一種高精度溫度控制微型色譜柱箱的製作方法
2023-04-28 14:01:21 2
專利名稱：一種高精度溫度控制微型色譜柱箱的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種分析儀器的部件，具體地說，涉及一種具有高精度溫度控制系統的可攜式微型、模塊化毛細管色譜柱箱。
背景技術：
可攜式微型色譜柱箱是在常溫常壓下工作的一種檢測儀器。色譜柱箱內部的加熱骨架採用金屬材料製作毛細柱圓筒骨架，毛細柱纏繞在圓筒骨架上，通過電加熱材料對毛細柱進行加熱。再由熱電阻將加熱骨架的溫度傳感至溫度控制電路，由其控制SSR(固態繼電器)來達到調整溫度之目的。
但是，由於加熱材料和發熱體的技術問題，目前，傳統的可攜式微型色譜柱箱的最高工作溫度只能達到180℃～200℃，同時傳統的可攜式微型色譜柱箱的控制電路和固態繼電器直接連接，溫度控制電路利用SSR的通斷來達到調整溫度之目的(通常傳統的色譜柱箱的溫度控制精度在1℃)，這使得在通用性方面和對重現性要求較高的許多現代分析技術應用場合都無法滿足近乎苛刻的指標要求。
發明內容
本發明需要解決的技術問題就在於克服現有傳統的微型色譜柱箱應用技術中溫度控制不精密的缺陷，提供一種新型的可攜式微型色譜柱箱，它具有一體化、微型化、通用和模塊化，保溫性能優異，升/降溫速度快、溫度控制精度高等特點。
為解決上述問題，本發明採用如下技術方案本發明高精度溫度控制微型色譜柱箱，包括箱體，設置在箱體內的毛細柱加熱骨架和纏繞在骨架上的毛細柱，設置在骨架內壁的加熱裝置及精密熱電阻，設置在箱體外的溫度控制系統，所述毛細柱加熱骨架採用金屬單質或金屬合金材料，毛細柱採用石英材料，所述加熱裝置為塗敷在骨架內壁上的柔性電加熱膜或紅外線加熱膜，所述溫度控制系統包括溫度控制模塊，精密熱電阻和溫度控制模塊的信號輸入端連接，溫度控制模塊輸出端和隔離型單相交流調壓模塊連接，隔離型單相交流調壓模塊輸出端的一端和加熱裝置連接，隔離型單相交流調壓模塊輸出端的另一端連接輸入電源。
本發明所述骨架採用鋁鎂合金材料。
本發明所述骨架為圓筒形或圓柱形或球面形。優選地，為圓筒形，圓筒直徑60mm～120mm、圓筒高度為40mm～100mm，壁厚0.2mm～3mm。
本發明毛細柱和骨架之間設置有導熱彈性墊，毛細柱以最小的曲率緊密纏繞在骨架上，毛細柱纏繞總長度為1米～60米、排列方式為緊密排列或間隔排列。
本發明所述柔性電加熱膜由耐高溫的纖維增強材料作為主絕緣體以及合金電阻絲或合金箔電路集合而成，所述主絕緣為矽橡膠，所述合金為鎳鉻合金。
本發明所述電加熱薄膜塗敷厚度為1mm～4mm，塗敷方法為整體粘貼、噴塗。
本發明所述精密熱電阻採用鉑金電阻測溫元件，用真空沉積的薄膜技術把鉑濺射到陶瓷基片上，用玻璃燒結料把引線固定，再經過雷射調阻製成薄膜元件，通過表面焊接技術將微型鉑金熱電阻傳感探頭直接固定在鋁鎂合金加熱骨架表層上。
本發明所述溫度控制模塊具有PID調節控制、模糊調節控制和自適應調節控制功能。
本發明所述隔離型單相交流調壓模塊以電網相位為同步，當改變控制電流的大小為4～20mA時，內部便產生相對電網電壓0°～180°的觸發脈衝，通過光電隔離，輸出端便觸發相應的可控矽導通，實現調壓。
本發明所述箱體內設置有一對軸向控制風扇和保溫系統。所述保溫系統採用陶瓷纖維棉材料，通過可耐500℃的高溫無機膠將其粘貼在柱箱四周內壁。
本發明所述箱體外部尺寸為長*寬*高等於80mm～160mm*80mm～160mm*80mm～160mm。
本發明的工作原理為本發明所述色譜柱箱內部的骨架使用鎂鋁合金加熱材料製作，毛細柱纏繞在骨架上，通過緊密結合的柔性電加熱膜直接對毛細柱傳導加熱。再由熱電阻將加熱的溫度傳感至溫度控制模塊的信號輸入端，由溫度控制模塊進行調整控制。然後，溫度控制模塊輸出端改變控制電流，使隔離型單相交流調壓模塊觸發相應的可控矽導通，從而達到移相調壓、調整溫度之目的。同時採用一對軸向控制風扇對空氣攪拌輔助升/降溫控制和箱體保溫，實現快速、無超調和精確的溫度控制。
本發明所述骨架採用鎂鋁合金材料，其導熱係數較鋁材料高近2倍，熱膨脹係數和強度都較鋁材料要好。同時，在空氣中有一層無色緻密耐腐蝕性的保護氧化膜，導電、導熱性能優異，受熱均勻、散熱好易加工、耐衝擊。
本發明毛細管色譜柱為石英材料，通過採用導熱彈性墊，以最小的曲率緊密纏繞在骨架上，解決了在高溫環境下(180℃)骨架的熱膨脹特性可能導致緊密纏繞在骨架上的石英材料毛細管色譜柱產生斷裂和損壞的問題，以及諸如熱膨脹、加熱速率、熱均勻性和寬的溫度範圍(室溫～200℃)等多種因素的問題。
本發明所述柔性電加熱膜，其採用耐高溫、絕緣性能佳、強度好的矽橡膠、耐高溫的纖維增強材料以及合金電阻絲或合金箔電路集合而成的軟性電加熱器材，其耐高溫、絕緣性能佳、強度高、加熱效率高和加熱功率可調整。同時加熱膜可依被加熱物體幾何形狀而改變，有力地提高了加熱的均勻性。本發明所述精密熱電阻採用鉑金電阻測溫元件，用真空沉積的薄膜技術把鉑濺射到陶瓷基片上，用玻璃燒結料把引線固定，再經過雷射調阻製成薄膜元件，通過表面焊接技術將微型鉑金熱電阻傳感探頭直接固定在加熱骨架表層上，以獲得高的測量精度和好響應時間。
本發明所述溫度控制器具有多種控制功能PID調節控制，模糊調節控制，自適應調節控制等。本發明控制溫度範圍室溫～200℃，控制精度±0.1℃(注傳統的微型色譜柱箱溫度控制精度僅為±1℃)。
本發明所述隔離型單相交流調壓模塊以電網相位為同步，當改變控制電流的大小(4～20mA)，內部便產生相對電網電壓0°～180°的觸發脈衝，通過光電隔離，輸出端便觸發相應的可控矽導通，從而達到調壓的目的。
本發明輔助升/降溫控制風扇系統，針對在快速多段落程序升溫過程中往往產生過調的問題，利用一對軸向控制風扇對空氣攪拌，實現溫度輔助的精確控制。
本發明保溫系統，採用陶瓷纖維棉材料，通過可耐500℃的高溫無機膠將其粘貼在柱箱四周內壁，提供一個優良的溫度環境和保溫能力，這對整體柱箱溫度特性的改善和控制效果十分有利。
常規色譜柱箱外部物理尺寸約為300mm*300mm*300mm(長*寬*高)，本發明箱體最小外部物理尺寸約為80mm*80mm*80mm(長*寬*高)，大大減小了箱體尺寸，達到微型化目的。
本發明的有益效果本發明採用的溫度控制模式達到5階程序升溫，利用溫度控制模塊控制隔離型單相交流調壓模塊和輔助升/降溫控制風扇部件，具有加熱與散熱速度快、控制精度高，溫度過衝較小、尤其是加熱材料環保(加熱材料的環保特性在國際上要求越來越高)等良好特點，在通用分析儀器，尤其是在現代小型、現場儀器和可攜式分析儀器中具有相當廣泛的用途與應用前景，具有顯著的經濟與社會效益。
圖1為本發明結構示意圖。
圖中
1、箱體 2、毛細柱加熱骨架 3、纏繞在骨架上的毛細柱4、加熱裝置5、精密熱電阻6、溫度控制模塊7、隔離型單相交流調壓模塊8、一對軸向控制風扇9、保溫系統具體實施方式
實施例1如圖1所示，本發明高精度溫度控制微型色譜柱箱，包括箱體1，所述箱體外部尺寸為長*寬*高等於80mm*80mm*80mm，設置在箱體內的毛細柱加熱骨架2和纏繞在骨架上的毛細柱3，設置在骨架內壁的加熱裝置4及精密熱電阻5，設置在箱體外的溫度控制系統。所述毛細柱加熱骨架採用鋁鎂合金材料，骨架為圓柱形，圓柱直徑60mm、圓柱高度為60mm，毛細柱採用石英玻璃，通過採用導熱彈性墊，以最小的曲率緊密纏繞在骨架上，毛細柱纏繞總長度為1米、排列方式為緊密排列。所述加熱裝置為塗敷在骨架內壁上的矽橡膠柔性電加熱膜，由耐高溫的纖維增強材料作為主絕緣體以及合金電阻絲或合金箔電路集合而成，所述主絕緣為矽橡膠，所述合金為鎳鉻合金。所述電加熱薄膜塗敷厚度為4mm，塗敷方法為整體粘貼。所述精密熱電阻採用鉑金電阻測溫元件，用真空沉積的薄膜技術把鉑濺射到陶瓷基片上，用玻璃燒結料把引線固定，再經過雷射調阻製成薄膜元件，通過表面焊接技術將微型鉑金熱電阻傳感探頭直接固定在加熱骨架表層上。所述溫度控制系統包括溫度控制模塊6，精密熱電阻和溫度控制模塊的信號輸入端連接，溫度控制模塊輸出端和隔離型單相交流調壓模塊7連接，隔離型單相交流調壓模塊輸出端的一端和加熱裝置連接，隔離型單相交流調壓模塊輸出端的另一端連接輸入電源。
本發明所述溫度控制模塊具有PID調節控制、模糊調節控制和自適應調節控制功能。
本發明所述隔離型單相交流調壓模塊以電網相位為同步，當改變控制電流的大小(4～20mA)，內部便產生相對電網電壓0°～180°的觸發脈衝，通過光電隔離，輸出端便觸發相應的可控矽導通，實現調壓。
本發明所述箱體內設置有一對軸向控制風扇8和保溫系統9。
本發明所述保溫系統採用陶瓷纖維棉材料，通過可耐500℃的高溫無機膠將其粘貼在箱體四周內壁。
實施例2如圖1所示，本發明高精度溫度控制微型色譜柱箱，包括箱體1，所述箱體外部尺寸為長*寬*高等於160mm*160mm*160mm，設置在箱體內的毛細柱加熱骨架2和纏繞在骨架上的毛細柱3，設置在骨架內壁的加熱裝置4及精密熱電阻5，設置在箱體外的溫度控制系統。所述毛細柱加熱骨架採用鋁鎂合金材料，骨架為圓筒形，圓筒直徑120mm、圓筒高度為90mm、壁厚1mm，毛細柱採用石英玻璃，通過採用導熱彈性墊，以最小的曲率緊密纏繞在骨架上。毛細柱纏繞總長度為60米、排列方式為緊間隔排列。所述加熱裝置為塗敷在骨架內壁上的矽橡膠柔性電加熱膜，電加熱薄膜塗敷厚度為2mm，塗敷方法為整體粘貼。
所述精密熱電阻採用鉑金電阻測溫元件，用真空沉積的薄膜技術把鉑濺射到陶瓷基片上，用玻璃燒結料把引線固定，再經過雷射調阻製成薄膜元件，通過表面焊接技術將微型鉑金熱電阻傳感探頭直接固定在加熱骨架表層上。所述溫度控制系統包括溫度控制模塊6，精密熱電阻和溫度控制模塊的信號輸入端連接，溫度控制模塊輸出端和隔離型單相交流調壓模塊7連接，隔離型單相交流調壓模塊輸出端的一端和加熱裝置連接，隔離型單相交流調壓模塊輸出端的另一端連接輸入電源。
本發明所述溫度控制模塊具有PID調節控制、模糊調節控制和自適應調節控制功能。
本發明所述隔離型單相交流調壓模塊以電網相位為同步，當改變控制電流的大小(4～20mA)，內部便產生相對電網電壓0°～180°的觸發脈衝，通過光電隔離，輸出端便觸發相應的可控矽導通，實現調壓。
本發明所述箱體內設置有一對軸向控制風扇8和保溫系統9。
本發明所述保溫系統採用陶瓷纖維棉材料，通過可耐500℃的高溫無機膠將其粘貼在箱體四周內壁。
實施例3如圖1所示，本發明高精度溫度控制微型色譜柱箱，包括箱體1，所述箱體外部尺寸為長*寬*高等於120mm*120mm*120mm，設置在箱體內的毛細柱加熱骨架2和纏繞在骨架上的毛細柱3，設置在骨架內壁的加熱裝置4及精密熱電阻5，設置在箱體外的溫度控制系統。所述毛細柱加熱骨架採用鋁鎂合金材料，骨架為圓筒形，圓筒直徑100mm、圓筒高度為70mm、壁厚0.2mm，毛細柱採用石英玻璃，通過採用導熱彈性墊，以最小的曲率緊密纏繞在骨架上。毛細柱纏繞總長度為30米、排列方式為間隔排列。所述加熱裝置為塗敷在骨架內壁上的矽橡膠柔性電加熱膜，電加熱薄膜塗敷厚度為1mm，塗敷方法為整體噴塗。
所述精密熱電阻採用鉑金電阻測溫元件，用真空沉積的薄膜技術把鉑濺射到陶瓷基片上，用玻璃燒結料把引線固定，再經過雷射調阻製成薄膜元件，通過表面焊接技術將微型鉑金熱電阻傳感探頭直接固定在加熱骨架表層上。所述溫度控制系統包括溫度控制模塊6，精密熱電阻和溫度控制模塊的信號輸入端連接，溫度控制模塊輸出端和隔離型單相交流調壓模塊7連接，隔離型單相交流調壓模塊輸出端的一端和加熱裝置連接，隔離型單相交流調壓模塊輸出端的另一端連接輸入電源。
本發明所述溫度控制模塊具有PID調節控制、模糊調節控制和自適應調節控制功能。
本發明所述隔離型單相交流調壓模塊以電網相位為同步，當改變控制電流的大小(4～20mA)，內部便產生相對電網電壓0°～180°的觸發脈衝，通過光電隔離，輸出端便觸發相應的可控矽導通，實現調壓。
本發明所述箱體內設置有一對軸向控制風扇8和保溫系統9。
本發明所述保溫系統採用陶瓷纖維棉材料，通過可耐500℃的高溫無機膠將其粘貼在箱體四周內壁。
權利要求
1.一種高精度溫度控制微型色譜柱箱，包括箱體，設置在箱體內的毛細柱加熱骨架和纏繞在骨架上的毛細柱，設置在骨架內壁的加熱裝置及精密熱電阻，設置在箱體外的溫度控制系統，其特徵在於所述毛細柱加熱骨架採用金屬單質或金屬合金材料，毛細柱採用石英材料，所述加熱裝置為塗敷在骨架內壁上的柔性電加熱膜或紅外線加熱膜，所述溫度控制系統包括溫度控制模塊，精密熱電阻和溫度控制模塊的信號輸入端連接，溫度控制模塊輸出端和隔離型單相交流調壓模塊連接，隔離型單相交流調壓模塊輸出端的一端和加熱裝置連接，隔離型單相交流調壓模塊輸出端的另一端連接輸入電源。
2.如權利要求1所述的高精度溫度控制微型色譜柱箱，其特徵在於所述骨架採用鋁鎂合金材料。
3.如權利要求2所述的高精度溫度控制微型色譜柱箱，其特徵在於所述骨架為圓筒形或圓柱形或球面形。
4.如權利要求1-3之任一所述的高精度溫度控制微型色譜柱箱，其特徵在於所述加熱骨架為圓筒形，圓筒直徑60mm～120mm、圓筒高度為40mm～100mm，壁厚0.2mm～3mm。
5.如權利要求4所述的高精度溫度控制微型色譜柱箱，其特徵在於所述加熱骨架為方形，其尺寸為長*寬*高等於80mm～160mm*80mm～160mm*80mm～160mm。
6.如權利要求1所述的高精度溫度控制微型色譜柱箱，其特徵在於毛細柱和骨架之間設置有導熱彈性墊，毛細柱以最小的曲率緊密纏繞在骨架上，毛細柱纏繞總長度為1米～60米、排列方式為緊密排列或間隔排列。
7.如權利要求1所述的高精度溫度控制微型色譜柱箱，其特徵在於所述柔性電加熱膜由耐高溫的纖維增強材料作為主絕緣體以及合金電阻絲或合金箔電路集合而成，所述主絕緣為矽橡膠，所述合金為鎳鉻合金。
8.如權利要求1所述的高精度溫度控制微型色譜柱箱，其特徵在於所述電加熱薄膜塗敷厚度為1mm～4mm，塗敷方法為整體粘貼、噴塗。
9.如權利要求1所述的高精度溫度控制微型色譜柱箱，其特徵在於所述精密熱電阻採用鉑金電阻測溫元件，用真空沉積的薄膜技術把鉑濺射到陶瓷基片上，用玻璃燒結料把引線固定，再經過雷射調阻製成薄膜元件，通過表面焊接技術將微型鉑金熱電阻傳感探頭直接固定在加熱骨架表層上。
10.如權利要求1所述的高精度溫度控制微型色譜柱箱，其特徵在於所述溫度控制模塊具有PID調節控制、模糊調節控制和自適應調節控制功能。
11.如權利要求1所述的高精度溫度控制微型色譜柱箱，其特徵在於所述隔離型單相交流調壓模塊以電網相位為同步，當改變控制電流的大小為4～20mA時，內部便產生相對電網電壓0°～180°的觸發脈衝，通過光電隔離，輸出端便觸發相應的可控矽導通，實現調壓。
12.如權利要求1-11之任一所述的高精度溫度控制微型色譜柱箱，其特徵在於所述箱體內設置有一對軸向控制風扇和保溫系統。
13.如權利要求12所述的高精度溫度控制微型色譜柱箱，其特徵在於所述保溫系統採用陶瓷纖維棉材料，通過可耐500℃的高溫無機膠將其粘貼在柱箱四周內壁。
14.如權利要求1-13之任一所述的高精度溫度控制微型色譜柱箱，其特徵在於所述箱體外部尺寸為長*寬*高等於80mm～160mm*80mm～160mm*80mm～160mm。
全文摘要
本發明公開了一種高精度溫度控制微型色譜柱箱，包括箱體，設置在箱體內的毛細柱加熱骨架，纏繞在骨架上的毛細柱，設置在骨架內壁的加熱裝置及精密熱電阻和設置在箱體外的溫度控制系統，所述毛細柱加熱骨架採用金屬合金材料，毛細柱採用石英材料，加熱裝置為塗敷在骨架內壁上的柔性電加熱膜，所述溫度控制系統包括溫度控制模塊，精密熱電阻和溫度控制模塊的信號輸入端連接，溫度控制模塊輸出端和隔離型單相交流調壓模塊連接，隔離型單相交流調壓模塊輸出端的一端和加熱裝置連接，隔離型單相交流調壓模塊輸出端的另一端連接輸入電源。它具有一體化、微型化、通用和模塊化，保溫性能優異，升/降溫速度快、溫度控制精度高等特點。
文檔編號G05D23/00GK1877319SQ20051007492
公開日2006年12月13日 申請日期2005年6月6日 優先權日2005年6月6日
發明者張西鹹, 方向, 張颿, 陳蓮 申請人:張西鹹, 方向, 張颿, 陳蓮