其特征在于，所述主控板采用MCU主控板，通过RS232与上位机通信。
6.根据权利要求1至5之一所述的色谱柱温度控制系统，其特征在于，还包括温控箱，所述温控箱用于放置色谱柱。
7.一种基于权利要求1所述色谱柱温度控制系统的色谱柱温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101、起始时色谱柱温度控制系统处于待机状态，等待上位机指令；
S102、上位机发出温控指令后，色谱柱温度控制系统转为工作状态，主控板通过温度测量元件和电流测量元件测量电流值和温度值并进行滤波处理；
S103、主控板得到处理后的温度和电流值后，开始计算温度差值、温度累积差值、温度差值梯度、电流差值梯度；
S104、主控板计算完成后，加权处理各计算值，向驱动电路输出占空比信号，进而驱动电路控制功率器件通断动作，通过功率器件开关电源控制陶瓷发热片的发热量，从而完成色谱柱温度控制；同时主控板记录本次各计算值，待执行步骤S103时使用；
S105、色谱柱温度控制系统等待上位机结束命令，如果有结束命令，结束控制，转为待机状态，如果没有结束命令，返回步骤S102继续工作。
8.根据权利要求7所述的色谱柱温度控制方法，其特征在于，所述主控板采用MCU主控板，通过RS232与上位机通信。
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