恆電位儀的控制方法
2023-11-08 09:49:47
專利名稱：恆電位儀的控制方法
技術領域：
本發明涉及電化學實驗儀器的控制技術，更具體地說是涉及一種恆電位儀的控制方法。
背景技術：
在電化學分析測量的過程中，經常會使用恆電位儀，以申請號「03232M3. 6」名稱為「雙顯恆電位儀」為例，該恆電位儀主要為電解池提供恆電位和恆電流的輸出，但其不足之處如下1)儀器本身只能提供簡單的直流信號，而多種常用的階梯波、三角波、正弦波和鋸齒波等需要外給定信號源即由其他信號源儀器來控制其輸出的電位和電流的大小，使用不方便。2)只能用數碼管來顯示電解池中的電壓、電流的數值，數據顯示過於簡単。3)沒有ー個直觀，方便的圖形界面來對儀器進行智能化操作。
發明內容
針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的是提供一種恆電位儀的控制方法。為達到上述目的，本發明採用如下的技術方案一種恆電位儀的控制方法，該控制方法的具體步驟為A.啟動恆電位儀後採樣電路進行自檢，獲得採樣電路零漂參數以及信號源零漂參數；B.通過上位機設置函數波形的輸出參數，產生波形輸出參數信號；通過上位機還設置初始量程的檔位以及輸出類型，產生初始設置信號；C.通訊控制器接收波形輸出參數信號，並將該信號發送至信號源控制器，由信號源控制器根據信號源零漂參數控制信號發生器產生相對應的輸出波形；通訊控制器接收初始設置信號後控制採樣輸入保護單元切換匹配阻抗和輸出頻道；D.信號發生器將產生的輸出波形信號電平發送至信號放大轉換単元；Ε.通訊控制器通過採樣電路零漂參數對採樣獲得的電解槽電壓信號進行修正，並將修正後的數據信號發送至上位機。所述步驟A的具體步驟為Al.通過採樣電路讀取空載時的零電壓讀數獲取採樣電路零漂參數；Α2.信號源控制器控制信號發生器輸出零電平，再通過經採樣電路零漂參數校正後的採樣電路獲取信號源零漂參數。所述步驟B中函數波形的輸出參數包括波形、幅度、相位以及直流電平。所述步驟B中的輸出類型為恆電壓型或恆電流型。所述步驟C以及步驟D中的信號發生器產生的輸出波形包括方波、階梯波、三角波、正弦波以及鋸齒波。所述步驟E中電解槽電壓信號包括參比電壓，槽電壓以及槽電流。所述步驟E的具體步驟為El.通訊控制器監測電解槽電壓信號，若電解槽電壓信號符合檢測終止條件時，則直接執行步驟E4;E2.通訊控制器通過採樣電路零漂參數對電解槽電壓信號進行修正，並將修正後的數據信號發送至上位機；E3.重複執行步驟El至步驟E2，直至恆電位儀的工作時間達到預設的工作時間；E4.通訊控制器切斷採樣輸入保護單元中的控制繼電器，並停止函數信號發生器的工作。所述步驟El的具體步驟為通訊控制器接收到採樣輸入保護單元發送的電解槽超載信號後，在當前輸出量程的檔位基礎上向上調節ー檔；若當前輸出量程的檔位已經為最大輸出量程的檔位，則直接執行步驟E4。所述步驟El的具體步驟為通訊控制器計算連續採樣獲得的若干個槽電流的對應電壓值的平均值，若平均值大於預設的最大安全電壓值時，則直接執行步驟E4。所述步驟El的具體步驟為通訊控制器計算連續採樣獲得的若干個槽電流的對應電壓值的平均值，若平均值小於預設的下限電壓值時，則將當前輸出量程的檔位向下調ー檔。本發明的控制方法還包括人工終止的步驟。與現有技術相比，採用本發明的一種恆電位儀的控制方法，啟動恆電位儀後採樣電路進行自檢，獲得採樣電路零漂參數以及信號源零漂參數；通過上位機設置函數波形的輸出參數，產生波形輸出參數信號；通過上位機還設置輸出的初始量程的檔位以及輸出類型，產生初始設置信號；通訊控制器接收波形輸出參數信號，並將該信號發送至信號源控制器，由信號源控制器根據信號源的零漂參數控制信號發生器產生相對應的輸出波形；通訊控制器接收初始設置信號後控制採樣輸入保護單元切換匹配阻抗和輸出頻道；信號發生器將產生的輸出波形信號電平發送至信號放大轉換単元；通訊控制器通過採樣電路的零漂參數對採樣獲得的電解槽電壓信號進行修正，並將修正後的數據信號發送至上位機。通訊控制器將上位機的設置信號發送給信號源控制器，由信號源控制器控制信號發生器產生例如方波、階梯波、三角波、正弦波以及鋸齒波等多種類型波形，而且還能調節波形的幅度、相位以及直流電平。通訊控制器還能夠採集電解槽中的電壓和電流數值，並把上述數值傳送到上位機，上位機以虛擬示波器的顯示方式給使用者。本發明的控制方法還可以根據採樣輸入保護單元中的採樣傳感器的反饋來決定輸出的匹配阻杭，在運行過程中始終監視外部超載以及傳感器的採樣數據，發現電解槽的電壓超出安全範圍吋，通訊控制器控制信號源控制器，使得信號發生器立即自動切斷信號輸出源。當恆電位儀運行達到預設時間或者接收到卸載指令吋，同樣由通訊控制器控制信號源控制器，使得信號發生器立即自動切斷信號輸出源。本發明的控制方法還具備自動量程切換功能以及超載保護功能，自動監護的功能。保證恆電位儀的穩定運行。
圖1是本發明的一種恆電位儀的控制方法的流程示意圖；圖2是實施本發明的實施例裝置的結構示意圖；圖3是本發明的實施例的信號源控制流程示意圖；圖4是本發明的實施例的數據檢測控制流程示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例進ー步說明本發明的技術方案。請結合圖1所示一種恆電位儀的控制方法10，該控制方法的具體步驟為11.啟動恆電位儀後採樣電路進行自檢，獲得採樣電路零漂參數以及信號源零漂參數；12.通過上位機設置函數波形的輸出參數，產生波形輸出參數信號；通過上位機還設置初始量程的檔位以及輸出類型，產生初始設置信號；13.通訊控制器接收波形輸出參數信號，並將該信號發送至信號源控制器，由信號源控制器根據信號源零漂參數控制信號發生器產生相對應的輸出波形；通訊控制器接收初始設置信號後控制採樣輸入保護單元切換匹配阻抗和輸出頻道；14.信號發生器將產生的輸出波形信號電平發送至信號放大轉換単元；15.通訊控制器通過採樣電路的零漂參數對採樣獲得的電解槽電壓信號進行修正，並將修正後的數據信號發送至上位機。所述步驟11的具體步驟為111.通過採樣電路讀取空載時的零電壓讀數獲取採樣電路零漂參數；112.信號源控制器控制信號發生器輸出零電平，再通過經採樣電路零漂參數校正後的採樣電路獲取信號源零漂參數。所述步驟12中函數波形的輸出參數包括波形、幅度、相位以及直流電平。所述步驟12中的輸出類型為恆電壓型或恆電流型。所述步驟13以及步驟14中的信號發生器產生的輸出波形包括方波、階梯波、三角波、正弦波以及鋸齒波。所述步驟15中電解槽電壓信號包括參比電壓，槽電壓以及槽電流。其中，參比電壓即參比電極RE對地的電壓；槽電壓即電解槽內研究電極WE對輔助電極CE之間的電壓； 槽電流即電解槽內研究電極WE對輔助電極CE之間流過電流。所述步驟15的具體步驟為151.通訊控制器監測電解槽電壓信號，若電解槽電壓信號符合檢測終止條件吋， 則直接執行步驟154 ；152.通訊控制器通過採樣電路零漂參數對電解槽電壓信號進行修正，並將修正後的數據信號發送至上位機；153.通訊控制器統計恆電位儀的工作時間，若統計的工作時間未達到預設的工作時間，則重複執行步驟151至步驟152 ；154.通訊控制器切斷採樣輸入保護單元中的控制繼電器，並停止函數信號發生器的工作。
所述步驟151的具體步驟為通訊控制器接收到採樣輸入保護單元發送的電解槽超載信號後，在當前輸出量程的檔位基礎上向上調節ー檔；若當前輸出量程的檔位已經為最大輸出量程的檔位，則直接執行步驟154。所述步驟151的具體步驟為通訊控制器計算連續若干個槽電流對應電壓的平均值，若平均值大於預設的最大安全電壓值時，則直接執行步驟154。所述步驟151的具體步驟為通訊控制器計算連續若干個槽電流對應電壓的平均值，若平均值小於預設的下限電壓值時，則將當前輸出量程的檔位向下調ー檔。本發明的控制方法還包括人工終止的步驟。再請參見圖2所示，包括上位機1、鍵盤2、顯示器3、圖形界面操作軟體包4、上下位機通信協議集5、構成下位機的通訊控制器6以及信號源控制器7、信號發生器8、採樣輸入保護單元9組成。其中鍵盤2和顯示器3分別與上位機1連接，圖形界面操作軟體包4 安裝在上位機1中，上位機1與下位機由串ロ通信線連接，採樣輸入保護單元9與通訊控制器6連接，信號發生器8與信號源控制器7連接，通訊控制器6和信號源控制器7通過總線相互連接。鍵盤2用於設置、操作恆電位儀的控制指令，顯示器3顯示設置控制參數和接受的採集數據，上位機1處理向通訊控制器6發出控制指令和接收採集數據，輸入保護單元9 中的採樣保護電路採集電解池中的電壓和電流數值送給通訊控制器6，信號源控制器7從通訊控制器6接收到控制指令後通過信號發生器8向恆電位儀發出信號波形。其中，下位機是2塊Atmega64組成的雙核單片機構成通訊控制器6以及信號源控制器7，內嵌自動控制軟體包，通過數字端ロ與採樣電路、信號發生器及保護電路互聯，下位機完成函數信號發生、超載保護和實時採樣的工作。上位機的硬體平臺為PC機，作業系統為Windows XP，其內嵌的人機界面軟體包由程式語言VB實現。信號發生器8可以產生方波、階梯波、三角波、正弦波和鋸齒波等多種類型波形。通過上位機的互動功能可以由操作者預先在程序界面上設置信號發生器8發出信號的幅度、初始相位和直流電平，以適應不同試驗方案。通過採樣保護電路可採集槽電壓Vw、與槽電流相對應的電壓Vi和參比電壓\。需要說明的是，槽電流是輔助電極CE與研究電極WE之間的電流，故槽電流等於流過研究電極 WE的電流，也等於流過相對應的當前輸出量程的電阻的電流，可以將當前輸出量程電阻兩端的電壓定義為槽電流相對應的電壓Vi,這樣通過測量槽電流相對應的電壓Vi就能夠獲得槽電流。通過上位機的圖形顯示功能能夠以虛擬示波器的方式在界面上顯示槽電壓、槽電流和參比電壓等試驗參數的曲線以及參數的數值。再請參見圖3、圖4所示的實施例的具體步驟為在圖3中，啟動恆電位儀後先令系統進行自檢，通過採樣電路讀取空載時的零電壓讀數獲取採樣電路的零漂參數Upl，令信號源輸出零電平再通過校正後的採樣電路獲取信號源的零漂參數ル2，Upl用於修正後續採樣數據，Up2用於修正信號發生器的輸出。由上位機1設置輸出波形參數包括輸出的函數波形的類型、周期、幅度、相位、直流電平等，通過通信接ロ傳輸到下位機，計算出波形發生器的內部參數如定時器間隔、放大倍數以及起始相位指針等。上位機的設置參數經過上下位機通信協議集5編碼後經電腦串 ロ發往下位機。
由上位機1設置輸出的初始量程和輸出類型-恆電壓型、恆電流型。下位機根據用戶選擇通過數字端ロ控制模擬電路的繼電器切換匹配阻抗和輸出頻道。模擬電路的量程、 輸出類型的數字量編碼預先存於下位機的晶片中方便直接轉換。在此需要說明的是恆電壓型即保持參比電極RE和研究電極WE之間恆定的電壓。恆電流型即保持電解槽內研究電極 WE對輔助電極CE之間流過的恆定電流。然後發加載指令將所設置的波形信號電平送給信號放大轉換単元中的放大器。在圖4中，通訊控制器接受到上位機加載指令後，啟動信號發生器，並持續監視模擬電路板傳來的電解槽超載信號M,如果接受到了電解槽超載信號M,檢查當前輸出量程D， 如果未達到最大輸出量程，則將當前輸出量程D向上調ー檔，以改變輸出匹配阻杭。如果已達到最大輸出量程(本實施例的最大輸出量程為第6擋)，則向上位機發出警報並切斷輸出迴路的控制繼電器，結束系統運行。電解槽超載信號M由硬體模擬電路產生，為自動量程切換的信號標誌，下位機以此為依據達到輸出量程向上程切換和超載保護的功能。通過採樣電路對電解槽電壓信號採樣，利用開機自校時獲得的採樣電路的零漂參數Upl對採樣數據做修正，通過通信接ロ將三路採樣數據採集槽電壓Vw、槽電流相對應的電壓Vi和參比電壓\上傳到上位機以供繪圖和資料庫使用。3路採樣數據經編碼後打包成一個數據幀通過串口上傳至上位機。將槽電流相對應的電壓Vi數據做循環平均，即將當前槽電流相對應的電壓Vi與前5個槽電流相對應的電壓Vi平均獲得平均值Vp，將平均值Vp與預設的最大安全電壓值 Vmax(如士 3V)作比較，若平均值\大於預設的最大安全電壓值Vmax則向上位機發出警報並切斷輸出迴路的控制繼電器，結束系統運行。此處通過軟體對電解槽超載信號進行保護，能夠起到安全電壓檢測的作用。其和硬體自動保護電路一起工作，能夠更有效地提高了系統的安全性。預設的最大安全電壓值略大於額定最大輸出電壓，小於硬體自動切斷保護的電壓。同時將槽電流相對應的電壓Vi數據與前2秒鐘連續採樣的20個槽電流相對應的電壓Vi數據做循環平均得到平均值Up,如果平均值Up小於200mv的預設的下限電壓值，則將當前輸出量程D向下調ー檔，改變輸出匹配電阻。通過平均處理可以有效避免硬體電路幹擾造成的誤操作問題。預設的下限電壓值是當前輸出量程D參考電壓的十分之一，每個檔位之間是十倍的關係，此值保證向下換擋後不會發生超載。將系統統計的實際工作時間與預設的工作時間做比較，如果達到預設時間，則切斷輸出電路的控制繼電器，停止函數信號發生器的工作。所謂預設的工作時間是指操作者為完成整個採集過程而設定的工作時間。本發明的控制方法還可以通過人工卸載指令來終止監測過程。總之，本發明的控制方法不僅能夠產生內給定信號源，根據需要產生方波、階梯波、三角波、正弦波和鋸齒波等多種類型波形，井能調節幅度、相位及直流電平，而且還能夠採集電解槽中的電壓和電流數值，再把數值傳送到上位機以虛擬示波器的方式顯示給使用者。本發明的控制方法還可以根據採樣傳感器的反饋來決定輸出的匹配阻抗，運行中始終監視外部超載以及傳感器的採樣數據，發現電解槽的電壓超出安全範圍立即自動切斷信號輸出源。當恆電位儀運行達到預設時間或者接收到卸載指令時切斷信號輸出源停止工作。 本發明的控制方法還具備自動量程切換功能、超載保護功能以及自動監護的功能，保證恆電位儀的穩定運行。 本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明的目的，而並非用作對本發明的限定，只要在本發明的實質範圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發明的權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種恆電位儀的控制方法，其特徵在幹 該控制方法的具體步驟為A.啟動恆電位儀後採樣電路進行自檢，獲得採樣電路零漂參數以及信號源零漂參數；B.通過上位機設置函數波形的輸出參數，產生波形輸出參數信號；通過上位機還設置初始量程的檔位以及輸出類型，產生初始設置信號；C.通訊控制器接收波形輸出參數信號，並將該信號發送至信號源控制器，由信號源控制器根據信號源零漂參數控制信號發生器產生相對應的輸出波形；通訊控制器接收初始設置信號後控制採樣輸入保護單元切換匹配阻抗和輸出頻道；D.信號發生器將產生的輸出波形信號電平發送至信號放大轉換単元；Ε.通訊控制器通過採樣電路零漂參數對採樣獲得的電解槽電壓信號進行修正，並將修正後的數據信號發送至上位機。
2.根據權利要求1所述的控制方法，其特徵在於 所述步驟A的具體步驟為Al.通過採樣電路讀取空載時的零電壓讀數獲取採樣電路零漂參數； Α2.信號源控制器控制信號發生器輸出零電平，再通過經採樣電路零漂參數校正後的採樣電路獲取信號源零漂參數。
3.根據權利要求1所述的控制方法，其特徵在於所述步驟B中函數波形的輸出參數包括波形、幅度、相位以及直流電平。
4.根據權利要求1所述的控制方法，其特徵在於 所述步驟B中的輸出類型為恆電壓型或恆電流型。
5.根據權利要求1所述的控制方法，其特徵在於所述步驟C以及步驟D中的信號發生器產生的輸出波形包括方波、階梯波、三角波、正弦波以及鋸齒波。
6.根據權利要求1所述的控制方法，其特徵在於所述步驟E中電解槽電壓信號包括參比電壓，槽電壓以及槽電流。
7.根據權利要求6所述的控制方法，其特徵在於 所述步驟E的具體步驟為El.通訊控制器監測電解槽電壓信號，若電解槽電壓信號符合檢測終止條件時，則直接執行步驟Ε4 ；Ε2.通訊控制器通過採樣電路零漂參數對電解槽電壓信號進行修正，並將修正後的數據信號發送至上位機；Ε3.重複執行步驟El至步驟Ε2，直至恆電位儀的工作時間達到預設的工作時間； Ε4.通訊控制器切斷採樣輸入保護單元中的控制繼電器，並停止信號發生器的工作。
8.根據權利要求7所述的控制方法，其特徵在於所述步驟El的具體步驟為通訊控制器接收到採樣輸入保護單元發送的電解槽超載信號後，在當前輸出量程的檔位基礎上向上調節ー檔；若當前輸出量程的檔位已經為最大輸出量程的檔位，則直接執行步驟Ε4。
9.根據權利要求7所述的控制方法，其特徵在於所述步驟El的具體步驟為通訊控制器計算連續採樣獲得的若干個槽電流的對應電壓值的平均值，若平均值大於預設的最大安全電壓值時，則直接執行步驟E4。
10.根據權利要求7所述的控制方法，其特徵在於所述步驟El的具體步驟為通訊控制器計算連續採樣獲得的若干個槽電流的對應電壓值的平均值，若平均值小於預設的下限電壓值時，則將當前輸出量程的檔位向下調ー檔。
11.根據權利要求7所述的控制方法，其特徵在幹 所述的控制方法還包括人工終止的步驟。
全文摘要
本發明公開了一種恆電位儀的控制方法，啟動恆電位儀後採樣電路進行自檢，通過上位機設置恆電位儀運行所需的各種信號，通訊控制器接收上述信號後，不僅能通過信號源控制器控制信號發生器產生相對應的輸出波形。而且還控制採樣輸入保護單元切換匹配阻抗和輸出頻道。信號發生器將產生的輸出波形信號電平發送至信號放大轉換單元，並有通訊控制器對採樣獲得的電解槽電壓信號進行修正，將修正後的數據信號發送至上位機。通訊控制器將上位機的設置信號發送給信號源控制器，由信號源控制器控制信號發生器產生各種波形，並調節波形的幅度、相位以及直流電平。通訊控制器還能夠採集電解槽中的電壓和電流數值，並把上述數值傳送到上位機。
文檔編號G05B19/042GK102540945SQ201210024698
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月3日 優先權日2012年2月3日
發明者劉劍萍, 朱玉奇, 潘鋼, 趙一平, 邵海幸 申請人:上海雷磁·創益儀器儀表有限公司