温度控制电路的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种温度控制电路，用于对质谱仪进样系统的雾化室的温度进行控制，雾化室配设有制冷片，温度控制电路包括：程控恒流源模块，用以对制冷片提供恒流电源；温度传感器模块，用以采集雾化室内的实时温度以获得温度采样信号；模数转换模块，耦接于温度传感器模块，用以对温度采样信号进行模数转换；以及控制模块，耦接于程控恒流源模块与模数转换模块间，用以根据温度采样信号经模数转换模块转换后值控制程控恒流源模块的输出。本发明所提出的本温度控制电路，同时实现了制冷片和温度传感器的在线断路检测功能，从而可以提高温度控制的可靠性和自检能力。
【专利说明】温度控制电路
【技术领域】
[0001] 本发明涉及质谱仪，特别涉及质谱仪中的雾化室温度控制的温度控制电路。
【背景技术】
[0002] 电感耦合等离子体质谱技术（ICP-MS)是20世纪70年代迅速发展起来的分析 测试技术，其原理是利用电感耦合等离子体将分析样品中所含的元素离子化为带电离子， 通过离子传输系统将带电离子引入质量分析器中，按不同质荷比分开，经检测器将离子电 流放大后，由测控系统处理给出分析结果。与其它分析技术相比，所述的ICP-MS具有检出 限低、线性范围宽、可快速同时检测各种元素等优点。随着应用范围的扩大，ICP-MS已发展 成为本领域的一种常规的分析测试技术。
[0003] -般来说，质谱仪主要由进样系统、离子源、离子导入和离子传输、质量分析器、检 测器组成，其中，进样系统是质谱仪的重要组成部分。在电感耦合等离子体质谱的进样系统 中，恒温对仪器分析起到了重要的作用。首先，低温下进样时，氧化物就会降低，使得干扰减 少，检测范围有所改进；其次，在低温度下，可以降低等离子体上的溶剂负载，并且即使是最 具挥发性的溶剂，仍可对其进行直接ICP-MS分析。基于这两点，则需要给ICP-MS进样系统 提供实时的温度控制。
[0004] 进样系统一般包括雾化器及雾化室，雾化室需采用温度控制，目前,现有雾化室温 控器采用帕尔贴（Peltier)效应的半导体制冷片，并主要采用PWM技术对温度进行调节， 但是，现有的控制方式，是以恒压源为制冷片供电，缺少对制冷片的过流保护和断路检测功 能，也缺少对温度传感器的断路检测功能。
【发明内容】
[0005] 鉴于上述，有必要针对现有的雾化室温度控制所带来的不足问题提出了一种温度 控制电路，具体如下： 一种温度控制电路，用于对质谱仪进样系统的雾化室的温度进行控制，所述雾化室配 设有制冷片，包括： 程控恒流源模块，用以对所述制冷片提供恒流电源； 温度传感器模块，用以采集所述雾化室内的实时温度以获得温度采样信号； 模数转换模块，耦接于所述温度传感器模块，用以对所述温度采样信号进行模数转换； 以及 控制模块，耦接于所述程控恒流源模块与所述模数转换模块间，用以根据所述温度采 样信号经所述模数转换模块转换后值控制所述程控恒流源模块的输出。
[0006] 在一实施方式中，所述温度控制电路，还包括： 电流检测模块，用以对所述程控恒流源模块的输出电流进行检测以获得一检测电流并 传输至所述模数转换模块； 电压检测模块，用以对所述制冷片的供电电压进行检测以获得一检测电压并传输至所 述模数转换模块；以及 数模转换模块，耦接于所述程控恒流源模块与所述控制模块间，其中，所述控制模块根 据所述检测电流、所述检测电压经所述模数转换模块转换后值控制所述数模转换模块，以 使所述数模转换模块为所述程控恒流源的输出提供参考电压基准。
[0007] 在一实施方式中，所述温度控制电路，还包括： 关断控制模块，耦接于所述程控恒流源模块与所述控制模块间，其中，所述控制模块根 据所述检测电流、所述检测电压经所述模数转换模块转换后值控制所述关断控制模块，以 使所述关断控制模块对所述程控恒流源模块进行关断控制。
[0008] 在一实施方式中，所述程控恒流源模块包括： 恒流源调节单元，耦接于所述数模转换模块、所述关断控制模块，用以比较所述参考电 压基准与所述检测电流以产生调节电压控制信号； 电压转换单元，耦接于所述恒流源调节单元，用以根据所述调节电压控制信号进行电 压转换； 第一级电流放大单元，耦接于所述电压转换单元，用以对所述电压转换单元的输出信 号进行电流放大以产生第一电流信号； 第二级电流放大单元，耦接于所述第一级电流放大单元，用以对所述第一电流信号进 行电流放大以产生第二电流信号； 限流单元，耦接于所述第二级电流放大单元，用以对所述第二电流信号进行限流以产 生第二电流号； 滤波单元，耦接于所述限流单元，用以对第三电流信号进行滤波处理以产生第四电流 信号； 电源输出端，其一端耦接于所述滤波单元，另一端耦接于所述制冷片，用以将所述第四 电流信号输出至所述制冷片；以及 电源返回端，其一端耦接于所述制冷片，另一端通过所述电流检测模块耦接于所述恒 流源调节单元。
[0009] 在一实施方式中，所述程控恒流源还包括保护单元，耦接于所述滤波单元，用以对 所述滤波单元进行放电。
[0010] 在一实施方式中，所述温度控制电路，还包括： 恒流源模块，用以对所述温度传感器模块供电； 断路检测模块，耦接于所述温度传感器模块与所述恒流源模块间，用以检测所述温度 传感器模块是否断路。
[0011] 在一实施方式中，所述温度控制电路，还包括： 温度信号调理模块，耦接于所述温度传感器模块与所述模数转换模块间，用以对所述 温度采样信号进行处理并将处理后信号传输至所述模数转换模块。
[0012] 在一实施方式中，所述温度传感器模块为热电阻温度传感器。
[0013] 在一实施方式中，所述热电阻温度传感器为四线钼热电阻温度传感器。
[0014] 在一实施方式中，所述制冷片为帕尔贴制冷片。
[0015] 由上可知，本发明所提出的温度控制电路中，控制模块根据检测电流、检测电压来 控制程控恒流源模块的输出，从而可以达成对制冷片工作电流的精细控制，使得制冷片处 于恒流源模式，则可以避免过电流损坏制冷片。同时，对电流和电压实时检测，可以实现制 冷片的断路检测功能。此外，关断控制模块可以及时关断程控恒流源模块，以防止制冷片意 外受损。进一步地， 还实现了温度传感器的断路检测功能，由此使得本温度控制电路同时实现了制冷片和 温度传感器的在线断路检测功能，从而可以提高温度控制的可靠性和自检能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1绘示了本发明一实施方式的温度控制电路的模块示意图； 图2绘示了本发明另一实施方式的温度控制电路的模块示意图； 图3绘示了本发明又一实施方式的温度控制电路的模块示意图；以及 图4绘示了图1、图2、图3中的程控恒流源模块的一实施方式的模块示意图。
【具体实施方式】
[0017] 为了使本领域相关技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实 施方式的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实 施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
[0018] 关于本文中所出现的"耦接"，可以指两模块(或单元、元件）的直接连接，也可以指 两模块(或单元、元件）的间接连接，即两模块(或单元、元件）间还存在其它模块(或单元、元 件)。
[0019] 参照图1，图1绘示了本发明一实施方式的温度控制电路的模块示意图。
[0020] 本实施方式中，温度控制电路1，用于对质谱仪进样系统的雾化室的温度进行控 制，雾化室配设有制冷片，此制冷片为半导体制冷片，如，帕尔贴制冷片。
[0021] 如图1所示，温度控制电路1包括程控恒流源模块11、温度传感器模块12、模数转 换模块13、控制模块14。
[0022] 程控恒流源模块11，用以对制冷片(未绘示)提供恒流电源，S卩，对制冷片供应恒流 电。
[0023] 温度传感器模块12,用以采集雾化室内的实时温度以获得温度采样信号。
[0024] 模数转换（ADC)模块13,耦接于温度传感器模块12,用以对温度采样信号进行模 数转换。
[0025] 控制模块14,耦接于程控恒流源模块11与模数转换模块13间，用以根据温度采样 信号经模数转换模块13转换后值控制程控恒流源模块11的输出。
[0026] 本实施方式中，由于程控恒流源模块11对制冷片提供恒流电源，使得制冷片可以 处于恒流源模式。
[0027] 参照图2,图2绘示了本发明另一实施方式的温度控制电路的模块示意图。
[0028] 如图2所示，温度控制电路1相对于图1还包括了电流检测模块15、电压检测模块 16、数模转换模块17、关断控制模块18。
[0029] 电流检测模块15,用以对程控恒流源模块11的输出电流进行检测以获得一检测 电流并传输至模数转换模块13。
[0030] 电压检测模块16，用以对制冷片的供电电压进行检测以获得一检测电压并传输至 模数转换模块13。
[0031] 数模转换（DAC)模块17,耦接于程控恒流源模块11与控制模块17间，其中，控制 模块17根据检测电流、检测电压经模数转换模块13转换后值控制数模转换模块17,以使数 模转换模块17为程控恒流源11的输出提供参考电压基准。
[0032] 关断控制模块18,耦接于程控恒流源模块11与控制模块14间，其中，控制模块14 根据检测电流、检测电压经模数转换模块13转换后值控制关断控制模块18,以使关断控制 模块18对程控恒流源模块11进行关断控制。
[0033] 本实施方式中，控制模块14还根据检测电流、检测电压来控制程控恒流源模块11 的输出，从而可以达成对制冷片工作电流的精细控制，避免了过电流损坏制冷片。同时，对 电流和电压实时检测，可以实现制冷片的断路检测功能。此外，关断控制模块18可以及时 关断程控恒流源模块11，以防止制冷片意外受损。
[0034] 参照图3,图3绘示了本发明又一实施方式的温度控制电路的模块示意图。如图3 所示，温度控制电路1进一步包括了恒流源模块19、断路检测模块20及温度信号调理模块 21。
[0035] 恒流源模块19,用以对温度传感器模块12供电，恒流源供电可以在温度传感器模 块12端取得线性的温度-电压值，方便温度的采集与实时控制。
[0036] 断路检测模块20,耦接于温度传感器模块12与恒流源模块19间，用以检测温度传 感器模块12是否断路，并将检测结果发送至控制模块14。
[0037] 在一实施例中，温度传感器模块12可以是热电阻温度传感器，较佳地，为四线钼 热电阻温度传感器，通过选用四线钼热电阻，可以有效减小引线对温度采集的影响，相应 地，通过切换钼热电阻四线连接方式，实现温度传感器模块12的断路检测，具体地说，通过 将两组线交替接至恒流源模块19回路，检测恒流源模块19精密电阻端的电压，实现对温度 传感器模块12的断路检测。
[0038] 参照图4,图4绘示了图1、图2、图3中的程控恒流源模块的一实施方式的模块示 意图。
[0039] 如图4所示，程控恒流源模块11包括恒流源调节单元111、电压转换单元112、第 一级电流放大单元113、第二级电流放大单元114、限流单元115、滤波单元116、电源输出端 117、电源返回端118及保护单元119。
[0040] 恒流源调节单元111，耦接于数模转换模块17、关断控制模块18,用以比较参考电 压基准与检测电流以产生调节电压控制信号。
[0041] 电压转换单元112,耦接于恒流源调节单元111，用以根据调节电压控制信号进行 电压转换。
[0042] 第一级电流放大单元113,耦接于电压转换单元112,用以对电压转换单元112的 输出信号进行电流放大以产生第一电流信号。
[0043] 第二级电流放大单元114,耦接于第一级电流放大单元113,用以对第一电流信号 进行电流放大以产生第二电流信号。
[0044] 限流单元115,耦接于第二级电流放大单元114,用以对第二电流信号进行限流以 广生第二电流?目号。
[0045] 滤波单元116,耦接于限流单元115,用以对第三电流信号进行滤波处理以产生第 四电流信号，此滤波单元116，可以是电解电容，如并联一定的电解电容来实现滤波。
[0046] 电源输出端117,其一端耦接于滤波单元116,另一端耦接于制冷片(未绘示)，用以 将第四电流信号输出至制冷片。
[0047] 电源返回端118,其一端耦接于制冷片（未绘示)，另一端通过电流检测模块15耦 接于恒流源调节单元111。
[0048] 保护单元119,耦接于滤波单元116,用以对滤波单元116进行放电，如对电解电容 进行放电。
[0049] 由上可知，本发明所提出的温度控制电路中，控制模块根据检测电流、检测电压来 控制程控恒流源模块的输出，从而可以达成对制冷片工作电流的精细控制，使得制冷片处 于恒流源模式，则可以避免过电流损坏制冷片。同时，对电流和电压实时检测，可以实现制 冷片的断路检测功能。此外，关断控制模块可以及时关断程控恒流源模块，以防止制冷片意 外受损。进一步地， 还实现了温度传感器的断路检测功能，由此使得本温度控制电路同时实现了制冷片和 温度传感器的在线断路检测功能，从而可以提高温度控制的可靠性和自检能力。
[0050] 以上仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而 理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱 离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因 此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1. 一种温度控制电路，用于对质谱仪进样系统的雾化室的温度进行控制，所述雾化室 配设有制冷片，其特征在于，包括： 程控恒流源模块，用以对所述制冷片提供恒流电源； 温度传感器模块，用以采集所述雾化室内的实时温度以获得温度采样信号； 模数转换模块，耦接于所述温度传感器模块，用以对所述温度采样信号进行模数转换； 以及 控制模块，耦接于所述程控恒流源模块与所述模数转换模块间，用以根据所述温度采 样信号经所述模数转换模块转换后值控制所述程控恒流源模块的输出。
2. 根据权利要求1所述的温度控制电路，其特征在于，还包括： 电流检测模块，用以对所述程控恒流源模块的输出电流进行检测以获得一检测电流并 传输至所述模数转换模块； 电压检测模块，用以对所述制冷片的供电电压进行检测以获得一检测电压并传输至所 述模数转换模块；以及 数模转换模块，耦接于所述程控恒流源模块与所述控制模块间，其中，所述控制模块根 据所述检测电流、所述检测电压经所述模数转换模块转换后值控制所述数模转换模块，以 使所述数模转换模块为所述程控恒流源的输出提供参考电压基准。
3. 根据权利要求2所述的温度控制电路，其特征在于，还包括： 关断控制模块，耦接于所述程控恒流源模块与所述控制模块间，其中，所述控制模块根 据所述检测电流、所述检测电压经所述模数转换模块转换后值控制所述关断控制模块，以 使所述关断控制模块对所述程控恒流源模块进行关断控制。
4. 根据权利要求3所述的温度控制电路，其特征在于，所述程控恒流源模块包括： 恒流源调节单元，耦接于所述数模转换模块、所述关断控制模块，用以比较所述参考电 压基准与所述检测电流以产生调节电压控制信号； 电压转换单元，耦接于所述恒流源调节单元，用以根据所述调节电压控制信号进行电 压转换； 第一级电流放大单元，耦接于所述电压转换单元，用以对所述电压转换单元的输出信 号进行电流放大以产生第一电流信号； 第二级电流放大单元，耦接于所述第一级电流放大单元，用以对所述第一电流信号进 行电流放大以产生第二电流信号； 限流单元，耦接于所述第二级电流放大单元，用以对所述第二电流信号进行限流以产 生第二电流号； 滤波单元，耦接于所述限流单元，用以对第三电流信号进行滤波处理以产生第四电流 信号； 电源输出端，其一端耦接于所述滤波单元，另一端耦接于所述制冷片，用以将所述第四 电流信号输出至所述制冷片；以及 电源返回端，其一端耦接于所述制冷片，另一端通过所述电流检测模块耦接于所述恒 流源调节单元。
5. 根据权利要求4所述的温度控制电路，其特征在于，所述程控恒流源还包括保护单 元，耦接于所述滤波单元，用以对所述滤波单元进行放电。
6. 根据权利要求1所述的温度控制电路，其特征在于，还包括： 恒流源模块，用以对所述温度传感器模块供电； 断路检测模块，耦接于所述温度传感器模块与所述恒流源模块间，用以检测所述温度 传感器模块是否断路。
7. 根据权利要求1所述的温度控制电路，其特征在于，还包括： 温度信号调理模块，耦接于所述温度传感器模块与所述模数转换模块间，用以对所述 温度采样信号进行处理并将处理后信号传输至所述模数转换模块。
8. 根据权利要求1所述的温度控制电路，其特征在于，所述温度传感器模块为热电阻 温度传感器。
9. 根据权利要求8所述的温度控制电路，其特征在于，所述热电阻温度传感器为四线 钼热电阻温度传感器。
10. 根据权利要求1所述的温度控制电路，其特征在于，所述制冷片为帕尔贴制冷片。
【文档编号】G05D23/20GK104102250SQ201410335727
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】刘召贵, 李林, 丁志国, 粟舜地, 周立 申请人:江苏天瑞仪器股份有限公司