一种基于可控硅的ESI源辅助气温控系统的制作方法

一种基于可控硅的esi源辅助气温控系统
技术领域
1.本发明涉及电喷雾电离源技术领域，特别涉及一种基于可控硅的esi源辅助气温控系统。


背景技术：

2.lc-ms/ms(液相色谱-三重四级杆质谱联用仪)结合了液相色谱与四极质谱，它是测定小分子有机物、检测化合物残留、辨别食品中污染物的实用工具。首先通过液相色谱将不同组分进行分离，然后将每个组分送入四级杆质谱仪中进行分析。所以，接口是影响液相色谱与四级杆质谱联用的关键组件之一。
3.接口温度是一个重要的技术参数，直接影响分离效果和分析速度。因此，必须维持色谱柱、分离器和质谱仪入口整个通道的温度恒定，或者由一端至另一端的温度下降幅度很小，务必避免通道中有冷却点存在，否则会使一些高沸点流出物在中途。不论接口温度过高还是过低，常常都会导致联机分析失败。另外，质谱仪的esi源辅助气也需要加热，esi源(电喷雾电离源)是将样品分子电离成带电的离子，然后进入质量分析器中被分离。esi源辅助气的温度与质谱仪的灵敏度和分辨率密切相关。
4.传统的继电器调温电路简单实用，但由于继电器动作频繁，可能会因触点不良而影响正常工作。采用主回路无触点控制，虽然能克服继电器接触不良的缺点，但温度控制范围小，精度不高。使用温度调节仪的温度控制系统，其主回路由接触器控制而不能快速反应，所以控温精度都比较低，误差大多为几度甚至可达十几度以上。
5.仪器仪表中常用pid控制算法的温控器，但现场pid参数整定麻烦，易受外界干扰，对于滞后大的过程控制，调节时间过长。其控制算法需要预先建立模型，对系统动态特性的影响很难归并到模型中。


技术实现要素：

6.为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，本发明的目的是提供一种基于可控硅的esi源辅助气温控系统，包括：可控硅相位控制加热电路、双路保护电路，所述可控硅相位控制加热电路包括控制电路、隔离电路、执行电路，所述执行电路包括可控硅、加热电源，所述控制电路与控制器、所述双路保护电路、所述隔离电路连接，所述隔离电路与所述可控硅连接，所述可控硅与所述加热电源连接。
7.进一步地，所述双路保护电路包括温度信号采集电路、第一保护电路和第二保护电路，所述第一保护电路、所述第二保护电路均与所述温度信号采集电路、控制器连接，所述第二保护电路与所述控制电路连接。
8.进一步地，所述控制电路包括第一三极管、第二三极管，控制器的输入输出端口与所述第一三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与电源、所述隔离电路连接，所述第二保护电路与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极与所述第一三极管的基极连接。
9.进一步地，所述隔离电路包括第一光电耦合器，所述第一光电耦合器的阳极端接电源，所述第一光电耦合器的阴极端与所述第一三极管的集电极连接，所述第一光电耦合器的终端与所述可控硅连接。
10.进一步地，所述可控硅为三端双向可控硅，所述三端双向可控硅的门极与所述第一光电耦合器的第一终端连接，所述三端双向可控硅的第一主电极经触发限流电阻与所述第一光电耦合器的第二终端连接，所述三端双向可控硅的第一主电极接电源，所述三端双向可控硅的门极经门极电阻与所述第一光电耦合器的第二主电极连接，所述三端双向可控硅的第二主电极与所述加热电源连接。
11.进一步地，所述执行电路还包括rc阻容吸收电路，所述rc阻容吸收电路中的电阻和电容串联，所述rc阻容吸收电路中的电阻与所述三端双向可控硅的第一主电极连接，所述rc阻容吸收电路中的电容与所述三端双向可控硅的第二主电极连接。
12.进一步地，所述温度信号采集电路包括温度传感器、常闭温控开关，所述温度传感器与所述第一保护电路连接，所述常闭温控开关与所述第二保护电路连接。
13.进一步地，所述第一保护电路包括上拉及分压电路、差分运算放大器，所述上拉及分压电路与所述温度传感器、所述差分运算放大器连接，所述差分运算放大器与控制器连接。
14.进一步地，所述第二保护电路包括第二光电耦合器，所述第二光电耦合器的阳极端接电源，所述第二光电耦合器的阴极端与所述常闭温控开关连接，所述第二光电耦合器的发射极接地，所述第二光电耦合器的集电极与电源、控制电路、控制器连接。
15.进一步地，所述第一保护电路还包括esd保护二极管、钳位二极管，所述esd保护二极管的正极接在所述上拉及分压电路与所述温度传感器之间，所述esd保护二极管的负极接地，所述钳位二极管的正极接在所述差分运算放大器的输出端与控制器之间，所述钳位二极管的负极接地。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
17.本发明提供一种基于可控硅的esi源辅助气温控系统，其中，可控硅相位控制加热电路使用可控硅相位控制技术，可以精确控制加热温度。采用光耦moc3021m触发可控硅，解决了电路易受电网电压的波动和电源波形畸变的影响以及同步问题，而且光耦moc3021m具有价格低廉、触发电路简单可靠的特点。r18和cbb1组成rc阻容吸收电路，实现双向可控硅过电压保护。
18.双路保护电路中当温度超过第一设定上限值时，第一保护电路启动，停止加热，当温度降低到第一设定上限值以下时，可以恢复加热。若第一保护电路失效，造成温度继续升高，超过第一设定上限值达到第二设定上限值时，第二保护电路启动，切断加热电源且不可自动恢复。
19.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
20.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发
明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
21.图1为一种基于可控硅的esi源辅助气温控系统原理示意图；
22.图2为可控硅相位控制加热电路图；
23.图3为双路保护电路图。
具体实施方式
24.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
25.一种基于可控硅的esi源辅助气温控系统100，如图1所示，包括：可控硅相位控制加热电路101、双路保护电路102，可控硅相位控制加热电路101包括控制电路1011、隔离电路1012、执行电路1013，执行电路1013包括可控硅10131、加热电源10132，控制电路与控制器200、双路保护电路、隔离电路连接，隔离电路与可控硅连接，可控硅与加热电源连接。可控硅相位控制加热电路通过控制加热电源的通断，进而控制esi源的加热状态。双路保护电路通过温度传感器pt1000和常闭温控开关检测esi源的实时温度，并将该实时温度信号传输到控制器如单片机，再通过单片机对可控硅相位控制加热电路的通断进行控制，进而实现对esi源的温度保护功能。
26.在实施例中，双路保护电路102包括温度信号采集电路1021、第一保护电路1022和第二保护电路1023，第一保护电路、第二保护电路均与温度信号采集电路、控制器连接，第二保护电路与控制电路连接。
27.如图2所示，控制电路包括第一三极管q2、第二三极管q3，控制器的输入输出端口(网络名heaten)经电阻r19与第一三极管的基极连接，heaten通常情况下为低电平，需要加热时heaten的电平会被软件拉高。
28.第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极经led1和电阻r12与电源+3v3、隔离电路连接，第二保护电路(网络名overheatin)经电阻r22与第二三极管的基极连接，overheatin通常情况下为低电平，温度过高时常闭温控开关变为常开，使得光耦u4关断，进而overheatin的电平被拉高。第二三极管的发射极接地，第二三极管的集电极与第一三极管的基极连接。
29.隔离电路包括第一光电耦合器u3，u3采用moc3021m，第一光电耦合器的阳极端an经电阻r13接电源+3v3，第一光电耦合器的阴极端cat与第一三极管的集电极连接，第一光电耦合器的终端mt与可控硅连接。
30.可控硅采用双向可控硅q1，双向可控硅是在单向可控硅的基础上开发出来的，是一种交流型功率控制器件。它不仅能够取代两个反向并联的单向晶闸管，而且只需要一个触发电路，使用很方便。本实施例中，采用三端双向可控硅bta41-600b。三端双向可控硅bta41-600b的正向平均电流为41a，控制极触发电压为600v，封装形式为top-3，适用于一般的交流开关操作，广泛应用在静态继电器，加热规例，电机速度控制器等。三端双向可控硅的门极与第一光电耦合器的第一终端4号mt引脚连接，三端双向可控硅的第一主电极经触发限流电阻r16与第一光电耦合器的第二终端6号mt引脚连接，三端双向可控硅的第一主电极接电源l，三端双向可控硅的门极经门极电阻r20与第一光电耦合器的第二主电极连接，
三端双向可控硅的第二主电极与加热电源j3连接。
31.执行电路还包括rc阻容吸收电路，rc阻容吸收电路中的电阻r18和电容cbb1串联，rc阻容吸收电路中的电阻与三端双向可控硅的第一主电极连接，rc阻容吸收电路中的电容与三端双向可控硅的第二主电极连接。
32.可控硅相位控制加热电路的工作原理为：一方面，开始加热时，heaten为高电平，q2导通，光耦moc3021m导通，可控硅bta41-600b导通，j3加热电源连通。另一方面，温度过高时，overheatin为高电平，q3导通，q2截止，光耦moc3021m截止，可控硅bta41-600b截止，j3加热电源断开。另外，r18和cbb1组成rc阻容吸收电路，实现双向可控硅过电压保护，因为电路总是存在电感的(变压器漏感或负载电感),所以与电容c串联电阻r可起阻尼作用,它可以防止rlc电路在过渡过程中,因振荡在电容器两端出现的过电压损坏晶闸管,同时避免电容器通过晶闸管放电电流过大,造成过电流而损坏晶闸管。
33.常用的触发电路与主回路之间由于存在着直接联系，易受电网电压的波动和电源波形畸变的影响，为了解决同步问题，往往又造成电路更加复杂。光耦moc3021m可以很好地解决这些问题，该器件用于触发可控硅，具有价格低廉、触发电路简单可靠的特点。
34.在实施例中，双路保护电路102包括温度信号采集电路1021、第一保护电路1022和第二保护电路1023，第一保护电路、第二保护电路均与温度信号采集电路、控制器连接，第二保护电路与控制电路连接。
35.如图3所示，温度信号采集电路包括温度传感器、常闭温控开关，温度传感器与第一保护电路连接，常闭温控开关与第二保护电路连接。本实施例中，温度传感器采用pt1000，j2的1脚和2脚外接pt1000温度传感器，j2的3脚和4脚外接常闭温控开关。
36.第一保护电路包括上拉及分压电路、差分运算放大器u2a和u2b、esd保护二极管d1、钳位二极管d2，上拉及分压电路由c4、r5、r9、r10组成，u2a和u2b采用lm2904dr，上拉及分压电路与温度传感器、差分运算放大器连接，c4为陶瓷电容，容量在4.7uf-10uf之间，采样频率不宜过高。esd保护二极管的正极接上拉及分压电路与温度传感器之间，esd保护二极管的负极接地，u2b的反相输入端经电阻r1与其输出端连接，u2b的同相输入端与上拉及分压电路连接，u2b的输出端与u2a的同相输入端连接，u2a的反相输入端与其输出端连接，u2a的输出端经电阻r7与控制器连接，钳位二极管的正极接在差分运算放大器的输出端与控制器之间，钳位二极管的负极接地，保护单片机的模拟io口。
37.第二保护电路包括第二光电耦合器pc817x3nip1b，第二光电耦合器的阳极端1号引脚经电阻r15接电源+12，第二光电耦合器的阴极端2号引脚与常闭温控开关连接，第二光电耦合器的发射极3号引脚接地，第二光电耦合器的集电极4号引脚经电阻r14与电源+3v3连接，第二光电耦合器的集电极4号引脚(网络名overheatin)经电阻r22与控制电路的第二三极管q2的基极连接，第二光电耦合器的集电极4号引脚经电阻r17与控制器连接。
38.双路保护电路的工作原理为：第一保护电路外接pt1000温度传感器，在0℃时电阻为1kω，变化规律为3.851ω/℃。使用桥式测量电路，测量范围为0℃-300℃，pt1000阻值变化范围为1kω-2.1553kω。差分运放u2的放大倍数为20倍，运放输出电压heatntc的范围为0v-3.2v。第一保护电路将运放输出电压值heatntc实时传输到单片机的adc引脚上。当温度超过第一设定上限值时，系统收到相应电压信号后，利用软件将heaten的高电平转变为低电平，进而使光耦moc3021m关断，可控硅bta41-600b截止，j3加热电源断开，停止加热。当温
度降低到第一设定上限值以下时，系统收到相应电压信号后，利用软件将heaten的低电平转变为高电平，进而使光耦moc3021m导通，可控硅bta41-600b导通，j3加热电源连通，恢复加热。
39.若第一保护电路失效，造成温度继续升高，超过第一设定上限值达到第二设定上限值时，常闭温控开关转变为常开，第二保护电路的光耦u4关断，进而overheatin和overheatdet都由低电平转变为高电平。overheatin的高电平信号传输到可控硅相位控制加热电路中，切断加热电源且不可自动恢复。overheatdet的高电平信号传输到单片机中，通知系统加热电源已被切断。可根据实际使用场景选择合适的第一设定上限值和第二设定上限值，应当注意的是，第二设定上限值大于第一设定上限值。
40.以上所述仅为本说明书实施例而已，并不用于限制本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的权利要求范围之内。本说明书一个或多个实施例本说明书一个或多个实施例本说明书一个或多个实施例本说明书一个或多个实施例。