CN206057071U - 一种cod消解仪 - Google Patents

Abstract

一种COD消解仪，它包括主电路、加热体、控制电路、温度传感器和导热平台；它们之间的位置连接关系是：所述加热体通过主电路与AC220V交流电源形成回路，其一个工作表面通过导热硅脂与导热系数好的导热平台紧紧接触，除导热平台的工作表面，其余各面均被隔热纸紧紧包裹；所述主电路中双向晶闸管的门极与控制电路通过导线相连；所述温度传感器与导热平台相接触并通过导线与控制电路相连接；采用上述结构后，本实用新型的COD消解仪采用双向晶闸管构成的主电路，实现对COD消解仪加热体的加热，结合脉冲宽度调制、过零检测、零电压开通等技术，实现加热过程精确控制，并降低晶闸管开关损耗。

Description

一种COD消解仪

技术领域

本发明提供一种COD消解仪，属于分析仪器技术领域。

背景技术

COD(Chemical Oxygen Demand)，即化学需氧量，是指在一定严格的条件下，水中的还原性物质在外加的强氧化剂的作用下，被氧化分解时所消耗氧化剂的数量。利用化学氧化剂将水中的还原性物质氧化分解，根据残留的氧化剂的量计算出氧的消耗量。化学需氧量COD反映了水中受还原性物质污染的程度，这些物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等，但一般水及废水中无机还原性物质的数量相对不大，而被有机物污染是很普遍的，因此，COD可作为有机物质相对含量的一项重要指标，其值越小，说明水质污染程度越低。

目前进行COD测试试验，需要使用COD消解仪来加热含有样品及氧化剂的反应溶液，使其发生氧化还原反应，以加速样品的消解，从而使样品中的有机物完全氧化，进而测定样品的化学需氧量。

目前的COD消解仪一般采用整流后进行高频变换(如Buck电路)的主电路结构，该结构较为复杂，间接增加仪器体积；并且高频信号对系统会产生干扰，影响控制精度；同时高频变换所采用的功率开关器件在开通和关断期间存在功率损耗大的问题。

发明内容

(一)发明目的：

本发明的目的是提供一种以功率器件双向晶闸管作为主电路的COD消解仪，直接对AC220V交流电源进行控制，其结构简单，且没有高频干扰。结合过零检测技术，实现零电压开通，降低双向晶闸管的开关功率损耗；结合单片机控制实现加热功率的精确控制。

(二)技术方案：

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

本发明一种COD消解仪，它包括主电路、加热体、控制电路、温度传感器和导热平台。它们之间的位置连接关系是：所述加热体通过主电路与AC220V交流电源形成回路，其一个工作表面通过导热硅脂与导热系数好的导热平台紧紧接触，除导热平台的工作表面，其余各面均被隔热纸紧紧包裹；所述主电路中双向晶闸管的门极与控制电路通过导线相连；所述温度传感器与导热平台相接触并通过导线与控制电路相连接；

所述主电路为AC220V交流电源零线上串联一个双向晶闸管，AC220V交流电火线直接连接至加热体一个电极，AC220V交流电源零线经双向晶闸管输出至加热体另一个电极；

所述加热体为定制的电阻丝加热体；

所述控制电路包括滤波放大单元、单片机控制单元、过零检测单元、PWM隔离驱动单元、温度设定单元和保温时间设定单元；它们相互之间的关系是：所述温度传感器通过滤波放大单元与单片机控制单元相连，所述单片机控制单元与PWM隔离驱动单元、温度设定单元和保温时间设定单元相连，所述过零检测单元输入端接AC220V交流电源输出端与PWM隔离驱动单元相连，所述PWM隔离驱动单元输出端与主电路中双向晶闸管的门极相连；

进一步的，所述滤波放大单元包括差动放大电路和电压滤波放大电路，差动放大电路的输出端连接至电压滤波放大电路的输入端，所述差动放大电路和电压滤波放大电路为由集成运算放大器LM258及其外围电路构成，所述差动放大电路的基准为0℃时标准电阻的分压值；

进一步的，所述单片机控制单元为由单片机MC9S08DZ60MLC及其外围电路构成，输出脉宽调制信号(PWM信号)；

进一步的，所述过零检测单元为由光电耦合器TLP521-2、三极管9014、与非门电路芯片CD4011及其外围电路构成；它们相互之间位置连接的关系是：AC220V电源火线除与光电耦合器TLP521-2的4脚相连外，还与稳压管Z2阴极相连，稳压管Z2的阳极与光电耦合器TLP521-2的1脚相连，AC220V电源零线除与光电耦合器TLP521-2的2脚相连外，还与稳压管Z3阴极相连，稳压管Z3的阳极与光电耦合器TLP521-2的3脚相连，光电耦合器TLP521-2的5脚和7脚接地，光电耦合器TLP521-2的6脚和8脚并联后与三极管9014的基极相连，三极管9014的基极同时经上拉电阻接+5V供电，三极管9014的发射极接地，三极管9014的集电极经上拉电阻接+5V供电，同时与非门电路芯片CD4011的1脚和2脚相连，非门电路芯片CD4011的7脚接地，非门电路芯片CD4011的14脚接+5V供电，非门电路芯片CD4011的3脚作为输出端，输出ZERO信号；

进一步的，所述PWM隔离驱动单元是由D触发器芯片CD4013、三极管9014和光电耦合器TLP3042构成；它们相互之间的关系是：D触发器芯片CD4013的4脚、7脚和6脚接地，D触发器芯片CD4013的14脚接+5V供电，D触发器芯片CD4013的5脚接单片机输出的PWM信号，D触发器芯片CD4013的3脚接ZERO信号，D触发器芯片CD4013的1脚与三极管9014的基极相连，三极管9014的发射极接地，三极管9014的集电极接光电耦合器TLP3042的2脚，光电耦合器TLP3042的1脚经上拉电阻接+5V供电，光电耦合器TLP3042的6脚作为主电路输出，光电耦合器TLP3042的4脚接双向晶闸管的门极G；

进一步的，所述温度设定单元和保温时间设定单元，均由触点按键及其外围电路构成；该触点按键为6x6x5的微动开关；

所述温度传感器为PT100温度传感器，采样工作平台温度信号，通过滤波放大电路与单片机及外围电路相连；

所述导热平台为采用导热系数好的铸铝制作的且表面带有若干可放置反应试管沉孔的工作平台；

(三)本发明的优点及功效：

采用上述结构后，本发明的COD消解仪采用双向晶闸管构成的主电路，实现对COD消解仪加热体的加热，结合脉冲宽度调制、过零检测、零电压开通等技术，实现加热过程精确控制，并降低晶闸管开关损耗。

附图说明

下面将结合附图和具体实施方式对本作进一步详细的说明。

图1为本发明的电路结构示意图。

图2为本发明的滤波放大单元示意图。

图3为本发明的温度设定单元和保温时间设定单元示意图。

图4为本发明的过零检测单元示意图。

图5为本发明的PWM隔离驱动单元示意图。

图中：

1为主电路，2为加热体，3为温度传感器，4为控制电路，5为导热平台。

401为单片机控制单元，402为滤波放大单元，403为温度设定单元，404为保温时间设定单元按键，405为过零检测单元，406为PWM隔离驱动单元。

具体实施方式

下面结合附图来说明本发明的具体实施方式。

本发明一种COD消解仪，参见图1所示，它包括：主电路1，加热体2，温度传感器3，控制电路4，导热平台5；所述加热体2通过主电路1与AC220V交流电源形成回路，其一个工作表面通过导热硅脂与导热系数好的导热平台5紧紧接触，除导热平台5的工作表面，其余各面均被隔热纸紧紧包裹；所述主电路2中双向晶闸管的门极G与控制电路4通过导线相连；所述温度传感器3与导热平台5相接触并通过导线与控制电路4相连接。

参见图1所示，所述主电路1为AC220V交流电零线上串联一个双向晶闸管T1，AC220V交流电火线直接连接至加热体2一个电极，AC220V交流电零线经双向晶闸管T1输出至加热体2另一个电极。通过控制电路4控制主电路1中双向晶闸管T1的开通和关断，实现输出加热功率0～100％连续可调，实现对温度的精确控制。

参见图1所示，加热体2为电阻型加热体，该加热体2与主电路1的输出端相连接，加热体2的一个工作表面通过导热硅脂与导热平台5紧密接触，构成整体，该整体除导热平台5的工作表面，其余各面均被隔热纸紧紧包裹，实现保温，并防止高温影响电路失效。加热体2在主电路不同的输出功率下实现不同功率的加热及保温。

参见图1所示，温度传感器3为PT100温度传感器，温度传感器3通过导热硅脂与导热平台5内部螺纹紧密接触，其输出信号通过控制电路4内的滤波放大单元402输出至单片机控制单元401。

参见图1所示，控制电路4包括单片机控制单元401、滤波放大单元402、温度设定单元403、保温时间设定单元404、过零检测单元405、PWM隔离驱动单元406。温度传感器3通过滤波放大单元402与单片机控制单元401相连，所述单片机控制单元401与温度设定单元403、保温时间设定单元404、PWM隔离驱动单元405相连，过零检测单元405输入端接AC220V交流电源输出端与PWM隔离驱动单元406相连，所述PWM隔离驱动单元406输出端与主电路1中双向晶闸管T1的门极G相连。

其中，温度传感器3采集的温度信号经由滤波放大单元402进行信号滤波放大后输入至单片机控制单元401进行温度信号的采集及计算。温度设定单元403和保温时间设定单元404与单片机控制单元401相连，进行设定温度及保温时间的通讯。通过控制温度设定单元403和保温时间设定单元404的触点按键，进行设定温度及保温时间的选择。单片机控制单元401内部的单片机采用MC9S08DZ60MLC单片机，单片机控制单元401除采集滤波放大单元402输出的温度信号、温度设定单元403的设定温度信号和保温时间设定单元404的设定保温时间信号外，同时输出一路脉冲宽度调制信号PWM(占空比在0～100％连续可调)输出至PWM隔离驱动单元406。过零检测单元405检测主电路1输入AC220V交流电，采集电压过零时刻的信号ZERO，并与单片机控制单元401输出的脉冲宽度调制信号PWM协同输出至PWM隔离驱动单元406，从而隔离驱动双向晶闸管T1零电压导通。

参见图2所示，滤波放大电路402包括差动放大电路4021和电压滤波放大电路4022，差动放大电路4021的输出端连接至电压滤波放大电路4022的输入端，差动放大电路4021的基准为0℃时PT100温度传感器电阻值的分压值。本实施例中差动放大电路4021部分的放大器和电压滤波放大电路4022中的放大器分别采用运算放大器U1的两个放大器，本实施例中运算放大器为集成运算放大器LM258。滤波放大电路402采用经稳压器TL431稳压的+2.5V电压基准源，PT100温度传感器反馈的电压信号通过LM258与0℃时的标准电阻(100Ω)的分压值进行差动放大，LM258的5、6、7脚的放大器为差动放大器，温度传感器3输出信号一端与LM258的5脚相连接，另一端与LM258的6脚相连接。经过差动放大后，再经过由LM258的2、3、7脚的放大器及其外围电路组成的放大电路，进行电压信号的放大滤波，最后得到与实测温度相对应的电压信号，该电压信号输出至单片机控制单元401进行运算和处理。

参见图3所示，温度设定单元403和保温时间设定单元404分别由触点按键S1和S2及其外围电路构成，并与单片机控制单元401相连。本实施例中，单片机控制单元401内部已设计若干种温度及保温时间，并设有相应的指示灯，只需通过触点按键S1和S2来进行不同温度及保温时间参数的选择与设定。

参见图4所示，过零检测单元405主要由光电耦合器TLP521-2、三极管9014和与非门电路芯片CD4011及其外围电路构成。其中Z2、Z3稳压管的稳压值为+5V，当AC220V交流电处于+5V至0V阶段或者-5V至0V阶段，光电耦合器TLP521-2不工作，三极管9014的基极电压被上拉电阻R16拉高，9014工作，集电极接地，该段变化过程三极管集电极电压出现下降沿，并经过RC延时电路将该下降沿延时至AC220V交流电零电压时刻，实现过零检测。该下降沿经过与非门电路芯片CD4011转化成上升沿。

参见图5所示，所述PWM隔离驱动单元为由D触发器芯片CD4013、三极管9014和光电耦合器TLP3042及其外围电路构成。由单片机控制单元401产生的脉冲宽度调制信号PWM输出至CD4013的D脚，过零检测单元405产生的过零检测信号ZERO输出至CD4013的CLK脚，当ZERO出现上升沿(如前所述，此时AC220V交流电过零)，且PWM处于高电平，CD4013的Q脚输出高电平至三极管9014基极，9014集电极置地，同时，光电耦合器TLP3042工作，双向晶闸管T1的门极G接LOAD，双向晶闸管开通。至此，实现主电路对加热体的加热。由于单片机控制单元401输出的PWM信号占空比在0～100％连续可调，故能实现输出功率在0～100％连续可调。并且通过采用过零检测，实现双向晶闸管T1零电压开通，使得双向晶闸管T1的开关损耗为零。

通过采用上述的实施方式，获得一种结构简单，温度控制精确、功率损耗低的COD消解仪。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (2)

1.一种COD消解仪，其特征在于：它包括主电路、加热体、控制电路、温度传感器和导热平台；该加热体通过主电路与AC220V交流电源形成回路，其一个工作表面通过导热硅脂与导热系数好的导热平台紧紧接触，除导热平台的工作表面，其余各面均被隔热纸紧紧包裹；该主电路中双向晶闸管的门极与控制电路通过导线相连；该温度传感器与导热平台相接触并通过导线与控制电路相连接；

所述主电路为AC220V交流电源零线上串联一个双向晶闸管，AC220V交流电火线直接连接至加热体一个电极，AC220V交流电源零线经双向晶闸管输出至加热体另一个电极；

所述加热体为电阻丝加热体；

所述控制电路包括滤波放大单元、单片机控制单元、过零检测单元、PWM隔离驱动单元、温度设定单元和保温时间设定单元；该温度传感器通过滤波放大单元与单片机控制单元相连，该单片机控制单元与PWM隔离驱动单元、温度设定单元和保温时间设定单元相连，该过零检测单元输入端接AC220V交流电源输出端与PWM隔离驱动单元相连，该PWM隔离驱动单元输出端与主电路中双向晶闸管的门极相连；

进一步的，该滤波放大单元包括差动放大电路和电压滤波放大电路；差动放大电路的输出端连接至电压滤波放大电路的输入端，该差动放大电路和电压滤波放大电路为由集成运算放大器LM258及其外围电路构成，该差动放大电路的基准为0℃时标准电阻的分压值；

进一步的，该单片机控制单元为由单片机MC9S08DZ60MLC及其外围电路构成，输出脉宽调制信号即PWM信号；

进一步的，该过零检测单元为由光电耦合器TLP521-2、三极管9014、与非门电路芯片CD4011及其外围电路构成；该AC220V电源火线除与光电耦合器TLP521-2的4脚相连外，还与稳压管Z2阴极相连，该稳压管Z2的阳极与光电耦合器TLP521-2的1脚相连，该AC220V电源零线除与光电耦合器TLP521-2的2脚相连外，还与稳压管Z3阴极相连，该稳压管Z3的阳极与光电耦合器TLP521-2的3脚相连，该光电耦合器TLP521-2的5脚和7脚接地，该光电耦合器TLP521-2的6脚和8脚并联后与三极管9014的基极相连，该三极管9014的基极同时经上拉电阻接+5V供电，三极管9014的发射极接地，该三极管9014的集电极经上拉电阻接+5V供电，同时与非门电路芯片CD4011的1脚和2脚相连，非门电路芯片CD4011的7脚接地，非门电路芯片CD4011的14脚接+5V供电，该非门电路芯片CD4011的3脚作为输出端，输出ZERO信号；

进一步的，该PWM隔离驱动单元是由D触发器芯片CD4013、三极管9014和光电耦合器TLP3042构成；该D触发器芯片CD4013的4脚、7脚和6脚接地，该D触发器芯片CD4013的14脚接+5V供电，D触发器芯片CD4013的5脚接单片机输出的PWM信号，D触发器芯片CD4013的3脚接ZERO信号，D触发器芯片CD4013的1脚与三极管9014的基极相连，该三极管9014的发射极接地，三极管9014的集电极接光电耦合器TLP3042的2脚，该光电耦合器TLP3042的1脚经上拉电阻接+5V供电，光电耦合器TLP3042的6脚作为主电路输出，光电耦合器TLP3042的4脚接双向晶闸管的门极G；

进一步的，该温度设定单元和保温时间设定单元，均由触点按键及其外围电路构成；该触点按键为6x6x5的微动开关；

所述温度传感器通过滤波放大电路与单片机及外围电路相连；

所述导热平台为采用导热系数好的铸铝制作的且表面带有可放置反应试管沉孔的工作平台。

2.根据权利要求1所述的一种COD消解仪，其特征在于：所述的温度传感器为PT100温度传感器。