溫度控制電路的製作方法
2023-09-22 06:45:55 1
溫度控制電路的製作方法
【專利摘要】本發明提出了一種溫度控制電路，用於對質譜儀進樣系統的霧化室的溫度進行控制，霧化室配設有製冷片，溫度控制電路包括：程控恆流源模塊，用以對製冷片提供恆流電源；溫度傳感器模塊，用以採集霧化室內的實時溫度以獲得溫度採樣信號；模數轉換模塊，耦接於溫度傳感器模塊，用以對溫度採樣信號進行模數轉換；以及控制模塊，耦接於程控恆流源模塊與模數轉換模塊間，用以根據溫度採樣信號經模數轉換模塊轉換後值控制程控恆流源模塊的輸出。本發明所提出的本溫度控制電路，同時實現了製冷片和溫度傳感器的在線斷路檢測功能，從而可以提高溫度控制的可靠性和自檢能力。
【專利說明】溫度控制電路
【技術領域】
[0001] 本發明涉及質譜儀，特別涉及質譜儀中的霧化室溫度控制的溫度控制電路。
【背景技術】
[0002] 電感耦合等離子體質譜技術（ICP-MS)是20世紀70年代迅速發展起來的分析 測試技術，其原理是利用電感耦合等離子體將分析樣品中所含的元素離子化為帶電離子， 通過離子傳輸系統將帶電離子引入質量分析器中，按不同質荷比分開，經檢測器將離子電 流放大後，由測控系統處理給出分析結果。與其它分析技術相比，所述的ICP-MS具有檢出 限低、線性範圍寬、可快速同時檢測各種元素等優點。隨著應用範圍的擴大，ICP-MS已發展 成為本領域的一種常規的分析測試技術。
[0003] -般來說，質譜儀主要由進樣系統、離子源、離子導入和離子傳輸、質量分析器、檢 測器組成，其中，進樣系統是質譜儀的重要組成部分。在電感耦合等離子體質譜的進樣系統 中，恆溫對儀器分析起到了重要的作用。首先，低溫下進樣時，氧化物就會降低，使得幹擾減 少，檢測範圍有所改進；其次，在低溫度下，可以降低等離子體上的溶劑負載，並且即使是最 具揮發性的溶劑，仍可對其進行直接ICP-MS分析。基於這兩點，則需要給ICP-MS進樣系統 提供實時的溫度控制。
[0004] 進樣系統一般包括霧化器及霧化室，霧化室需採用溫度控制，目前,現有霧化室溫 控器採用帕爾貼（Peltier)效應的半導體製冷片，並主要採用PWM技術對溫度進行調節， 但是，現有的控制方式，是以恆壓源為製冷片供電，缺少對製冷片的過流保護和斷路檢測功 能，也缺少對溫度傳感器的斷路檢測功能。
【發明內容】
[0005] 鑑於上述，有必要針對現有的霧化室溫度控制所帶來的不足問題提出了一種溫度 控制電路，具體如下： 一種溫度控制電路，用於對質譜儀進樣系統的霧化室的溫度進行控制，所述霧化室配 設有製冷片，包括： 程控恆流源模塊，用以對所述製冷片提供恆流電源； 溫度傳感器模塊，用以採集所述霧化室內的實時溫度以獲得溫度採樣信號； 模數轉換模塊，耦接於所述溫度傳感器模塊，用以對所述溫度採樣信號進行模數轉換； 以及 控制模塊，耦接於所述程控恆流源模塊與所述模數轉換模塊間，用以根據所述溫度採 樣信號經所述模數轉換模塊轉換後值控制所述程控恆流源模塊的輸出。
[0006] 在一實施方式中，所述溫度控制電路，還包括： 電流檢測模塊，用以對所述程控恆流源模塊的輸出電流進行檢測以獲得一檢測電流並 傳輸至所述模數轉換模塊； 電壓檢測模塊，用以對所述製冷片的供電電壓進行檢測以獲得一檢測電壓並傳輸至所 述模數轉換模塊；以及 數模轉換模塊，耦接於所述程控恆流源模塊與所述控制模塊間，其中，所述控制模塊根 據所述檢測電流、所述檢測電壓經所述模數轉換模塊轉換後值控制所述數模轉換模塊，以 使所述數模轉換模塊為所述程控恆流源的輸出提供參考電壓基準。
[0007] 在一實施方式中，所述溫度控制電路，還包括： 關斷控制模塊，耦接於所述程控恆流源模塊與所述控制模塊間，其中，所述控制模塊根 據所述檢測電流、所述檢測電壓經所述模數轉換模塊轉換後值控制所述關斷控制模塊，以 使所述關斷控制模塊對所述程控恆流源模塊進行關斷控制。
[0008] 在一實施方式中，所述程控恆流源模塊包括： 恆流源調節單元，耦接於所述數模轉換模塊、所述關斷控制模塊，用以比較所述參考電 壓基準與所述檢測電流以產生調節電壓控制信號； 電壓轉換單元，耦接於所述恆流源調節單元，用以根據所述調節電壓控制信號進行電 壓轉換； 第一級電流放大單元，耦接於所述電壓轉換單元，用以對所述電壓轉換單元的輸出信 號進行電流放大以產生第一電流信號； 第二級電流放大單元，耦接於所述第一級電流放大單元，用以對所述第一電流信號進 行電流放大以產生第二電流信號； 限流單元，耦接於所述第二級電流放大單元，用以對所述第二電流信號進行限流以產 生第二電流號； 濾波單元，耦接於所述限流單元，用以對第三電流信號進行濾波處理以產生第四電流 信號； 電源輸出端，其一端耦接於所述濾波單元，另一端耦接於所述製冷片，用以將所述第四 電流信號輸出至所述製冷片；以及 電源返回端，其一端耦接於所述製冷片，另一端通過所述電流檢測模塊耦接於所述恆 流源調節單元。
[0009] 在一實施方式中，所述程控恆流源還包括保護單元，耦接於所述濾波單元，用以對 所述濾波單元進行放電。
[0010] 在一實施方式中，所述溫度控制電路，還包括： 恆流源模塊，用以對所述溫度傳感器模塊供電； 斷路檢測模塊，耦接於所述溫度傳感器模塊與所述恆流源模塊間，用以檢測所述溫度 傳感器模塊是否斷路。
[0011] 在一實施方式中，所述溫度控制電路，還包括： 溫度信號調理模塊，耦接於所述溫度傳感器模塊與所述模數轉換模塊間，用以對所述 溫度採樣信號進行處理並將處理後信號傳輸至所述模數轉換模塊。
[0012] 在一實施方式中，所述溫度傳感器模塊為熱電阻溫度傳感器。
[0013] 在一實施方式中，所述熱電阻溫度傳感器為四線鉬熱電阻溫度傳感器。
[0014] 在一實施方式中，所述製冷片為帕爾貼製冷片。
[0015] 由上可知，本發明所提出的溫度控制電路中，控制模塊根據檢測電流、檢測電壓來 控制程控恆流源模塊的輸出，從而可以達成對製冷片工作電流的精細控制，使得製冷片處 於恆流源模式，則可以避免過電流損壞製冷片。同時，對電流和電壓實時檢測，可以實現制 冷片的斷路檢測功能。此外，關斷控制模塊可以及時關斷程控恆流源模塊，以防止製冷片意 外受損。進一步地， 還實現了溫度傳感器的斷路檢測功能，由此使得本溫度控制電路同時實現了製冷片和 溫度傳感器的在線斷路檢測功能，從而可以提高溫度控制的可靠性和自檢能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1繪示了本發明一實施方式的溫度控制電路的模塊示意圖； 圖2繪示了本發明另一實施方式的溫度控制電路的模塊示意圖； 圖3繪示了本發明又一實施方式的溫度控制電路的模塊示意圖；以及 圖4繪示了圖1、圖2、圖3中的程控恆流源模塊的一實施方式的模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 為了使本領域相關技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面將結合本發明實 施方式的附圖，對本發明實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實 施方式僅僅是本發明一部分實施方式，而不是全部的實施方式。
[0018] 關於本文中所出現的"耦接"，可以指兩模塊(或單元、元件）的直接連接，也可以指 兩模塊(或單元、元件）的間接連接，即兩模塊(或單元、元件）間還存在其它模塊(或單元、元 件)。
[0019] 參照圖1，圖1繪示了本發明一實施方式的溫度控制電路的模塊示意圖。
[0020] 本實施方式中，溫度控制電路1，用於對質譜儀進樣系統的霧化室的溫度進行控 制，霧化室配設有製冷片，此製冷片為半導體製冷片，如，帕爾貼製冷片。
[0021] 如圖1所示，溫度控制電路1包括程控恆流源模塊11、溫度傳感器模塊12、模數轉 換模塊13、控制模塊14。
[0022] 程控恆流源模塊11，用以對製冷片(未繪示)提供恆流電源，S卩，對製冷片供應恆流 電。
[0023] 溫度傳感器模塊12,用以採集霧化室內的實時溫度以獲得溫度採樣信號。
[0024] 模數轉換（ADC)模塊13,耦接於溫度傳感器模塊12,用以對溫度採樣信號進行模 數轉換。
[0025] 控制模塊14,耦接於程控恆流源模塊11與模數轉換模塊13間，用以根據溫度採樣 信號經模數轉換模塊13轉換後值控制程控恆流源模塊11的輸出。
[0026] 本實施方式中，由於程控恆流源模塊11對製冷片提供恆流電源，使得製冷片可以 處於恆流源模式。
[0027] 參照圖2,圖2繪示了本發明另一實施方式的溫度控制電路的模塊示意圖。
[0028] 如圖2所示，溫度控制電路1相對於圖1還包括了電流檢測模塊15、電壓檢測模塊 16、數模轉換模塊17、關斷控制模塊18。
[0029] 電流檢測模塊15,用以對程控恆流源模塊11的輸出電流進行檢測以獲得一檢測 電流並傳輸至模數轉換模塊13。
[0030] 電壓檢測模塊16，用以對製冷片的供電電壓進行檢測以獲得一檢測電壓並傳輸至 模數轉換模塊13。
[0031] 數模轉換（DAC)模塊17,耦接於程控恆流源模塊11與控制模塊17間，其中，控制 模塊17根據檢測電流、檢測電壓經模數轉換模塊13轉換後值控制數模轉換模塊17,以使數 模轉換模塊17為程控恆流源11的輸出提供參考電壓基準。
[0032] 關斷控制模塊18,耦接於程控恆流源模塊11與控制模塊14間，其中，控制模塊14 根據檢測電流、檢測電壓經模數轉換模塊13轉換後值控制關斷控制模塊18,以使關斷控制 模塊18對程控恆流源模塊11進行關斷控制。
[0033] 本實施方式中，控制模塊14還根據檢測電流、檢測電壓來控制程控恆流源模塊11 的輸出，從而可以達成對製冷片工作電流的精細控制，避免了過電流損壞製冷片。同時，對 電流和電壓實時檢測，可以實現製冷片的斷路檢測功能。此外，關斷控制模塊18可以及時 關斷程控恆流源模塊11，以防止製冷片意外受損。
[0034] 參照圖3,圖3繪示了本發明又一實施方式的溫度控制電路的模塊示意圖。如圖3 所示，溫度控制電路1進一步包括了恆流源模塊19、斷路檢測模塊20及溫度信號調理模塊 21。
[0035] 恆流源模塊19,用以對溫度傳感器模塊12供電，恆流源供電可以在溫度傳感器模 塊12端取得線性的溫度-電壓值，方便溫度的採集與實時控制。
[0036] 斷路檢測模塊20,耦接於溫度傳感器模塊12與恆流源模塊19間，用以檢測溫度傳 感器模塊12是否斷路，並將檢測結果發送至控制模塊14。
[0037] 在一實施例中，溫度傳感器模塊12可以是熱電阻溫度傳感器，較佳地，為四線鉬 熱電阻溫度傳感器，通過選用四線鉬熱電阻，可以有效減小引線對溫度採集的影響，相應 地，通過切換鉬熱電阻四線連接方式，實現溫度傳感器模塊12的斷路檢測，具體地說，通過 將兩組線交替接至恆流源模塊19迴路，檢測恆流源模塊19精密電阻端的電壓，實現對溫度 傳感器模塊12的斷路檢測。
[0038] 參照圖4,圖4繪示了圖1、圖2、圖3中的程控恆流源模塊的一實施方式的模塊示 意圖。
[0039] 如圖4所示，程控恆流源模塊11包括恆流源調節單元111、電壓轉換單元112、第 一級電流放大單元113、第二級電流放大單元114、限流單元115、濾波單元116、電源輸出端 117、電源返回端118及保護單元119。
[0040] 恆流源調節單元111，耦接於數模轉換模塊17、關斷控制模塊18,用以比較參考電 壓基準與檢測電流以產生調節電壓控制信號。
[0041] 電壓轉換單元112,耦接於恆流源調節單元111，用以根據調節電壓控制信號進行 電壓轉換。
[0042] 第一級電流放大單元113,耦接於電壓轉換單元112,用以對電壓轉換單元112的 輸出信號進行電流放大以產生第一電流信號。
[0043] 第二級電流放大單元114,耦接於第一級電流放大單元113,用以對第一電流信號 進行電流放大以產生第二電流信號。
[0044] 限流單元115,耦接於第二級電流放大單元114,用以對第二電流信號進行限流以 廣生第二電流?目號。
[0045] 濾波單元116,耦接於限流單元115,用以對第三電流信號進行濾波處理以產生第 四電流信號，此濾波單元116，可以是電解電容，如並聯一定的電解電容來實現濾波。
[0046] 電源輸出端117,其一端耦接於濾波單元116,另一端耦接於製冷片(未繪示)，用以 將第四電流信號輸出至製冷片。
[0047] 電源返回端118,其一端耦接於製冷片（未繪示)，另一端通過電流檢測模塊15耦 接於恆流源調節單元111。
[0048] 保護單元119,耦接於濾波單元116,用以對濾波單元116進行放電，如對電解電容 進行放電。
[0049] 由上可知，本發明所提出的溫度控制電路中，控制模塊根據檢測電流、檢測電壓來 控制程控恆流源模塊的輸出，從而可以達成對製冷片工作電流的精細控制，使得製冷片處 於恆流源模式，則可以避免過電流損壞製冷片。同時，對電流和電壓實時檢測，可以實現制 冷片的斷路檢測功能。此外，關斷控制模塊可以及時關斷程控恆流源模塊，以防止製冷片意 外受損。進一步地， 還實現了溫度傳感器的斷路檢測功能，由此使得本溫度控制電路同時實現了製冷片和 溫度傳感器的在線斷路檢測功能，從而可以提高溫度控制的可靠性和自檢能力。
[0050] 以上僅表達了本發明的部分實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而 理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫 離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因 此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1. 一種溫度控制電路，用於對質譜儀進樣系統的霧化室的溫度進行控制，所述霧化室 配設有製冷片，其特徵在於，包括： 程控恆流源模塊，用以對所述製冷片提供恆流電源； 溫度傳感器模塊，用以採集所述霧化室內的實時溫度以獲得溫度採樣信號； 模數轉換模塊，耦接於所述溫度傳感器模塊，用以對所述溫度採樣信號進行模數轉換； 以及 控制模塊，耦接於所述程控恆流源模塊與所述模數轉換模塊間，用以根據所述溫度採 樣信號經所述模數轉換模塊轉換後值控制所述程控恆流源模塊的輸出。
2. 根據權利要求1所述的溫度控制電路，其特徵在於，還包括： 電流檢測模塊，用以對所述程控恆流源模塊的輸出電流進行檢測以獲得一檢測電流並 傳輸至所述模數轉換模塊； 電壓檢測模塊，用以對所述製冷片的供電電壓進行檢測以獲得一檢測電壓並傳輸至所 述模數轉換模塊；以及 數模轉換模塊，耦接於所述程控恆流源模塊與所述控制模塊間，其中，所述控制模塊根 據所述檢測電流、所述檢測電壓經所述模數轉換模塊轉換後值控制所述數模轉換模塊，以 使所述數模轉換模塊為所述程控恆流源的輸出提供參考電壓基準。
3. 根據權利要求2所述的溫度控制電路，其特徵在於，還包括： 關斷控制模塊，耦接於所述程控恆流源模塊與所述控制模塊間，其中，所述控制模塊根 據所述檢測電流、所述檢測電壓經所述模數轉換模塊轉換後值控制所述關斷控制模塊，以 使所述關斷控制模塊對所述程控恆流源模塊進行關斷控制。
4. 根據權利要求3所述的溫度控制電路，其特徵在於，所述程控恆流源模塊包括： 恆流源調節單元，耦接於所述數模轉換模塊、所述關斷控制模塊，用以比較所述參考電 壓基準與所述檢測電流以產生調節電壓控制信號； 電壓轉換單元，耦接於所述恆流源調節單元，用以根據所述調節電壓控制信號進行電 壓轉換； 第一級電流放大單元，耦接於所述電壓轉換單元，用以對所述電壓轉換單元的輸出信 號進行電流放大以產生第一電流信號； 第二級電流放大單元，耦接於所述第一級電流放大單元，用以對所述第一電流信號進 行電流放大以產生第二電流信號； 限流單元，耦接於所述第二級電流放大單元，用以對所述第二電流信號進行限流以產 生第二電流號； 濾波單元，耦接於所述限流單元，用以對第三電流信號進行濾波處理以產生第四電流 信號； 電源輸出端，其一端耦接於所述濾波單元，另一端耦接於所述製冷片，用以將所述第四 電流信號輸出至所述製冷片；以及 電源返回端，其一端耦接於所述製冷片，另一端通過所述電流檢測模塊耦接於所述恆 流源調節單元。
5. 根據權利要求4所述的溫度控制電路，其特徵在於，所述程控恆流源還包括保護單 元，耦接於所述濾波單元，用以對所述濾波單元進行放電。
6. 根據權利要求1所述的溫度控制電路，其特徵在於，還包括： 恆流源模塊，用以對所述溫度傳感器模塊供電； 斷路檢測模塊，耦接於所述溫度傳感器模塊與所述恆流源模塊間，用以檢測所述溫度 傳感器模塊是否斷路。
7. 根據權利要求1所述的溫度控制電路，其特徵在於，還包括： 溫度信號調理模塊，耦接於所述溫度傳感器模塊與所述模數轉換模塊間，用以對所述 溫度採樣信號進行處理並將處理後信號傳輸至所述模數轉換模塊。
8. 根據權利要求1所述的溫度控制電路，其特徵在於，所述溫度傳感器模塊為熱電阻 溫度傳感器。
9. 根據權利要求8所述的溫度控制電路，其特徵在於，所述熱電阻溫度傳感器為四線 鉬熱電阻溫度傳感器。
10. 根據權利要求1所述的溫度控制電路，其特徵在於，所述製冷片為帕爾貼製冷片。
【文檔編號】G05D23/20GK104102250SQ201410335727
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月15日 優先權日:2014年7月15日
【發明者】劉召貴, 李林, 丁志國, 粟舜地, 周立 申請人:江蘇天瑞儀器股份有限公司