CN115436549B - 一种用于色谱仪温度控制的保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于色谱仪温度控制的保护装置及方法，其中，该保护装置包括：温度采集模块、微处理器、加热电路和短路保护自锁电路；温度采集模块与微处理器电连接，用于实时采集气相色谱仪中加热器件的实际温度；微处理器分别与加热电路和短路保护自锁电路电连接，用于根据温度采集模块实时采集的实际温度，控制加热电路以及使能短路保护自锁电路；加热电路，用于在微处理器的控制下对气相色谱仪的加热器件进行加热；短路保护自锁电路还与加热电路电连接，用于在加热电路短路时，对加热电路进行短路保护和自锁。本发明技术方案能解决现有技术中短路保护方式保护响应速度慢，并且电流比较器的保护方式增加程序复杂度且成本较高的问题。

Description

一种用于色谱仪温度控制的保护装置及方法

技术领域

本发明涉及色谱仪技术领域，尤其涉及一种用于色谱仪温度控制的保护装置及方法。

背景技术

气相色谱仪通常都设置有多路加热控温功能，分别对气相色谱仪的采样伴热管、柱箱和检测器等部件进行控温。针对便携式的气相色谱仪，由于经常被颠簸挪动，其内部线路可能存在脱落后搭接短路的问题，例如采样伴热管在使用过程中会经常弯曲，其内部的加热丝存在短路的风险，如不能在发生短路时及时切断加热丝的电源，则可能会损坏气相色谱仪的电池电源或电路板，甚至引发火灾。另外，由于气相色谱仪的移动式使用，其内部接线也可能松脱导致线路接触不良，如果温度传感器松脱或故障，则可能出现加热失控，导致设备损坏。综上，需要设计一套温控保护装置，用以及时有效地对设备进行短路和加热异常等保护。

针对加热异常的保护装置，常见的是在气相色谱仪的加热线路中串入一个温度开关，当温度过高时温度开关断开。这种保护措施存在以下不足：1，温度开关动作时其温度偏差大，可能会有十多度的误差；2，不同的使用场景需要不同的保护温度，这就需要更换不同的温控开关，导致温度开关使用不灵活；3，温度开关安装时需要贴近被保护区域，并占用一定的空间，对便携色谱仪来说其空间有限，所以采用温度开关对装配工艺和小型化设计都是不利的。

针对线路的短路保护，常见的短路过流保护装置有两种：一种是在电路中串入保险丝，短路过流时通过保险丝熔断来切断电源。这种方式存在一些不足：1，只要发生短路，保险丝必须熔断才能起到保护作用，然后必须打开机箱更换后才能恢复工作，并且保险丝会占用电路板上较大的空间，不利于小型化设计；2，如果用自恢复保险丝，则响应时间相对较长，在熔断之前电路板可能已经损坏。另一种是使用电流比较器来实现短路过流保护，但这种方式有以下不足：1，多个加热通道需要多个电流比较器，且都需要由微处理器来监测和控制，增加了程序复杂度；2，电流比较器应用电路为模拟电路，特别是采样电阻需要开尔文连接才能保证准确性，所以加大了电路板的设计复杂度；3，需要应用多个电流比较器，增加的成本相对较高。

发明内容

本发明提供一种用于色谱仪温度控制的保护装置及方法，旨在解决现有技术中短路保护方式保护响应速度慢，并且电流比较器的保护方式增加程序复杂度且成本较高的问题。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提出了一种用于色谱仪温度控制的保护装置，包括：

温度采集模块、微处理器、加热电路以及短路保护自锁电路；其中，

温度采集模块与微处理器电连接，用于实时采集气相色谱仪中加热器件的实际温度；

微处理器分别与加热电路和短路保护自锁电路电连接，用于根据温度采集模块实时采集的实际温度，控制加热电路以及使能短路保护自锁电路；

加热电路，用于在微处理器的控制下对气相色谱仪的加热器件进行加热；

短路保护自锁电路还与加热电路电连接，用于在加热电路短路时，对加热电路进行短路保护和自锁。

优选的，上述保护装置中，温度采集模块包括：

温度传感器、阻桥电路和模数转换芯片；其中，

温度传感器设置于气相色谱仪中加热器件中，用于实时采集加热器件的实际温度；

阻桥电路与温度传感器电连接，用于将实际温度转换为电压信号；

模数转换芯片与阻桥电路电连接，模数转换芯片还与微处理器电连接，用于将电压信号转换为数字信号形式并发送至微处理器。

优选的，上述保护装置中，微处理器包括：

通讯模块、PID模块和报警模块；其中，

通讯模块与温度采集模块电连接，用于获取各加热器件的目标温度、失温保护温度和数字信号形式的实际温度；

PID模块与通讯模块电连接，用于每隔预定周期对目标温度与实际温度进行比例微积分运算，得到加热电路的当前加热控制量，使用当前加热控制量调节加热电路的加热量大小；

报警模块与通讯模块电连接，用于判断预定持续时间内实际温度是否大于或等于失温保护温度；

报警模块，还用于当实际温度大于或等于失温保护温度时，关闭加热电路，并通过通讯模块输出温度超限报警信号。

优选的，上述保护装置中，报警模块，还用于当加热电路加热预定时间后，计算温度采集模块采集到的实际温度的上升幅度；根据实际温度的上升幅度，判断加热电路是否加热超时；若判定加热电路加热超时，关闭加热电路并通过通讯模块输出加热超时报警信号；

PID模块，还用于根据实际温度与目标温度的差值，控制报警模块停止计算实际温度的上升幅度。

优选的，上述保护装置中，加热电路包括：

第三光耦、第三场效应管和加热丝；其中，

第三场效应管的源极连接于高电平电源，第三场效应管的漏极连接于加热丝，第三场效应管的栅极通过第七电阻连接于第三光耦；

第三光耦的发光二极管的阳极连接于微处理器的信号输出引脚，第三光耦的发光二极管的阴极接地；

加热丝的一端与第三场效应管的漏极连接，加热丝的另一端接地。

优选的，上述保护装置中，短路保护自锁电路与加热电路并联接入微处理器的信号输出引脚；短路保护自锁电路包括：

短路保护模块和保护自锁模块；其中，

短路保护模块与微处理器的信号输出引脚电连接，用于当加热电路处于加热状态时，监测所述加热电路是否短路，当所述加热电路短路时，控制加热电路的加热丝断路；

保护自锁模块与短路保护模块和加热电路分别电连接，用于当加热电路短路时，自锁加热电路的加热丝的断路状态。

优选的，上述保护装置中，短路保护模块包括：

第一光耦、第二光耦、第二场效应管和第一电容；其中，

第一光耦的发光二极管的阳极与微处理器的信号输出引脚电连接，第一光耦的发光二极管的阴极接地；

第二场效应管的源极连接于高电平电源，第二场效应管的漏极连接第二光耦的发光二极管的阳极，第二场效应管的栅极连接第一光耦的光敏半导体的头端；

第二光耦的发光二极管的阳极连接第二场效应管的漏极，第二光耦的发光二极管的阴极连接加热丝，第二光耦的光敏半导体的头端接入高电平电源，第二光耦的光敏半导体的末端连接第三光耦的发光二级管的阴极；

第一电容连接微处理器的信号输出引脚，且第一电容与第一光耦的发光二极管的两端相并联。

优选的，上述温控保护装置中，保护自锁模块包括：

第一晶体管；其中，第一晶体管的基极与第二光耦的光敏半导体的末端相连，第一晶体管的发射极接地，第一晶体管的集电极连接第一光耦的光敏半导体的头端。

优选的，上述保护装置中，微处理器还用于当短路保护自锁电路对加热电路自锁后，实时监测温度采集模块采集的加热器件的实际温度，根据实际温度输出报警信号。

根据本发明的第二方面，本发明还提供了一种用于色谱仪温度控制的保护方法，该方法用于上述任一项技术方案提供的保护装置；所述方法包括：

温度采集模块实时采集气相色谱仪中加热器件的实际温度；

微处理器根据温度采集模块实时采集的实际温度，向加热电路和短路保护自锁电路发送加热控制信号；

加热电路根据微处理器的加热控制信号，对气相色谱仪的加热器件进行加热；

短路保护自锁电路在加热电路短路时，对加热电路进行短路保护和自锁。

综上，本发明上述技术方案提供的用于色谱仪温度控制的保护方案，通过设置温度采集模块、微处理器、加热电路以及短路保护自锁电路；使用温度采集模块与微处理器电连接，温度采集模块实时采集气相色谱仪中各加热器件的实际温度；并且由于微处理器分别与加热电路和短路保护自锁电路电连接，这样微处理器就能够根据温度采集模块实时采集的实际温度，控制加热电路进行加热，并且使能短路保护自锁电路；这样在加热电路短路时短路保护自锁电路对加热电路进行短路保护(主要为断开加热电路与电源的连接)和保护状态的自锁；具体地，加热电路在接收到微处理器的加热控制信号时对色谱仪的加热器件进行加热；短路保护自锁电路与加热电路电连接，这样短路保护自锁电路就能够在检测到加热电路短路时对加热电路进行短路保护和保护状态的自锁。通过上述方式，本发明上述技术方案通过对采集温度的逻辑判断，实现了气相色谱仪的实际温度的缺失保护，温度超限保护以及加热超时保护等，并同时给予报警及故障提示，可快速定位和排除系统故障。通过纯硬件方式实现加热丝短路保护，相比专用的电流比较器保护电路，对电路板的设计无特殊要求，也无需程序控制，不仅降低了PCB的设计难度也减少程序开发复杂度，成本低廉。相较于背景技术中提到的保险丝或多个电流比较器的方式，其响应速度更快，色谱仪的加热电路短路时可在最短的时间内切断加热丝的电源，达到最优的气相色谱仪的保护效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种用于色谱仪温度控制的保护装置的结构示意图；

图2是图1所示实施例提供的一种温度采集模块的结构示意图；

图3是图1所示实施例提供的一种加热电路和短路保护自锁电路的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种用于色谱仪温度控制的保护方法的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的主要解决的技术问题是：

针对气相色谱仪中加热器件的线路短路保护，常见的短路过流保护装置有两种：一种是在电路中串入保险丝，短路过流时通过保险丝熔断来切断电源。这种方式中保险丝会占用电路板上较大的空间，不利于小型化设计；并且若使用自恢复保险丝，则响应时间相对较长，在熔断之前电路板可能已经损坏。另一种是使用电流比较器来实现短路过流保护，但这种方式增加了程序复杂度，并且加大了电路板的设计复杂度；还需要应用多个电流比较器，导致增加的成本相对较高。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于色谱仪温度控制的保护装置，通过对采集到的实际温度的逻辑判断，实现色谱仪的温度缺失保护、温度超限保护和加热超时保护等保护效果；并且通过简单的元器件实现了纯硬件的短路保护及自锁模块电路。该温控保护装置，其保护响应速度极快，且无需较复杂的电流比较器电路，无需程序软件控制，容易实现且成本低廉。使得气相色谱仪达到温控功能更安全且更可靠的目的。

为实现上述目的，请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种用于色谱仪温度控制的保护装置的结构示意图。如图1所示，该保护装置包括：

温度采集模块1、微处理器2、加热电路3以及短路保护自锁电路4。其中，因为气相色谱仪包括多个通道，对应的温度采集模块1、加热电路3和短路保护自锁电路4也具有多个；上述多个通道的温度采集模块1、多个加热电路3和多个短路保护自锁电路4共用1个微处理器2。具体地，

温度采集模块1与微处理器2电连接，用于实时采集气相色谱仪中加热器件的实际温度。

微处理器2分别与加热电路3和短路保护自锁电路4电连接，用于根据温度采集模块1实时采集的实际温度，控制加热电路3，以及使能短路保护自锁电路4。短路保护自锁电路4的使能端与微处理器2电连接，能够接收微处理器2的加热控制信号，该加热控制信号作为使能信号，能够使能短路保护自锁电路4。

加热电路3，用于在微处理器2的控制下对气相色谱仪的加热器件进行加热。

短路保护自锁电路4还与加热电路3电连接，用于在加热电路3短路时，根据微处理器2的加热控制信号，对加热电路3进行短路保护和自锁。

综上，本发明实施例提供的用于色谱仪温度控制的保护方法，通过设置温度采集模块1、微处理器2，加热电路3以及短路保护自锁电路4；使用温度采集模块1与微处理器2电连接，温度采集模块1实时采集气相色谱仪中各加热器件的实际温度；并且由于微处理器2分别与加热电路3和短路保护自锁电路4电连接，这样微处理器2就能够根据温度采集模块1实时采集的实际温度，控制加热电路3进行加热，并在加热电路3短路时使用短路保护自锁电路4对加热电路3进行短路保护(主要为断开加热电路3与电源的连接)和保护状态的自锁；具体地，加热电路3在接收到微处理器2的加热控制信号时对气相色谱仪的加热器件进行加热；短路保护自锁电路4与加热电路3电连接，这样短路保护自锁电路4就能够在加热电路3短路时对加热电路3进行短路保护和保护状态的自锁。通过上述方式，本发明上述技术方案通过对采集温度的逻辑判断，实现了气相色谱仪的实际温度的缺失保护，温度超限保护以及加热超时保护等，并同时给予报警及故障提示，可快速定位和排除系统故障。通过纯硬件方式实现加热丝短路保护，相比专用的电流比较器保护电路，对电路板的设计无特殊要求，也无需程序控制，不仅降低了PCB的设计难度也减少程序开发复杂度，成本低廉。相较于背景技术中提到的保险丝或多个电流比较器的方式，其响应速度更快，色谱仪的加热电路3短路时可在最短的时间内切断加热丝的电源，达到最优的气相色谱仪的保护效果。

其中，作为一种优选的实施例，如图2所示，上述温度采集模块1包括：

温度传感器101、阻桥电路102和模数转换芯片103；其中，

温度传感器101设置于气相色谱仪中加热器件中，用于实时采集加热器件的实际温度；其中，温度采集模块1采用PT1000铂电阻作为温度传感器101。

阻桥电路102与温度传感器101电连接，用于将实际温度的电阻信号转换为电压信号。

模数转换芯片103与阻桥电路102电连接，模数转换芯片103还与微处理器2电连接，用于将电压信号转换为数字信号形式并发送至微处理器2。

具体的，通讯模块203接收外部上位机的指令，获取设定的目标温度值和失温保护温度值以及各通道是否开启加热控制的指令。温度采集模块1将各通道温控对象的实际温度发送到微处理器2，经过通讯模块203将实际温度上报到上位机或PID模块201，同时PID模块201根据设定的目标温度和实际温度进行比例微分积分(PID)运算，得到当前加热控制量，然后控制加热电路，对加热电路3的加热量大小进行调节，使温控对象的温度上升或下降；然后再次从温度采集模块1采集得到新的实际温度，再进行PID运算，得到新的加热控制量去控制加热模块，如此循环；直至达到目标温度值或失温问题已被处理。本申请实施例中，一个控制周期能够设置为90、100或110毫秒，以此来控制温控对象的实际温度与目标温度相符。

本申请实施例提供的技术方案，通过设置温度传感器101、阻桥电路102和模数转换芯片103，实现气相色谱仪中各温控部件的实际温度的实时采集，并且通过阻桥电路102将实际温度转化为电压信号，通过模数转换芯片103将模拟信号形式的电压信号转换为数字信号形式并发送至微处理器2。其中，温度采集模块1采用PT1000铂电阻作为温度传感器101，经过阻桥电路102将实际温度转换为电信号，由温度采集模块1内的模数转换芯片103将各通道温控对象(即上述温控部件)的实际温度发送到微处理器2，通过微处理器2实时进行逻辑判断，进行加热控制、失温保护、加热超时保护和短路保护及自锁等操作。

其中，对于上述温度采集模块1，如果PT1000铂电阻未接入或异常，在阻桥式电路中相当于该桥臂电阻无穷大，模数转换芯片103的采集值饱和，那么采集得到的温度值就异常高，这样就容易造成“失温”，采集得到的温度值远远偏离实际温度值。为了解决上述问题，作为一种优选的实施例，如图1所示，本申请实施例提供的微处理器2包括：

通讯模块203、PID模块201和报警模块202。其中，

通讯模块203与温度采集模块1电连接，用于获取各加热器件的目标温度、失温保护温度和数字信号形式的实际温度。通讯模块203包括串口和SPI通讯，串口和上位机向量，这样通讯模块203就能够获取上述目标温度、失温保护温度和数字信号形式的实际温度，并且将上述实际温度和报警信号上报。其中，通讯模块203与温度采集模块1之间是SPI通讯，从而获取上述数字信号形式的实际温度。

PID模块201与通讯模块203电连接，用于每隔预定周期对目标温度与实际温度进行比例微积分运算，得到加热电路3的当前加热控制量，使用当前加热控制量调节加热电路3的加热量大小。

报警模块202与通讯模块203电连接，用于判断预定持续时间内实际温度是否大于或等于失温保护温度。

另外，报警模块202，还用于当实际温度大于或等于失温保护温度时，关闭加热电路3，并通过通讯模块203输出温度超限报警信号。

报警模块202通过对温度的逻辑判断，完成温度缺失保护，加热超时保护和温度超限保护等温控保护功能。具体的，报警模块202会一直监测实际温度，如果在预定持续时间内实际温度大于或等于失温保护温度，即预定周期内监测到的温度都异常高，则判断为温度缺失，输出温度缺失报警信号，同时关闭当前通道的加热，防止因温度缺失导致加热失控。当报警模块202监测到的实际温度超过经通讯模块203设定的失温保护温度值时，则控制加热模块关闭加热，并通过通讯模块203输出温度超限报警信号。

另外，作为一种优选的实施例，如图1所示，上述保护装置中，报警模块202还用于当加热电路3加热预定时间后，计算温度采集模块1采集到的实际温度的上升幅度；根据实际温度的上升幅度，判断加热电路3是否加热超时；若判定加热电路3加热超时，关闭加热电路3并通过通讯模块203输出加热超时报警信号。

PID模块201，还用于根据实际温度与目标温度的差值，控制报警模块202停止计算实际温度的上升幅度。

本申请实施例提供的技术方案，通过对温度采集模块1，如果温度采集模块1的PT1000温度传感器101或者模块其它故障，可能会出现采集的温度不随实际温度变化而变化的情况，那么系统可能控制加热丝一直加热，最终导致实际温度过高损坏气相色谱仪的柱箱或检测器等器件。因此报警模块202还具有加热超时保护功能，具体实现为：如果加热开关已开启，但在一定的时间内，采集得到的实际温度没有达到规定的上升幅度(本实施例能够设置为每分钟0.3至0.5度，具体可设置为0.4度)，则判定加热超时，控制加热模块关闭加热，并输出加热超时报警信息。另外，因热传递及PT1000铂电阻的响应存在一定的滞后性，因此刚开启加热时，温度不会立即上升或者温度上升很慢；另外当前实际温度接近目标温度时，由于PID模块201的控制作用，温度上升会变慢或者在一定幅度内上下波动，所以刚开启加热的最初一段时间，即上述加热预定时间(本实施例能够取50-70秒内任意数，具体能够设置为1分钟)不进行加热超时判断，当PID模块201判定实际温度和目标温度接近时(本实施例为实际能够设置温度和目标温度相差3-6度内，具体能够设置为5度)，也不再进行加热超时判断。通过上述方式，能够实现对加热电路3的加热超时的准确检测和报警等处理。

另外，在保护装置的温控过程中，当加热丝出现短路情况时，短路保护自锁电路4会立即启动，让加热电路3不再工作同时将此保护状态自锁，保持加热电路3处于非工作状态。此时微控制器的加热正常开启状态，但由于存在短路保护，因此加热丝实际上不工作，那么气相色谱仪的被控部件的温度必然会慢慢降低，然后微处理器2就会识别到加热超时并提供相应的报警信息，直到加热丝短路的故障被排除。

作为一种优选的实施例，如图3所示，本申请实施例提供的加热电路3包括：

第三光耦U3、第三场效应管Q3和加热丝RL；其中，

第三场效应管Q3的源极连接于高电平电源，第三场效应管Q3的漏极连接于加热丝RL，第三场效应管Q3的栅极通过连接于第三光耦U3；

第三光耦U3的发光二极管的阳极连接于微处理器2的信号输出引脚，第三光耦U3的发光二极管的阴极接地；

加热丝RL的一端与第三场效应管Q3的漏极连接，加热丝RL的另一端接地。

本申请实施例中，第三光耦U3的发光二极管的阳极连接于微处理器2的信号输出引脚，当微处理器2的信号输出引脚输出高电平信号HEAT_CTL时，第三光耦U3的发光二极管的阳极为高电平，此时发光二极管导通，并且第三场效应管Q3与第三光耦U3通过第七电阻R7相连接，这样Q3就能够将高电平电源与电热丝RL导通，从而保持加热丝处于加热状态。另外，如图3所示，本申请实施例中的加热电路3还包括第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8。

另外，为了实现短路保护自锁电路4对加热电路3的短路保护功能和短路保护状态的自锁功能，作为一种优选的实施例，如图3所示，本申请实施例提供的色谱仪温度控制的保护装置中，短路保护自锁电路4与加热电路3并联接入微处理器2的信号输出引脚。如图3所示，本申请实施例提供的短路保护自锁电路4包括：

短路保护模块和保护自锁模块。其中，

短路保护模块与微处理器2的信号输出引脚电连接，用于当加热电路3处于加热状态时，监测加热电路3是否短路；当加热电路3短路时，控制加热电路3的加热丝RL断路。

保护自锁模块与短路保护模块和加热电路3分别电连接，用于当加热电路3短路时，自锁加热电路3的加热丝RL的断路状态。

具体如图3所示，本申请实施例提供的短路保护自锁模块4包括第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第一光耦U1，第二光耦U2，第一晶体三极管Q1，第二场效应管Q2，第一电容C1。

本申请实施例提供的技术方案中，当加热电路3短路时，短路保护模块扩展加热电路3的加热丝RL断路，从而避免烧毁气相色谱仪内的相关器件。另外，保护自锁模块与微处理器2的信号输出引脚电连接，这样当检测到加热丝RL处于短路状态时，保护自锁模块控制自锁加热电路3的加热丝RL处于断路状态。

其中，作为一种优选的实施例，如图3所示，本申请上述实施例提供的保护装置中，短路保护模块包括：

第一光耦U1、第二光耦U2、第二场效应管Q2和第一电容C1；其中，

第一光耦U1的发光二极管的阳极与微处理器2的信号输出引脚电连接，第一光耦U1的发光二极管的阴极接地。

第二场效应管Q2的源极连接于高电平电源，第二场效应管Q2的漏极连接第二光耦U2的发光二极管的阳极，第二场效应管Q2的栅极连接第一光耦U1的光敏半导体的头端。

第二光耦U2的发光二极管的阳极连接第二场效应管Q2的漏极，第二光耦U2的发光二极管的阴极连接加热丝RL，第二光耦U2的光敏半导体的头端接入高电平电源，第二光耦U2的光敏半导体的末端连接第三光耦U3的发光二级管的阴极。

第一电容C1连接微处理器2的信号输出引脚，且第一电容C1与第一光耦U1的发光二极管的两端相并联。

另外，作为一种优选的实施例，如图3所示，上述保护装置中，保护自锁模块包括：

第一晶体管Q1；其中，第一晶体管Q1的基极与第二光耦U2的光敏半导体的末端相连，第一晶体管Q1的发射极接地，第一晶体管Q1的集电极连接第一光耦U1的光敏半导体的头端。

具体的，HEAT_CTL为所述微处理器22的控制管脚，HEAT_CTL为高电平时第三光耦U3导通，进而第三场效应管Q3导通，加热丝RL通电，进行加热，反之，HEAT_CTL为低电平时第三场效应管Q3截止，加热丝RL断电，加热停止。

第二场效应管Q2的通断逻辑和第三场效应管Q3相同，当HEAT_CTL为高电平时，由于第一电容C1有个充电时间，所以第一光耦U1比第三光耦U3稍晚导通，进而第二场效应管Q2比第三场效应管Q3稍晚导通。

如果Q2截止，第二光耦U2的发光二极管阳极相当于悬空状态，如果Q2导通，第二光耦U2的发光二极管阳极变为Vin，如果Q3截止，那么第二光耦U2的发光二极管阴极相当于通过第五电阻R5和加热丝RL接地，即为低电平；，如果Q3导通，第二光耦U2的发光二极管阴极就相当于通过第五电阻R5和Vin相连；因Q3先于Q2导通，那么第二光耦U2的发光二极管的阴极就会比阳极先达到Vin高电平，而后Q2即使导通，发光二极管正负极间也不会有导通电压差，所以正常情况下第二光耦U2不会导通，不会影响第三场效应管Q3的工作状态；

当HEAT_CTL为高电平，加热丝RL处于加热状态，一旦加热丝RL短路，则相当于第二光耦U2的发光二极管阴极通过第五电阻R5和地相连，而此时Q2也时是导通状态，即第二光耦U2的发光二极管阳极电压为Vin,则第二光耦U2发光二极管正负极满足导通条件，就立即导通，进而第三光耦U3的发光二极管阴极电压变为V2，也是高电平，那么第三光耦U3的发光二极管正负极都为高电平，不再满足导通条件，即第三光耦U3立即截止，进而第三场效应管Q3立即截止，即截断了给加热丝RL的电源，达到短路保护的目的。

作为一种优选的实施例，如图3所示，本申请实施例提供的保护装置中，微处理器2还用于当短路保护自锁电路4对加热电路3自锁后，实时监测温度采集模块1采集的加热器件的实际温度，根据实际温度输出报警信号。

本申请实施例提供的技术方案中，当加热丝RL短路时，当第二光耦U2导通后，会使第一晶体管Q1导通，此时无论HEAT_CTL控制管脚处于什么状态，第二场效应管Q2都维持导通状态，进而第二光耦U2也会一直维持导通状态；也即第二光耦U2导通，第一晶体管Q1导通，第二场效应管Q2导通的状态会一直维持不变，那么第三场效应管Q3的截止状态也维持不变，给加热丝RL的电源也一直处于截断状态，直到加热丝RL短路现象消除；以此，达到短路保护自锁的功能。

综上，本发明实施例提供的色谱仪温度控制的保护装置，通过设置温度采集模块1、微处理器2，加热电路3以及短路保护自锁电路4；使用温度采集模块1与微处理器2电连接，温度采集模块1实时采集气相色谱仪中各加热器件的实际温度；并且由于微处理器2分别与加热电路3和短路保护自锁电路4电连接，这样微处理器2就能够根据温度采集模块1实时采集的实际温度，控制加热电路3进行加热，并在加热电路3短路时使用短路保护自锁电路4对加热电路3进行短路保护(主要为断开加热电路3与电源的连接)和保护状态的自锁；具体地，加热电路3在接收到微处理器2的加热控制信号时对气相色谱仪的加热器件进行加热；短路保护自锁电路4与加热电路3电连接，这样短路保护自锁电路4就能够在加热电路3短路时对加热电路3进行短路保护和保护状态的自锁。通过上述方式，本发明上述技术方案通过对采集温度的逻辑判断，实现了气相色谱仪的实际温度的缺失保护，温度超限保护以及加热超时保护等，并同时给予报警及故障提示，可快速定位和排除系统故障。通过纯硬件方式实现加热丝短路保护，相比专用的电流比较器保护电路，对电路板的设计无特殊要求，也无需程序控制，不仅降低了PCB的设计难度也减少程序开发复杂度，成本低廉。相较于背景技术中提到的保险丝或多个电流比较器的方式，其响应速度更快，色谱仪的加热电路3短路时可在最短的时间内切断加热丝的电源，达到最优的气相色谱仪的保护效果。

基于上述方法实施例的同一构思，本发明实施例还提出了一种用于色谱仪温度控制的保护方法，用于实现本发明的上述装置，由于该方法实施例解决问题的原理与装置相似，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

参见图4，图4为本发明实施例提供的一种用于色谱仪温度控制的保护方法的流程示意图。该方法用于上述任一项实施例提供的色谱仪温度控制的保护装置；如图4所示，该保护方法包括：

S110：温度采集模块实时采集气相色谱仪中加热器件的实际温度；

S120：微处理器根据温度采集模块实时采集的实际温度，向加热电路和短路保护自锁电路发送加热控制信号；

S130：加热电路根据微处理器的加热控制信号，对气相色谱仪的加热器件进行加热；

S140：短路保护自锁电路在加热电路短路时，对加热电路进行短路保护和自锁。

本发明实施例提供的技术方案通过对采集温度值的逻辑判断，实现了温度缺失保护，温度超限保护以及加热超时保护等，并且能够及时进行报警及故障提示，可快速定位和排除系统故障。通过纯硬件方式实现加热丝短路保护，相比专用的电流比较器保护电路，对电路板设计无特殊要求，也无需程序控制，不仅降低了PCB设计难度，也减少程序开发复杂度，同时响应速度却更快，短路时可在最短的时间内切断加热丝电源，达到最优的保护效果；

综上，本发明实施例提供的色谱仪温度控制的保护方案，通过设置温度采集模块、微处理器、加热电路以及短路保护自锁电路；使用温度采集模块与微处理器电连接，温度采集模块实时采集气相色谱仪中各加热器件的实际温度；并且由于微处理器分别与加热电路和短路保护自锁电路电连接，这样微处理器就能够根据温度采集模块实时采集的实际温度，控制加热电路进行加热，并在加热电路短路时使用短路保护自锁电路对加热电路进行短路保护(主要为断开加热电路与电源的连接)和保护状态的自锁；具体地，加热电路在接收到微处理器的加热控制信号时对气相色谱仪的加热器件进行加热；短路保护自锁电路与加热电路电连接，这样短路保护自锁电路就能够在加热电路短路时对加热电路进行短路保护和保护状态的自锁。通过上述方式，本发明上述技术方案通过对采集温度的逻辑判断，实现了气相色谱仪的实际温度的缺失保护，温度超限保护以及加热超时保护等，并同时给予报警及故障提示，可快速定位和排除系统故障。通过纯硬件方式实现加热丝短路保护，相比专用的电流比较器保护电路，对电路板的设计无特殊要求，也无需程序控制，不仅降低了PCB的设计难度也减少程序开发复杂度，成本低廉。相较于背景技术中提到的保险丝或多个电流比较器的方式，其响应速度更快，色谱仪的加热电路短路时可在最短的时间内切断加热丝的电源，达到最优的气相色谱仪的保护效果。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种用于色谱仪温度控制的保护装置，其特征在于，包括：

温度采集模块、微处理器、加热电路和短路保护自锁电路；其中，

所述温度采集模块与所述微处理器电连接，用于实时采集气相色谱仪中加热器件的实际温度；

所述微处理器分别与所述加热电路和短路保护自锁电路电连接，用于根据所述温度采集模块实时采集的实际温度，控制所述加热电路以及所述短路保护自锁电路；

所述加热电路，用于在所述微处理器的控制下对所述气相色谱仪的加热器件进行加热；

所述短路保护自锁电路还与所述加热电路电连接，用于在所述加热电路短路时，对所述加热电路进行短路保护和自锁；

所述加热电路包括：

第三光耦、第三场效应管和加热丝；其中，

所述第三场效应管的源极连接于高电平电源，所述第三场效应管的漏极连接于加热丝，所述第三场效应管的栅极通过第七电阻连接于所述第三光耦；

所述第三光耦的发光二极管的阳极连接于所述微处理器的信号输出引脚，所述第三光耦的发光二极管的阴极接地；

所述加热丝的一端与所述第三场效应管的漏极连接，所述加热丝的另一端接地；

所述短路保护自锁电路与所述加热电路并联接入所述微处理器的信号输出引脚；所述短路保护自锁电路包括：

短路保护模块和保护自锁模块；其中，

所述短路保护模块与所述微处理器的信号输出引脚电连接，用于当所述加热电路处于加热状态时，监测所述加热电路是否短路，当所述加热电路短路时，控制所述加热电路的加热丝断路；

所述保护自锁模块与所述短路保护模块和所述加热电路分别电连接，用于当所述加热电路短路时，自锁所述加热电路的加热丝的断路状态；

第一光耦、第二光耦、第二场效应管和第一电容；其中，

所述第一光耦的发光二极管的阳极与所述微处理器的信号输出引脚电连接，所述第一光耦的发光二极管的阴极接地；

所述第二场效应管的源极连接于高电平电源，所述第二场效应管的漏极连接第二光耦的发光二极管的阳极，所述第二场效应管的栅极连接所述第一光耦的光敏半导体的头端；

所述第二光耦的发光二极管的阳极连接所述第二场效应管的漏极，所述第二光耦的发光二极管的阴极连接所述加热丝，所述第二光耦的光敏半导体的头端接入高电平电源，所述第二光耦的光敏半导体的末端连接所述第三光耦的发光二极管的阴极；

所述第一电容连接所述微处理器的信号输出引脚，且所述第一电容与所述第一光耦的发光二极管的两端相并联；

第一晶体管；其中，所述第一晶体管的基极与所述第二光耦的光敏半导体的末端相连，所述第一晶体管的发射极接地，所述第一晶体管的集电极连接所述第一光耦的光敏半导体的头端。

2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述温度采集模块，包括：

温度传感器、阻桥电路和模数转换芯片；其中，

所述温度传感器设置于所述气相色谱仪中加热器件中，用于实时采集所述加热器件的实际温度；

所述阻桥电路与所述温度传感器电连接，用于将所述实际温度转换为电压信号；

所述模数转换芯片与所述阻桥电路电连接，所述模数转换芯片还与所述微处理器电连接，用于将所述电压信号转换为数字信号形式并发送至所述微处理器。

3.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述微处理器，包括：

通讯模块、PID模块和报警模块；其中，

所述通讯模块与所述温度采集模块电连接，用于获取各加热器件的目标温度、失温保护温度和数字信号形式的实际温度；

所述PID模块与所述通讯模块电连接，用于每隔预定周期对所述目标温度与所述实际温度进行比例微积分运算，得到所述加热电路的当前加热控制量，使用所述当前加热控制量调节所述加热电路的加热量大小；

所述报警模块与所述通讯模块电连接，用于判断预定持续时间内所述实际温度是否大于或等于所述失温保护温度；

所述报警模块，还用于当所述实际温度大于或等于所述失温保护温度时，关闭所述加热电路，并通过所述通讯模块输出温度超限报警信号。

4.根据权利要求3所述的保护装置，其特征在于，所述报警模块，还用于当所述加热电路加热预定时间后，计算所述温度采集模块采集到的实际温度的上升幅度；根据所述实际温度的上升幅度，判断所述加热电路是否加热超时；若判定所述加热电路加热超时，关闭所述加热电路并通过所述通讯模块输出加热超时报警信号；

所述PID模块，还用于根据所述实际温度与所述目标温度的差值，控制所述报警模块停止计算所述实际温度的上升幅度。

5.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述微处理器还用于当所述短路保护自锁电路对所述加热电路自锁后，实时监测所述温度采集模块采集的加热器件的实际温度，根据所述实际温度输出报警信号。

6.一种用于色谱仪温度控制的保护方法，其特征在于，所述保护方法用于权利要求1-5中任一项所述的保护装置；所述保护方法包括：

温度采集模块实时采集气相色谱仪中加热器件的实际温度；

微处理器根据所述温度采集模块实时采集的实际温度，向加热电路和短路保护自锁电路发送加热控制信号；

所述加热电路根据所述微处理器的加热控制信号，对所述气相色谱仪的加热器件进行加热；

所述短路保护自锁电路在所述加热电路短路时，对所述加热电路进行短路保护和自锁。

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