JP4207758B2 - Temperature controller for analyzer - Google Patents

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Description

本発明は、紫外可視分光光度計や蛍光分光光度計等、試料の温度制御を要する分析装置に使用される分析装置用温度制御装置に関する。   The present invention relates to a temperature controller for an analyzer used in an analyzer that requires temperature control of a sample, such as an ultraviolet-visible spectrophotometer and a fluorescence spectrophotometer.

紫外可視分光光度計や蛍光分光光度計では、試料の温度を高精度で制御するためにペルチエ素子を使用した電子冷熱式セルホルダが使用されている(特許文献1参照)。こうした電子冷熱式セルホルダの温度制御は次のようにして行われている。すなわち、ペルチエ素子により加熱又は冷却されるセルホルダの温度は、そのセルホルダに密着して設けられた温度センサでリアルタイムにモニタされる。制御装置は、その検出温度と目標温度との誤差に基づいて、ペルチエ素子用に用意されたスイッチング電源内に内蔵されているリレーのオン/オフ時間を制御し、それによってペルチエ素子に供給する電流を調整する。その結果、最終的にセルホルダの温度はほぼ目標温度に達して安定する。   In the ultraviolet-visible spectrophotometer and the fluorescence spectrophotometer, an electronic cold cell holder using a Peltier element is used to control the temperature of the sample with high accuracy (see Patent Document 1). The temperature control of such an electronic cold cell holder is performed as follows. That is, the temperature of the cell holder heated or cooled by the Peltier element is monitored in real time by a temperature sensor provided in close contact with the cell holder. Based on the error between the detected temperature and the target temperature, the control device controls the on / off time of the relay built in the switching power supply prepared for the Peltier element, and thereby supplies the current to the Peltier element. Adjust. As a result, the temperature of the cell holder finally reaches the target temperature and becomes stable.

しかしながら、こうした従来の温度制御方法では、例えば0℃や100℃といった、設定温度範囲の下限端又は上限端の温度が目標温度として設定された場合に、その目標温度付近でのオーバシュートやリンギングが大きくなる傾向にある。例えば図2は、従来の温度制御方法によって初期温度T0から目標温度Tjまで急激に昇温したときの温度変化の状態を示す概略グラフである。このグラフのように、実際の温度が目標温度Tjを大きく越えるオーバシュートや目標温度Tjを挟んで上下するリンギングが生じる。こうしたオーバシュートやリンギングが発生する主な理由は次の通りである。   However, in such a conventional temperature control method, when the temperature at the lower end or the upper end of the set temperature range such as 0 ° C. or 100 ° C. is set as the target temperature, overshoot or ringing near the target temperature occurs. It tends to grow. For example, FIG. 2 is a schematic graph showing a temperature change state when the temperature is rapidly raised from the initial temperature T0 to the target temperature Tj by the conventional temperature control method. As shown in this graph, an overshoot in which the actual temperature greatly exceeds the target temperature Tj and ringing up and down across the target temperature Tj occur. The main reasons for such overshoot and ringing are as follows.

(1)目標温度に或る程度近づくまでは急激に温度を変化させるため、この状態から緩やかに目標温度に近づくように制御のアルゴリズムを切り替えたとしても、すぐには温度変化が緩やかにはならない。また、こうした状況では、リレーのオン/オフ時間の制御が難しくなり、目的とする温度変化よりも誤差が大きくなりがちである。
(2)目標温度近傍ではペルチエ素子に供給する電流の極性を頻繁に切り替える必要があるが、極性切り替え時に制御不感時間が生じるため、温度の安定性を得るのが困難である。
(1) Since the temperature is abruptly changed until it approaches the target temperature to some extent, even if the control algorithm is switched so as to gradually approach the target temperature from this state, the temperature change does not become gradual immediately. . In such a situation, it becomes difficult to control the on / off time of the relay, and the error tends to be larger than the intended temperature change.
(2) In the vicinity of the target temperature, it is necessary to frequently switch the polarity of the current supplied to the Peltier element. However, since the control dead time occurs at the time of polarity switching, it is difficult to obtain temperature stability.

こうしたオーバシュートやリンギングが発生すると、試料が設定温度範囲を逸脱することになる。そのため、例えば、温度上昇又は下降の過程から温度が一定に維持されるまでの期間中に一定時間間隔で測定を行うような場合、オーバシュートやリンギングが生じている間は所望の温度とは異なる温度での測定を行っていることとなり測定の正確性を損なう。また、温度変化後に温度が安定した状態で測定したい場合には、目標温度に安定するまでに時間が掛かり、分析時間が長引いてしまって分析効率の低下の原因となる。さらにまた、例えば試料が生体サンプルなどである場合には、温度が設定温度範囲を越えてしまうと変性を生じたり本来の目的とする反応とは異なる反応が生じたり、或いは本来緩慢に進行するであろう反応が急に進んでしまったりするおそれがあり、測定の正確性を損なうのみならず、最悪の場合には測定結果が意味をもたなくなる。   When such overshoot or ringing occurs, the sample deviates from the set temperature range. Therefore, for example, when measurement is performed at regular time intervals during the period from the temperature rising or falling process until the temperature is kept constant, the temperature is different from the desired temperature while overshooting or ringing occurs. Measurement is performed at temperature, and the accuracy of the measurement is impaired. In addition, when it is desired to perform measurement in a state where the temperature is stable after the temperature change, it takes time until the temperature stabilizes to the target temperature, which prolongs the analysis time and causes a decrease in analysis efficiency. Furthermore, for example, when the sample is a biological sample, if the temperature exceeds the set temperature range, denaturation may occur, a reaction different from the original intended reaction may occur, or it may proceed slowly slowly. There is a risk that the reaction will suddenly proceed, and not only the accuracy of the measurement is impaired, but in the worst case, the measurement result becomes meaningless.

特開2003−121344号公報(段落0016、0017)JP 2003-121344 A (paragraphs 0016 and 0017)

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その主たる目的は、設定温度範囲の上限端および下限端のような極端に温度変化が生じる設定が行われた場合でも、温度変化のオーバシュートやリンギングを抑制して目標温度に迅速に収束させることができる分析装置用の温度制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its main purpose is to prevent the temperature change from being exceeded even when an extreme temperature change such as the upper limit end and the lower limit end of the set temperature range is performed. An object of the present invention is to provide a temperature control device for an analyzer that can quickly converge to a target temperature while suppressing chute and ringing.

上記課題を解決するために成された本発明は、分析装置にあって分析対象となる試料を温度制御対象物を介して加熱・冷却するための温度制御装置において、
a)前記温度制御対象物に装着されたN(Nは2以上の整数)チャンネルの加熱・冷却手段と、
b)該Nチャンネルの加熱・冷却手段のそれぞれの装着位置近傍における前記温度制御対象物の温度を検出するNチャンネルの温度検出手段と、
c)各チャンネル毎に与えられる後記制御量に応じて前記加熱・冷却手段にそれぞれ独立に駆動電力を供給する駆動手段と、
d)前記Nチャンネルの温度検出手段による各検出温度と目標温度とのそれぞれの差に応じて、前記駆動手段に与える制御量を各チャンネル毎に重み付けする処理手段と、
を備えることを特徴としている。
The present invention made to solve the above problems is a temperature control apparatus for heating and cooling a sample to be analyzed through a temperature control object in an analysis apparatus.
a) heating / cooling means of N (N is an integer of 2 or more) channel mounted on the temperature control object;
b) N-channel temperature detecting means for detecting the temperature of the temperature control object in the vicinity of the respective mounting positions of the N-channel heating / cooling means;
c) driving means for supplying driving power to the heating / cooling means independently according to the control amount given for each channel;
d) processing means for weighting the control amount given to the driving means for each channel according to the difference between each detected temperature by the temperature detecting means of the N channel and the target temperature;
It is characterized by having.

ここで加熱・冷却手段としては様々なものがあり得るが、分析装置用として広く利用されているペルチエ素子とすることができる。   Here, various heating / cooling means can be used, and a Peltier element widely used for an analyzer can be used.

本発明に係る温度制御装置では、処理手段は或る時点においてNチャンネルの温度検出手段によるN個の検出温度を受け取ると、このN個の検出温度と目標温度とのそれぞれの差に応じて、温度差が小さなチャンネルほど重み付けを小さくするように各チャンネル毎の重み付け係数を決め、その直前に各チャンネルに与えられている制御量に重み付け係数を乗じることにより、各チャンネル毎に制御量を更新する。駆動手段はこの更新された制御量を受けて、加熱・冷却手段にそれぞれ供給する駆動電力を増減させる。つまり、重み付け係数が小さく変更されたチャンネルについては駆動電力が減少され、重み付け係数が大きく変更されたチャンネルについては駆動電力が増加される。これにより、目標温度と実際の温度との差が大きなチャンネルではその差を埋めるような温度変化は相対的に大きくなり、逆に、目標温度と実際の温度との差が小さなチャンネルではその差を埋めるような温度変化は相対的に緩やかになる。このようにして、温度制御対象物の部位による温度の不均一性に応じて各チャンネルの加熱・冷却手段はそれぞれ独立に且つ全体のバランスをとりつつ温度制御対象物に熱量を与える。それによって温度制御対象物の温度は過剰なオーバシュートやリンギングを生じず、目標温度に迅速に収束する。   In the temperature control apparatus according to the present invention, when the processing means receives N detected temperatures by the temperature detecting means of the N channel at a certain time, according to the difference between the N detected temperatures and the target temperature, Decide the weighting coefficient for each channel so that the channel with the smaller temperature difference has a lower weight, and immediately update the control amount for each channel by multiplying the control amount given to each channel by the weighting coefficient. . The drive means receives the updated control amount and increases or decreases the drive power supplied to the heating / cooling means. That is, the drive power is reduced for the channel whose weighting coefficient is changed to a small value, and the drive power is increased for the channel whose weighting coefficient is changed greatly. As a result, the channel that has a large difference between the target temperature and the actual temperature has a relatively large temperature change that fills the difference, and conversely, the channel has a small difference between the target temperature and the actual temperature. The temperature change that fills becomes relatively gradual. In this way, the heating / cooling means of each channel applies heat to the temperature control object independently and in a balanced manner according to the temperature non-uniformity due to the temperature control object part. As a result, the temperature of the temperature control object does not cause excessive overshoot or ringing, and quickly converges to the target temperature.

本発明に係る分析装置用温度制御装置では、目標温度と実際の温度との乖離が大きい場合には、上述したような重み付けを行う必要はなく、むしろ可能な限り大きな熱量を与える又は奪うようにすることが好ましい。そこで、本発明の好ましい一態様として、前記処理手段は、前記温度検出手段による検出温度と目標温度との差が所定値を越えている場合には各チャンネル毎の制御量の重み付け処理を行わず、該所定値以下となったときに該処理を実行する構成とするとよい。   In the temperature control device for an analyzer according to the present invention, when the difference between the target temperature and the actual temperature is large, it is not necessary to perform the weighting as described above, but rather to give or take away as much heat as possible. It is preferable to do. Therefore, as a preferred aspect of the present invention, the processing unit does not perform weighting processing of the control amount for each channel when the difference between the temperature detected by the temperature detecting unit and the target temperature exceeds a predetermined value. The processing may be executed when the value is equal to or less than the predetermined value.

この構成によれば、検出温度と目標温度との差が所定値を越えている場合には制御量の重み付けを行うことなく温度制御を行うので、温度制御対象物の温度を迅速に目標温度近傍まで変化させることができ、その後に重み付けを行うように制御を変更することでオーバシュートやリンギングを低減して迅速に目標温度に収束させることができる。   According to this configuration, when the difference between the detected temperature and the target temperature exceeds a predetermined value, the temperature control is performed without weighting the control amount. By changing the control so that weighting is performed thereafter, overshoot and ringing can be reduced and the target temperature can be quickly converged.

さらにまた、本発明に係る分析用温度制御装置において、前記処理手段は、前記温度検出手段による検出温度が更に目標温度に近づいた段階で、各チャンネルの検出温度と目標温度との温度差の極性に応じていずれかのチャンネルの制御量を減じる処理を実行する構成とすることが好ましい。   Still further, in the analytical temperature control apparatus according to the present invention, the processing means is configured such that the polarity of the temperature difference between the detected temperature of each channel and the target temperature when the temperature detected by the temperature detecting means approaches the target temperature. It is preferable that the processing for reducing the control amount of any one of the channels is executed according to the above.

すなわち、複数のチャンネルにおける温度差の極性が相違しているということは、温度制御対象物上で、既に目標温度を越えてしまった(行き過ぎてしまった)部位と未だその目標温度に到達していない部位とが存在することを意味する。この場合、オーバシュート気味になる兆候が既に現れているから、制御量をさらに小さくすることによって全体として過剰なオーバシュートを抑制することができる。但し、その場合に、目標温度からの温度差が大きなチャンネルの制御量を減らしてしまうと目標温度に近づくような温度変化が緩慢になってしまうため、目標温度に迅速に収束させるにはあまり望ましくない。したがって、目標温度からの温度差が相対的に小さなチャンネルにおいて制御量を減らすとよい。   That is, the polarities of the temperature differences in the plurality of channels are different from each other on the temperature control object, the part that has already exceeded the target temperature (has gone too far) and still has reached the target temperature. It means that there is no part. In this case, since signs of overshoot appear already, excessive overshoot can be suppressed as a whole by further reducing the control amount. However, in that case, if the control amount of the channel where the temperature difference from the target temperature is large is reduced, the temperature change that approaches the target temperature becomes slow, so it is less desirable to quickly converge to the target temperature. Absent. Therefore, it is preferable to reduce the control amount in a channel where the temperature difference from the target temperature is relatively small.

本発明に係る分析装置用温度制御装置によれば、設定可能温度範囲の上限端、下限端など、極端な温度変化となるような目標温度が設定された場合でも、温度変化のオーバシュートやリンギングを抑制して迅速に目標温度に到達させることができる。したがって、例えば、一定時間間隔で測定を行うような場合にも、目的とする正確な温度での測定を行うことができる。また、目標温度に安定した後に測定を行う場合には、測定までの待ち時間を短縮化して効率的な測定が行える。さらにまた、温度制御対象物である試料が所定の温度範囲を逸脱するような温度となることがないので、試料の変性や、意図しない反応が生じる又は意図しない速度で反応が進行するといった状況を防止することができる。   According to the temperature control device for an analyzer according to the present invention, even when a target temperature that causes an extreme temperature change, such as an upper limit end or a lower limit end of the settable temperature range, is set, overshoot or ringing of the temperature change And the target temperature can be reached quickly. Therefore, for example, even when measurement is performed at regular time intervals, it is possible to perform measurement at a target accurate temperature. Further, when measurement is performed after stabilization at the target temperature, efficient measurement can be performed by shortening the waiting time until measurement. Furthermore, since the sample that is the object of temperature control does not reach a temperature that deviates from the predetermined temperature range, there is a situation in which the sample is denatured, an unintended reaction occurs, or the reaction proceeds at an unintended rate. Can be prevented.

以下、本発明に係る温度制御装置の一実施例として、分光光度計の試料セルの温調を行う温度制御装置について図面を参照して説明する。   Hereinafter, as an embodiment of a temperature control device according to the present invention, a temperature control device for controlling the temperature of a sample cell of a spectrophotometer will be described with reference to the drawings.

図1は本実施例の温度制御装置の概略構成図である。この装置において、温度制御対象物であるセルホルダ1の所定位置には3個のペルチエ素子2a、2b、2cが取り付けられ、各ペルチエ素子取付位置の近傍にはセルホルダ1の実際の温度を検出するための白金測温体である温度センサ3a、3b、3cが設けられている。すなわち、この実施例の装置は3チャンネルの加熱・冷却手段を有し、ペルチエ素子2a及び温度センサ3aがAチャンネル(Ach)、ペルチエ素子2b及び温度センサ3bがBチャンネル(Bch)、ペルチエ素子2c及び温度センサ3cがCチャンネル(Cch)である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a temperature control apparatus of the present embodiment. In this apparatus, three Peltier elements 2a, 2b and 2c are attached to a predetermined position of the cell holder 1 which is a temperature control object, and the actual temperature of the cell holder 1 is detected in the vicinity of each Peltier element attachment position. Temperature sensors 3a, 3b and 3c which are platinum temperature measuring elements are provided. That is, the apparatus of this embodiment has heating / cooling means of three channels, the Peltier element 2a and the temperature sensor 3a are A channel (Ach), the Peltier element 2b and the temperature sensor 3b are B channel (Bch), and the Peltier element 2c. The temperature sensor 3c is a C channel (Cch).

温度制御装置4は、上記3チャンネルのペルチエ素子2a、2b、2cへ駆動電流を供給するために例えばMOS−FETのスイッチを用いたスイッチング電源を含むペルチエ素子駆動部8と、上記3チャンネルの温度センサ3a、3b、3cから同時又はほぼ同時に温度データを読み込むための温度データ読み込み部5と、それら温度データと制御用パソコン9から与えられる目標温度Tjとに基づいてペルチエ素子駆動部8に含まれるスイッチのオン/オフを行うパルス信号のデューティ比を算出する演算処理部6と、このデューティ比に応じたパルス信号を発生してペルチエ素子駆動部8へ供給するパルス信号発生部7と、を含む。   The temperature control device 4 includes a Peltier element driving unit 8 including a switching power supply using, for example, a MOS-FET switch to supply driving current to the three-channel Peltier elements 2a, 2b, and 2c, and the temperature of the three channels. It is included in the Peltier element driving unit 8 based on the temperature data reading unit 5 for reading temperature data from the sensors 3a, 3b, 3c simultaneously or almost simultaneously, and the target temperature Tj given from the temperature data and the control personal computer 9. An arithmetic processing unit 6 for calculating a duty ratio of a pulse signal for turning on / off the switch, and a pulse signal generating unit 7 for generating a pulse signal corresponding to the duty ratio and supplying the pulse signal to the Peltier element driving unit 8 .

演算処理部6には予めセルホルダ1の大きさを元に実験的に求められたPID係数が記憶され、この係数を利用したPID演算を行うことによって後述するようにデューティ比を計算する。ペルチエ素子駆動部8は、入力されるパルス信号のデューティ比に応じた駆動電流をペルチエ素子2a、2b、2cに供給するから、デューティ比が大きいほどペルチエ素子2a、2b、2cからセルホルダ1に供給される熱量(加熱の場合には正の熱量、冷却の場合には負の熱量を与えるものとみなせる)は大きくなる。すなわち、この実施例では本発明における制御量は上記デューティ比である。   The arithmetic processing unit 6 stores a PID coefficient experimentally obtained based on the size of the cell holder 1 in advance, and calculates a duty ratio as will be described later by performing a PID calculation using this coefficient. Since the Peltier element driving unit 8 supplies a drive current corresponding to the duty ratio of the input pulse signal to the Peltier elements 2a, 2b, and 2c, the larger the duty ratio, the greater the duty ratio is supplied from the Peltier elements 2a, 2b, and 2c to the cell holder 1. The amount of heat generated (which can be regarded as giving positive heat in the case of heating and negative heat in the case of cooling) becomes large. That is, in this embodiment, the control amount in the present invention is the duty ratio.

次に、本実施例の温度制御装置における温度制御動作について図3のフローチャートに沿って説明する。   Next, the temperature control operation in the temperature control apparatus of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

オペレータが制御用パソコン9に目標温度Tjを入力設定し制御開始の指示を与えると(ステップS1)、制御用パソコン9を介してこの指示を受けた演算処理部6は温度制御処理を開始する(ステップS2)。まず、演算処理部6は3つのチャンネルに対して予め決められた初期的なデューティ比をパルス信号発生部7へ送る。これによって、ペルチエ素子駆動部8は各ペルチエ素子2a、2b、2cに駆動電流を供給し、ペルチエ素子2a、2b、2cはセルホルダ1を加熱又は冷却し始める(ステップS3)。一般に、初期的なデューティ比はいずれのチャンネルも同一である。   When the operator inputs and sets the target temperature Tj to the control personal computer 9 and gives an instruction to start control (step S1), the arithmetic processing unit 6 that receives this instruction via the control personal computer 9 starts the temperature control process ( Step S2). First, the arithmetic processing unit 6 sends an initial duty ratio predetermined for the three channels to the pulse signal generating unit 7. As a result, the Peltier element driving unit 8 supplies a drive current to the Peltier elements 2a, 2b, and 2c, and the Peltier elements 2a, 2b, and 2c start to heat or cool the cell holder 1 (step S3). In general, the initial duty ratio is the same for all channels.

温度データ読み込み部5は3つの温度センサ3a、3b、3cによる検出温度を所定時間間隔(ここでは100msec)で読み込んで演算処理部6へ送る(ステップS4)。演算処理部6は、この3個の検出温度データTa、Tb、Tcの平均値を算出し、この平均値データTavgと目標温度Tjとの温度差ΔTを求める(ステップS5)。そして、この温度差ΔTの絶対値が2℃以下であるか否かを判定し(ステップS6)、温度差ΔTの絶対値が2℃よりも大きい場合にはデューティ比を変更すること無しに温度制御を継続しつつステップS4へと戻る。初期温度T0に対して大きく離れた目標温度Tjが設定された場合には、加熱又は冷却開始から暫くの間は温度差ΔTの絶対値は必ず2℃を越えているので、ステップS4→S5→S6→S4…という処理を繰り返し、各チャンネルのペルチエ素子2a、2b、2cには初期的なデューティ比に対応した駆動電流が供給され続ける。それによって、セルホルダ1の温度は急激に上昇又は下降する。   The temperature data reading unit 5 reads the temperature detected by the three temperature sensors 3a, 3b, and 3c at a predetermined time interval (100 msec in this case) and sends it to the arithmetic processing unit 6 (step S4). The arithmetic processing unit 6 calculates an average value of the three detected temperature data Ta, Tb, and Tc, and obtains a temperature difference ΔT between the average value data Tavg and the target temperature Tj (step S5). Then, it is determined whether or not the absolute value of the temperature difference ΔT is 2 ° C. or less (step S6). If the absolute value of the temperature difference ΔT is larger than 2 ° C., the temperature is changed without changing the duty ratio. The process returns to step S4 while continuing the control. When the target temperature Tj that is far away from the initial temperature T0 is set, the absolute value of the temperature difference ΔT always exceeds 2 ° C. for a while from the start of heating or cooling, so steps S4 → S5 → The process of S6 → S4... Is repeated, and the drive current corresponding to the initial duty ratio is continuously supplied to the Peltier elements 2a, 2b, 2c of each channel. Thereby, the temperature of the cell holder 1 rapidly rises or falls.

そして、セルホルダ1の実際の温度が目標温度Tjに近付くと、ステップS6において温度差ΔTの絶対値が2℃以下と判定され、演算処理部6は各検出温度データTa、Tb、Tcと目標温度Tjとのそれぞれの温度差ΔTa、ΔTb、ΔTcを算出する(ステップS7)。そして、その中で絶対値が最大である最大温度差ΔTmax及び絶対値が最小である最小温度差ΔTminを抽出して、最大温度差ΔTmaxの絶対値が0.2℃以上2℃以下であって、且つ最大温度差ΔTmaxと最小温度差ΔTminの極性が逆であるか否かを判定する(ステップS8)。   When the actual temperature of the cell holder 1 approaches the target temperature Tj, it is determined in step S6 that the absolute value of the temperature difference ΔT is 2 ° C. or less, and the arithmetic processing unit 6 determines each detected temperature data Ta, Tb, Tc and the target temperature. The temperature differences ΔTa, ΔTb, ΔTc from Tj are calculated (step S7). The maximum temperature difference ΔTmax having the maximum absolute value and the minimum temperature difference ΔTmin having the minimum absolute value are extracted, and the absolute value of the maximum temperature difference ΔTmax is 0.2 ° C. or more and 2 ° C. or less. Further, it is determined whether or not the polarities of the maximum temperature difference ΔTmax and the minimum temperature difference ΔTmin are opposite (step S8).

通常、温度差ΔTの絶対値が2℃以下になってからも、暫くの間は、最大温度差ΔTmaxの絶対値は2℃以下とはならない。したがって、ステップS9以降へと進み、各チャンネルのデューティ比に対する重み付けを変更することでデューティ比の補正を行う。そのために、演算処理部6は、上記ステップS7で算出した3個の温度差ΔTa、ΔTb、ΔTcの絶対値を比較し、その大小関係に応じて、次のように重み付け係数を決める(ステップS9)。
(i)温度差が最も小さいチャンネル:重み付け係数0.25
(ii)温度差が次に小さいチャンネル:重み付け係数0.5
(iii)温度差が最も大きいチャンネル:重み付け係数1
Usually, even after the absolute value of the temperature difference ΔT becomes 2 ° C. or less, the absolute value of the maximum temperature difference ΔTmax does not become 2 ° C. or less for a while. Accordingly, the process proceeds to step S9 and subsequent steps, and the duty ratio is corrected by changing the weighting for the duty ratio of each channel. For this purpose, the arithmetic processing unit 6 compares the absolute values of the three temperature differences ΔTa, ΔTb, ΔTc calculated in step S7, and determines a weighting coefficient as follows according to the magnitude relationship (step S9). ).
(I) Channel with the smallest temperature difference: weighting factor 0.25
(Ii) Channel with the next smallest temperature difference: weighting factor 0.5
(Iii) Channel with the largest temperature difference: weighting factor 1

このように各チャンネルの新しい重み付け係数が求まったならば、その時点での各チャンネルのデューティ比に上記重み付け係数を乗算することによりデューティ比を更新する(ステップS10)。例えば上記(iii)温度差が最も大きいチャンネルでは重み付け係数が1であるからデューティ比は変化しないが、上記(i)温度差が最も小さいチャンネルでは重み付け係数が0.25であるからデューティ比はその直前の1/4に小さくなる。デューティ比が小さいほどペルチエ素子駆動部8からペルチエ素子に供給される駆動電力は少なくなるから、ペルチエ素子からセルホルダ1に与えられる熱量は小さくなる。したがって、ステップS10におけるデューティ比の更新によって、実際の温度と目標温度との差が小さなチャンネルではペルチエ素子からセルホルダ1に与えられる熱量が減少し、実際の温度と目標温度との差が大きなチャンネルではペルチエ素子からセルホルダ1に与えられる熱量は維持されるか、又は減少したとしてもその減少の程度は小さくなる。それによって、セルホルダ1の実際の温度の不均一さに応じてバランス良く熱量が供給され、特に、温度差が小さい部位に供給される熱量が抑制されることによって、オーバシュートを起こりにくくするのに非常に有効である。こうしてステップS6で一旦温度差ΔTの絶対値が2℃以下になった後には、ステップS7→S8→S9→S10→S4→S5→S6→S7…という処理を100msec毎に繰り返し、それによってセルホルダ1の実際の温度は目標温度Tjに近づいてゆく。   When a new weighting coefficient for each channel is obtained in this way, the duty ratio is updated by multiplying the duty ratio of each channel at that time by the weighting coefficient (step S10). For example, the duty ratio does not change because the weighting coefficient is 1 in the channel having the largest temperature difference (iii), but the duty ratio is 0.25 because the weighting coefficient is 0.25 in the channel having the smallest temperature difference (i). It decreases to the previous quarter. The smaller the duty ratio is, the less driving power is supplied from the Peltier element driving unit 8 to the Peltier element, so the amount of heat given from the Peltier element to the cell holder 1 is smaller. Therefore, by updating the duty ratio in step S10, the amount of heat given from the Peltier element to the cell holder 1 is reduced in the channel where the difference between the actual temperature and the target temperature is small, and in the channel where the difference between the actual temperature and the target temperature is large. Even if the amount of heat applied from the Peltier element to the cell holder 1 is maintained or decreased, the degree of the decrease is small. As a result, the amount of heat is supplied in a well-balanced manner according to the actual temperature non-uniformity of the cell holder 1, and in particular, the amount of heat supplied to the portion where the temperature difference is small is suppressed, thereby making it difficult for overshoot to occur. It is very effective. Thus, once the absolute value of the temperature difference ΔT becomes 2 ° C. or less in step S6, the process of steps S7 → S8 → S9 → S10 → S4 → S5 → S6 → S7... Is repeated every 100 msec, thereby the cell holder 1 The actual temperature approaches the target temperature Tj.

やがて、ステップS8の条件を満たしてステップS11に進む。このときには、セルホルダ1でいずれのチャンネルの温度センサ3a、3b、3cの取付位置の温度も目標温度Tjにかなり近いが、少なくとも1つの温度は目標温度Tjを行き過ぎてしまった状態にある。この温度の行き過ぎこそオーバシュートに他ならないから、このときには既にオーバシュートの兆候が現れているものとみなすことができる。そこで、過剰なオーバシュートを未然に防止するために全体としてセルホルダ1に供給する熱量を減少させるべくデューティ比を減らすわけであるが、目標温度Tjとの温度差が大きなチャンネルにおいてデューティ比を減らしてしまうと、目標温度Tjへ近づこうとする温度変化が緩やかになって収束に時間が掛かるおそれがある。こうしたことから、目標温度Tjに最も近いチャンネル、つまり最小温度差ΔTminであるチャンネルを選択し、そのチャンネルのその時点でのデューティ比に0.8を乗じる(ステップS11)。これによって、セルホルダ1にあって目標温度Tjに最も近い温度である部位に対する熱量の供給が一層減少し、オーバシュートを抑制するのに効果的である。   Eventually, the condition of step S8 is satisfied and the process proceeds to step S11. At this time, the temperature at which the temperature sensor 3a, 3b, 3c of any channel of the cell holder 1 is attached is considerably close to the target temperature Tj, but at least one temperature has exceeded the target temperature Tj. Since the overshoot of this temperature is nothing but overshoot, it can be considered that the sign of overshoot has already appeared at this time. Therefore, in order to prevent excessive overshoot, the duty ratio is reduced to reduce the amount of heat supplied to the cell holder 1 as a whole, but the duty ratio is reduced in a channel having a large temperature difference from the target temperature Tj. In this case, the temperature change that tends to approach the target temperature Tj becomes gentle, and it may take time to converge. For this reason, the channel closest to the target temperature Tj, that is, the channel having the minimum temperature difference ΔTmin is selected, and the duty ratio at that time of the channel is multiplied by 0.8 (step S11). As a result, the amount of heat supplied to the portion of the cell holder 1 that is closest to the target temperature Tj is further reduced, which is effective in suppressing overshoot.

このようにデューティ比を更新した状態で温度制御を続行し(ステップS12)、1秒が経過したならば、温度データ読み込み部5は3つの温度センサ3a、3b、3cによる検出温度を読み込んで演算処理部6へ送る(ステップ13)。演算処理部6は上記ステップS7と同様のステップS14の処理により、各検出温度データTa、Tb、Tcと目標温度Tjとのそれぞれの温度差ΔTa、ΔTb、ΔTcを算出し、その中で絶対値が最大である最大温度差ΔTmax及び絶対値が最小である最小温度差ΔTminを抽出して、その最大温度差ΔTmaxの絶対値が0.2℃以下であるか否かを判定する(ステップS15)。ここで、最大温度差ΔTmaxの絶対値が0.2℃以下になった場合には、セルホルダ1の温度が目標温度Tjにほぼ到達したと判断し、温度をほぼ一定に維持することを目的としたPID制御による温度制御に移行する。   In this way, the temperature control is continued with the updated duty ratio (step S12), and if 1 second has elapsed, the temperature data reading unit 5 reads and calculates the temperatures detected by the three temperature sensors 3a, 3b, and 3c. The data is sent to the processing unit 6 (step 13). The arithmetic processing unit 6 calculates the temperature differences ΔTa, ΔTb, ΔTc between the detected temperature data Ta, Tb, Tc and the target temperature Tj by the process of step S14 similar to the above step S7, and the absolute value among them is calculated. The maximum temperature difference ΔTmax having the maximum value and the minimum temperature difference ΔTmin having the minimum absolute value are extracted, and it is determined whether or not the absolute value of the maximum temperature difference ΔTmax is 0.2 ° C. or less (step S15). . Here, when the absolute value of the maximum temperature difference ΔTmax is 0.2 ° C. or less, it is determined that the temperature of the cell holder 1 has substantially reached the target temperature Tj, and the purpose is to maintain the temperature substantially constant. The process proceeds to temperature control by the PID control.

ステップS15において最大温度差ΔTmaxの絶対値が0.2℃以下になっていない場合には、最大温度差ΔTmaxと最小温度差ΔTminの極性が逆であるか否かを判定し(ステップS16)、極性が逆であればステップS11へ、極性が逆でなければステップS12へと戻る。すなわち、最大温度差ΔTmaxと最小温度差ΔTminの極性が逆である場合には、その時点で最小温度差ΔTminであるチャンネルのデューティ比を更に20%減少させることで加熱・冷却のための熱量を減らし、そうでない場合にはそれ以前のデューティ比を保持したまま加熱・冷却を行う。前述したように、ステップS13の処理は1秒間隔で行われるため、ステップS11におけるデューティ比の更新も1秒間隔になり、先の重み付けによるデューティ比の更新(100msec間隔)よりも格段に長い周期となる。   If the absolute value of the maximum temperature difference ΔTmax is not less than 0.2 ° C. in step S15, it is determined whether the polarities of the maximum temperature difference ΔTmax and the minimum temperature difference ΔTmin are opposite (step S16). If the polarity is reversed, the process returns to step S11, and if the polarity is not reversed, the process returns to step S12. That is, when the polarities of the maximum temperature difference ΔTmax and the minimum temperature difference ΔTmin are opposite, the duty ratio of the channel that is the minimum temperature difference ΔTmin at that time is further reduced by 20% to reduce the heat quantity for heating / cooling. If not, heating / cooling is performed while maintaining the previous duty ratio. As described above, since the process in step S13 is performed at 1 second intervals, the duty ratio update in step S11 is also performed at 1 second intervals, which is a period that is much longer than the duty ratio update by the previous weighting (100 msec intervals). It becomes.

以上説明したようなきめ細やかな制御によって、本実施例の温度制御装置ではセルホルダ1の温度を急激に上昇又は下降させる場合でも、オーバシュートやリンギングを良好に抑制することができる。   With the fine control as described above, the temperature control apparatus of the present embodiment can satisfactorily suppress overshoot and ringing even when the temperature of the cell holder 1 is suddenly raised or lowered.

上記構成の装置で実際に測定を行った結果について説明する。図4はセルホルダを25℃から降温レート−5[℃/分]で0℃まで制御した場合の実際の温度変化の測定結果を示すグラフである。また、図5は同じセルホルダを50℃から昇温レート+5[℃/分]で100℃まで制御した場合の実際の温度変化の測定結果を示すグラフである。この測定におけるセルホルダは20×20×90mmのサイズを有するアルミニウム製のブロック(36m3)であり、約12Wの吸熱量を持つペルチエ素子3個を利用した。図4及び図5のグラフを見れば判るように、降温、昇温のいずれの場合においても、オーバシュートやリンギングが十分に抑制されており、殆ど理想的な温度変化を示している。これによって、正確な温度における測定が可能であるとともに、試料の変性や不所望の反応などのおそれがなくなり、良好な測定が可能となる。 The result of actual measurement with the apparatus having the above configuration will be described. FIG. 4 is a graph showing measurement results of actual temperature changes when the cell holder is controlled from 25 ° C. to 0 ° C. at a temperature drop rate of −5 [° C./min]. FIG. 5 is a graph showing measurement results of actual temperature changes when the same cell holder is controlled from 50 ° C. to 100 ° C. at a temperature increase rate of +5 [° C./min]. The cell holder in this measurement was an aluminum block (36 m 3 ) having a size of 20 × 20 × 90 mm, and three Peltier elements having an endothermic amount of about 12 W were used. As can be seen from the graphs of FIGS. 4 and 5, overshoot and ringing are sufficiently suppressed in both cases of temperature decrease and temperature increase, indicating an almost ideal temperature change. As a result, measurement at an accurate temperature is possible, and there is no fear of sample denaturation or undesired reaction, and good measurement is possible.

なお、上記実施例は本発明の一例であるから、本発明の趣旨の範囲で適宜に変更、修正、追加を行えることは明らかである。例えば、上記実施例は3チャンネルの場合の構成であるが、2チャンネル以上であれば本発明を適用できることは明らかである。また、重み付け係数はチャンネル数やセルホルダの熱容量(サイズや材料に依存する)等に応じて適宜に定めておけばよい。   Since the above embodiment is an example of the present invention, it is obvious that changes, modifications, and additions can be made as appropriate within the scope of the present invention. For example, although the above embodiment has a configuration with three channels, it is obvious that the present invention can be applied to two or more channels. The weighting coefficient may be determined as appropriate according to the number of channels, the heat capacity of the cell holder (which depends on the size and material), and the like.

本発明の一実施例による温度制御装置の概略構成図。The schematic block diagram of the temperature control apparatus by one Example of this invention. 従来の温度制御方法によって初期温度T0から目標温度Tjまで昇温したときの温度変化の状態を示す概略グラフ。The schematic graph which shows the state of the temperature change when it heats up from initial temperature T0 to target temperature Tj with the conventional temperature control method. 本実施例の温度制御装置による制御フローチャート。The control flowchart by the temperature control apparatus of a present Example. 本実施例の温度制御装置における降温制御時の実際の温度変化の測定結果を示すグラフ。The graph which shows the measurement result of the actual temperature change at the time of temperature-fall control in the temperature control apparatus of a present Example. 本実施例の温度制御装置における昇温制御時の実際の温度変化の測定結果を示すグラフ。The graph which shows the measurement result of the actual temperature change at the time of temperature rising control in the temperature control apparatus of a present Example.

符号の説明Explanation of symbols

1…セルホルダ
2a、2b、2c…ペルチエ素子
3a、3b、3c…温度センサ
4…温度制御装置
5…温度データ読み込み部
6…演算処理部
7…パルス信号発生部
8…ペルチエ素子駆動部
9…制御用パソコン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cell holder 2a, 2b, 2c ... Peltier element 3a, 3b, 3c ... Temperature sensor 4 ... Temperature control device 5 ... Temperature data reading part 6 ... Arithmetic processing part 7 ... Pulse signal generation part 8 ... Peltier element drive part 9 ... Control PC

Claims (4)

分析装置にあって分析対象となる試料を温度制御対象物を介して加熱・冷却するための温度制御装置において、
a)前記温度制御対象物に装着されたN(Nは2以上の整数)チャンネルの加熱・冷却手段と、
b)該Nチャンネルの加熱・冷却手段のそれぞれの装着位置近傍における前記温度制御対象物の温度を検出するNチャンネルの温度検出手段と、
c)各チャンネル毎に与えられる後記制御量に応じて前記加熱・冷却手段にそれぞれ独立に駆動電力を供給する駆動手段と、
d)前記Nチャンネルの温度検出手段による各検出温度と目標温度とのそれぞれの差に応じて、前記駆動手段に与える制御量を各チャンネル毎に重み付けする処理手段と、
を備えることを特徴とする分析装置用温度制御装置。
In the temperature control device for heating / cooling the sample to be analyzed in the analyzer via the temperature control object,
a) heating / cooling means of N (N is an integer of 2 or more) channel mounted on the temperature control object;
b) N-channel temperature detecting means for detecting the temperature of the temperature control object in the vicinity of the respective mounting positions of the N-channel heating / cooling means;
c) driving means for supplying driving power to the heating / cooling means independently according to the control amount given for each channel;
d) processing means for weighting the control amount given to the driving means for each channel according to the difference between each detected temperature by the temperature detecting means of the N channel and the target temperature;
A temperature control device for an analyzer, comprising:
前記加熱・冷却手段はペルチエ素子であることを特徴とする請求項1に記載の分析装置用温度制御装置。   The temperature control apparatus for an analyzer according to claim 1, wherein the heating / cooling means is a Peltier element. 前記処理手段は、前記温度検出手段による検出温度と目標温度との差が所定値を越えている場合には各チャンネル毎の制御量の重み付け処理を行わず、該所定値以下となったときに該処理を実行することを特徴とする請求項1又は2に記載の分析装置用温度制御装置。   When the difference between the temperature detected by the temperature detection means and the target temperature exceeds a predetermined value, the processing means does not perform weighting processing of the control amount for each channel, but when the difference is below the predetermined value The temperature control device for an analyzer according to claim 1 or 2, wherein the processing is executed. 前記処理手段は、前記温度検出手段による検出温度が更に目標温度に近づいた段階で、各チャンネルの検出温度と目標温度との温度差の極性に応じていずれかのチャンネルの制御量を減じる処理を実行することを特徴とする請求項3に記載の分析装置用温度制御装置。   The processing means reduces the control amount of any channel according to the polarity of the temperature difference between the detected temperature of each channel and the target temperature when the temperature detected by the temperature detecting means further approaches the target temperature. The temperature control device for an analyzer according to claim 3, wherein the temperature control device is executed.
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