可编程数显电感耦合等离子体发射光谱仪氩气控制系统的制作方法

本实用新型涉及控制系统，尤其涉及一种可编程数显电感耦合等离子体发射光谱仪氩气控制系统。

背景技术：

电感耦合等离子体：由高频电流经感应线圈产生高频电磁场，让工作气体（氩气）电离形成火焰状放电高温等离子体，等离子体的最高温度达10000摄氏度。电感耦合等离子体发射光谱仪：又称为icp-aes光谱仪即以电感耦合高频等离子体为激发光源，利用每种元素的原子或离子发射特征光谱来判断物质的组成，而进行元素的定性与定量分析仪器。

电感耦合等离子体发射光谱仪内石英制成的等离子体发生管内有三个同轴氩气流经通道，氩气通过外部及中间的通道，环绕等离子，起到稳定等离子体及冷却石英管壁，防止管壁因温度过高而融化的作用。

根据电感耦合等离子体发射光谱仪操作规程规定，试验点火前应确认氩气的储量和压力，并确保驱气时间大于1小时，吹扫cid检测器，防止cid检测器结霜，造成cid检测器损坏。同时，因电感耦合等离子体发射光谱仪正常工作时，其等离子体炬管面的温度可高达6000-10000摄氏度。在试验完成，熄火后，也不能马上关掉氩气，必须至少继续吹扫cid检测器30分钟后才能关闭氩气。同时，若仪器若长期停用，也得关闭主机电源和气源使仪器处于停机状态。这就要求试验人员，在试验前、试验过程中和试验结束后的整个过程中对试验氩气的供应状况进行跟踪监测。为了提高icp-aes光谱仪工作时的稳定性和氩气利用效率，针对该仪器设计一套高精度的氩气自动控制系统，与手动式机械气瓶开关联用，更加能保障供气系统的安全和稳定。

技术实现要素：

本实用新型是为了解决上述不足，提供了一种可编程数显电感耦合等离子体发射光谱仪氩气控制系统。

本实用新型的上述目的通过以下的技术方案来实现：一种可编程数显电感耦合等离子体发射光谱仪氩气控制系统，包括氩气瓶、氩气自动控制器和电感耦合等离子体发射光谱仪；

所述氩气自动控制器包括中央控制器，中央控制器分别连接有电磁控制器、供电电源模块、定时和计数器、显示模块、蜂鸣和指示灯、按键输入模块、压力传感模块、电磁挡板控制模块和仪器点火/灭火控制模块；所述电磁控制器连接电感耦合等离子体发射光谱仪；所述压力传感模块由压力传感器及其外接电路组成，所述电磁挡板控制模块由高真空电磁挡板阀和电磁控制器及外围电路组成；

所述氩气瓶顶部安装有压力表，氩气瓶通过供气管道依次连接机械开关、压力传感器、电磁挡板阀和电感耦合等离子体发射光谱仪。

本实用新型中，机械开关和氩气自动控制器对整个检测系统的氩气供气起到双重开关的作用。

本实用新型中，中央控制器为中心处理部分，负责对外围所有电路的控制；供电电源模块负责给控制器提供各类接口电压；定时和计数器负责为氩气开关的打开时间、仪器开关的点火时间、仪器开关的灭火时间及氩气开关的关闭时间计时；显示模块负责显示功能；蜂鸣器负责危及的报警；指示灯负责正常工作状态和危及状态的指示；按键输入模块负责各设计时长设计和各设计状态机的切换；压力传感模块，通过内置的压力传感器，实现对氩气瓶内压力的感应；电磁挡板控制模块通过对电磁挡板阀的控制，实现对氩气开关的开启或关闭；仪器点火/熄火控制模块通过对电磁控制器的控制，实现仪器的点火或灭火控制。

本实用新型中，所述中央控制器选用基于armcortexm的32位kl25z128内核微控制硬件平台，其外接接口丰富、片内资源适中，内含3个定时和计数器，1个oled液晶显示器、4个方向按键和蜂鸣器。且预留足够的扩展口，提供i2c、2个uart等数字通讯接口。

本实用新型中，所述压力传感器选用xgzp6877数字型i2c压力传感芯片，压力传感器芯片与中央控制器通过i2c接口通信。

本实用新型中，所述中央控制器通过向电磁控制器（jdq-1248）发送指令，来控制电磁控制器（jdq-1248）的动作，来控制高真空电磁挡板阀（gdc-j25）的火线的开/断，从而实现电磁挡板的开/闭，进而实现氩气供气管道的开/关操作。

本实用新型中，所述仪器点火/熄火控制模块由电磁控制器（jdq-1248）及外围电路组成。中控制器通过向电磁控制器（jdq-1248）发送指令，来控制电磁控制器（jdq-1248）的动作，从而实现仪器火线的开/断，进而实现仪器的点火/熄火操作。

本实用新型的工作原理：

试验开始时，第一步，氩气瓶上的压力表会显示氩气瓶内氩气的压强值，试验人员可以人为判断氩气瓶内的氩气是否充足，是否需要更换。若氩气充足，打开设备电源，人工打开机械开关。

第二步，在氩气自动控制器上，通过显示模块和按键输入模块，试验员设置氩气电磁挡板阀的开启时间、仪器点火时间、仪器灭火时间、氩气电磁挡板阀的关闭时间、最小压力阈值、最大等待时间，设置完毕，氩气自动控制器的中央控制器对设置的参数及其外围设备进行系统自检测。如果自检测有问题，通过蜂鸣器报警和指示灯亮红灯，等待试验员的人工处理；如果自检测没问题，定时和计数器开始定时和计数，压力传感器将供气管道内的氩气压力值时时地传送到中央控制器。

第三步，系统正常运行过程中，中央控制器根据试验员设置输入的氩气电磁挡板阀的开启时间、仪器点火时间、仪器灭火时间、氩气电磁挡板阀的关闭时间，定时和计数器开始定时和计数，当电磁挡板阀的开启时间到时，中央控制器会向电磁挡板控制模块发送一个信号，让电磁挡板阀开启，使氩气通过氩气管道向电感耦合等离子体发射光谱仪供气；供气一定时间后，当仪器点火时间到时，中央控制器会向仪器点火/灭火控制模块发送一个信号，让电磁控制器开启，使电感耦合等离子体发射光谱仪点火；电感耦合等离子体发射光谱仪工作一定时间后，当仪器灭火时间到时，中央控制器会向仪器点火/灭火控制模块再发送一个信号，让电磁控制器关闭，使电感耦合等离子体发射光谱仪灭火；仪器熄火一定时间后，当电磁挡板阀关闭时间到时，中央控制器会向电磁挡板控制模块发送一个信号，让电磁挡板阀关闭，自动关闭氩气与电感耦合等离子体发射光谱仪之间的供气管道。

一种情形，在系统进行上述第三步的过程中，压力传感模块通过压力传感器时向中央控制器输送供气管道内的氩气压力值。中央控制器接收到压力传感器输送的供气管道内的氩气压力值后，会将其与第二步设置的最小压力阈值相比较。如果压力传感器输送的压力值大于最小压力阈值，则系统按设定的程序继续运行；如果压力传感器输送的压力值等于或小于最小压力阈值，则说明氩气瓶内的氩气不足，需要提示试验员及时更换氩气，这时，中央控制器会使蜂鸣器报警和指示灯亮红灯，并等待试验员的处理指令。

一种情形，在蜂鸣器报警和指示灯亮红灯后，中央控制器根据第二步设置的最大等待时间，再次启动定时和计数器。如果在最大等待时间内，中央控制器有收到试验员输入的处理完毕的指令，则系统按原设置继续运行；如果在最大等待时间内，中央控制器没有收到试验员输入的处理完毕的指令，则系统启动自动设备灭火程序。

本实用新型与现有技术相比的优点是：现有的实验室电感耦合等离子体发射光谱仪需要外接氩气供气，氩气瓶什么时候开、什么时候关，完全是由试验人员来手动开启和关闭，氩气存储瓶内的压强也只能靠试验人员来人工读取。本实用新型通过在氩气瓶与光谱仪直接加入氩气自动控制器，实现了对氩气压力的自动测量，实现了对供气管道的电磁挡板的自动开关，实现了对光谱仪点火/熄火的自动操作，实现了氩气瓶储不足或其他紧急情况的自动检测及报警提示功能。可以有效减轻试验人员的工作量，尤其减轻了当光谱仪需要长时间（跨夜）运行时的人工监测的工作量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中氩气自动控制器的框图。

图3是数字型i2c压力传感器（5v供电）控制电路。

图4是gdc-j25高真空电磁挡板阀（220v供电）控制电路。

图5是仪器点火/熄火控制电路。

图6是本实用新型的系统控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步详述。

图1、图2所示，一种可编程数显电感耦合等离子体发射光谱仪氩气控制系统，包括氩气瓶1、氩气自动控制器6和电感耦合等离子体发射光谱仪5；

所述氩气自动控制器6包括中央控制器7，中央控制器7分别连接有电磁控制器10、供电电源模块11、定时和计数器12、显示模块13、蜂鸣和指示灯14、按键输入模块15、压力传感模块16、电磁挡板控制模块17和仪器点火/灭火控制模块18；所述电磁控制器10连接电感耦合等离子体发射光谱仪5；所述压力传感模块16由压力传感器8及其外接电路组成，所述电磁挡板控制模块由高真空电磁挡板阀9和电磁控制器10及外围电路组成；

所述氩气瓶1顶部安装有压力表2，氩气瓶1通过供气管道4依次连接机械开关3、压力传感器8、电磁挡板阀9和电感耦合等离子体发射光谱仪5。

本实用新型中，机械开关3和氩气自动控制器6对整个检测系统的氩气供气起到双重开关的作用。

本实用新型中，中央控制器为中心处理部分，负责对外围所有电路的控制；供电电源模块负责给控制器提供各类接口电压；定时和计数器负责为氩气开关的打开时间、仪器开关的点火时间、仪器开关的灭火时间及氩气开关的关闭时间计时；显示模块负责显示功能；蜂鸣器负责危及的报警；指示灯负责正常工作状态和危及状态的指示；按键输入模块负责各设计时长设计和各设计状态机的切换；压力传感模块，通过内置的压力传感器8，实现对氩气瓶内压力的感应；电磁挡板控制模块通过对电磁挡板阀9的控制，实现对氩气开关的开启或关闭；仪器点火/熄火控制模块通过对电磁控制器10的控制，实现仪器的点火或灭火控制。

本实用新型中，所述中央控制器7选用基于armcortexm的32位kl25z128内核微控制硬件平台，其外接接口丰富、片内资源适中，内含3个定时和计数器，1个oled液晶显示器、4个方向按键和蜂鸣器。且预留足够的扩展口，提供i2c、2个uart等数字通讯接口。

本实用新型中，如图3所示，压力传感器8选用xgzp6877数字型i2c压力传感芯片，压力传感器8芯片与中央控制器7通过i2c接口通信。

本实用新型中，所述中央控制器7通过向电磁控制器（jdq-1248）发送指令，来控制电磁控制器（jdq-1248）的动作，来控制高真空电磁挡板阀（gdc-j25）的火线的开/断，如图4所示，从而实现电磁挡板的开/闭，进而实现氩气供气管道的开/关操作。

本实用新型中，如图5所示，所述仪器点火/熄火控制模块由电磁控制器（jdq-1248）及外围电路组成。中控制器通过向电磁控制器（jdq-1248）发送指令，来控制电磁控制器（jdq-1248）的动作，从而实现仪器火线的开/断，进而实现仪器的点火/熄火操作。

本实用新型的工作原理：

如图1、图2及图6所示，试验开始时，第一步，氩气瓶1上的压力表2会显示氩气瓶内氩气的压强值，试验人员可以人为判断氩气瓶1内的氩气是否充足，是否需要更换。若氩气充足，打开设备电源，人工打开机械开关3。

第二步，在氩气自动控制器8上，通过显示模块13和按键输入模块15，试验员设置氩气电磁挡板阀的开启时间、仪器点火时间、仪器灭火时间、氩气电磁挡板阀的关闭时间、最小压力阈值、最大等待时间，设置完毕，氩气自动控制器8的中央控制器7对设置的参数及其外围设备进行系统自检测。如果自检测有问题，通过蜂鸣器14报警和指示灯亮红灯，等待试验员的人工处理；如果自检测没问题，定时和计数器12开始定时和计数，压力传感器8将供气管道4内的氩气压力值时时地传送到中央控制器7。

第三步，系统正常运行过程中，中央控制器7根据试验员设置输入的氩气电磁挡板阀的开启时间、仪器点火时间、仪器灭火时间、氩气电磁挡板阀的关闭时间，定时和计数器12开始定时和计数，当电磁挡板阀的开启时间到时，中央控制器7会向电磁挡板控制模块17发送一个信号，让电磁挡板阀9开启，使氩气通过氩气管道向电感耦合等离子体发射光谱仪供气；供气一定时间后，当仪器点火时间到时，中央控制器7会向仪器点火/灭火控制模块18发送一个信号，让电磁控制器10开启，使电感耦合等离子体发射光谱仪点火；电感耦合等离子体发射光谱仪工作一定时间后，当仪器灭火时间到时，中央控制器7会向仪器点火/灭火控制模块18再发送一个信号，让电磁控制器10关闭，使电感耦合等离子体发射光谱仪灭火；仪器熄火一定时间后，当电磁挡板阀关闭时间到时，中央控制器7会向电磁挡板控制模块17发送一个信号，让电磁挡板阀9关闭，自动关闭氩气与电感耦合等离子体发射光谱仪之间的供气管道。

一种情形，在系统进行上述第三步的过程中，压力传感模块16通过压力传感器8时向中央控制器7输送供气管道4内的氩气压力值。中央控制器7接收到压力传感器8输送的供气管道4内的氩气压力值后，会将其与第二步设置的最小压力阈值相比较。如果压力传感器8输送的压力值大于最小压力阈值，则系统按设定的程序继续运行；如果压力传感器8输送的压力值等于或小于最小压力阈值，则说明氩气瓶1内的氩气不足，需要提示试验员及时更换氩气，这时，中央控制器7会使蜂鸣器报警14和指示灯亮红灯，并等待试验员的处理指令。

一种情形，在蜂鸣器报警14和指示灯亮红灯后，中央控制器7根据第二步设置的最大等待时间，再次启动定时和计数器12。如果在最大等待时间内，中央控制器7有收到试验员输入的处理完毕的指令，则系统按原设置继续运行；如果在最大等待时间内，中央控制器7没有收到试验员输入的处理完毕的指令，则系统启动自动设备灭火程序。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。