電熱消解儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及分析儀器領(lǐng)域，特別是一種電熱消解儀，包括加熱體，所述加熱體通過加熱主電路與交流電源連接形成加熱回路，所述加熱主電路包括依次串接的空氣斷路器、單相全橋整流濾波單元和Buck主電路；還包括設(shè)置在加熱體上的溫度傳感器，所述溫度傳感器通過濾波放大單元分別與單片機和PWM控制驅(qū)動單元，所述單片機與PWM控制驅(qū)動單元相連接，所述PWM控制驅(qū)動單元通過隔離驅(qū)動單元與Buck主電路相連接；PWM控制驅(qū)動單元通過采樣電阻對加熱回路中電流采樣；所述單片機的輸出端連接有顯示溫度的輸出設(shè)備，輸入端連接有參數(shù)設(shè)定的輸入設(shè)備。采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的電熱消解儀采用功率開關(guān)管，實現(xiàn)輸出功率的精確調(diào)節(jié)，繼而可以實現(xiàn)加熱過程的精確控制。
【專利說明】電熱消解儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分析儀器領(lǐng)域，特別是一種電熱消解儀。

【背景技術(shù)】
[0002]消解儀是專用于對各類分析樣品作加熱預(yù)處理的恒溫裝置，配合原子吸收光譜儀、原子熒光光譜儀、IC P原子發(fā)射光譜儀以及IC P質(zhì)譜儀等光譜儀器使用，是樣品分析測試中十分重要的前處理儀器設(shè)備。目前大多數(shù)實驗室進行無機樣品分析測試時，樣品前處理的時間約占整個分析時間的70%，因此研發(fā)新一代消解儀是提高樣品分析測試效率的關(guān)鍵。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的電熱套、電爐等只能使樣品容器的局部受熱，樣品受熱不均勻，樣品各部位存在一定的溫度差，且敞開式加熱方式熱量散失極大，導(dǎo)致樣品溫度和加熱器的表面溫度存在較大的差距，消解效果差，電能耗費量大。再有近幾年，國外的高端消解儀產(chǎn)品都改用石墨作為加熱體，利用高純石墨優(yōu)良的導(dǎo)熱性和可加工性，可提高加熱的均勻性，但是石墨比較硬脆，在加工、運輸和裝配過程中容易損壞，并且材料成本和加工成本相對較高。
[0004]另一方面，消解儀用于對待測試劑進行加熱預(yù)處理，所以開發(fā)消解儀的重點和難點在于加熱的快速性、穩(wěn)定性以及溫度的精確控制。目前既有的電加熱方式如變壓器調(diào)壓直接加熱、固態(tài)繼電器加熱、晶閘管控制加熱等，具有加熱效率低、控制精度差等缺點，溫度控制超調(diào)大，溫度控制精度低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題提供一種加熱均勻且溫控精確的電熱消解儀。
[0006]為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的電熱消解儀包括加熱體，所述加熱體通過加熱主電路與交流電源連接形成加熱回路，所述加熱主電路包括依次串接的空氣斷路器、單相全橋整流濾波單元和Buck主電路；
[0007]還包括設(shè)置在加熱體上的溫度傳感器，所述溫度傳感器通過濾波放大單元分別與單片機和PWM控制驅(qū)動單元，所述單片機與PWM控制驅(qū)動單元相連接，所述PWM控制驅(qū)動單元通過隔離驅(qū)動單元與Buck主電路相連接；PWM控制驅(qū)動單元通過采樣電阻對加熱回路中電流采樣；
[0008]所述單片機的輸出端連接有顯示溫度的輸出設(shè)備，輸入端連接有參數(shù)設(shè)定的輸入設(shè)備。
[0009]進一步的，所述BUCK主電路包括功率開關(guān)管Tl和二極管D5，所述功率開關(guān)管Tl的漏極與單相全橋整流濾波單元輸出端相連接，所述功率開關(guān)管Tl的柵極與隔離驅(qū)動單元相連接，所述功率開關(guān)管Tl的源極與加熱體相連接，所述二極管D5反向并聯(lián)在加熱體兩端。
[0010]進一步的，所述PWM控制驅(qū)動單元包括電流檢測單元，脈寬輸出調(diào)制單元和保護單元；所述采樣電阻的電流采樣信號通過電流檢測單元與脈寬輸出調(diào)制單元相連接，所述濾波放大單元通過保護單元與脈寬輸出調(diào)制單元相連接，所述脈寬輸出調(diào)制單元與隔離驅(qū)動單元相連接。
[0011]進一步的，所述濾波放大電路包括級聯(lián)的差動放大電路和電壓濾波放大電路，所述差動放大電路的基準(zhǔn)為o°c時標(biāo)準(zhǔn)電阻的分壓值。
[0012]進一步的，所述溫度傳感器為兩個，同步采樣加熱器溫度信號，分別通過濾波放大電路與單片機相連接。
[0013]更進一步的，所述溫度傳感器為PT100溫度傳感器。
[0014]進一步的，所述加熱體為鑄鋁加熱體。
[0015]采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的電熱消解儀采用功率開關(guān)管，選擇Buck電路作為主電路拓?fù)?，通過逆變調(diào)功改變輸出脈寬，從而實現(xiàn)輸出功率的精確調(diào)節(jié)，繼而可以實現(xiàn)加熱過程的精確控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面將結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本作進一步詳細(xì)的說明。
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明加熱主電路的電路原理圖。
[0019]圖3為本發(fā)明濾波放大單元的電路原理圖。
[0020]圖4為本發(fā)明PWM控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖5為本發(fā)明脈寬調(diào)制單元的電路原理圖。
[0022]圖6為本發(fā)明保護單元的電路原理圖。
[0023]圖中:1為加熱主電路，2為加熱體，3為PWM控制驅(qū)動單元，4為采樣電阻，5為溫度傳感器，6為液晶顯示器，7為鍵盤
[0024]101為空氣斷路器，102為單相全橋整流濾波單元，103為BUCK主電路
[0025]301為隔離驅(qū)動單元，302為PWM控制驅(qū)動單元，303為單片機，304為濾波放大單元，305為脈寬輸出調(diào)制單元，306為電流檢測單元，307為保護單元

【具體實施方式】
[0026]如圖1所示，本發(fā)明的電熱消解儀包括加熱體2，本發(fā)明的加熱體2為鑄鋁加熱體，利用鑄鋁優(yōu)良的導(dǎo)熱性、可加工性等物理性能，以及較低的成本，不僅提高了消解儀加熱的均勻性，而且可降低成本、改善性能。所述加熱體2通過加熱主電路I與交流電源連接形成加熱回路，所述加熱主電路包括依次串接的空氣斷路器101、單相全橋整流濾波單元102和Buck主電路103，交流電源與空氣斷路器101輸入端相連、空氣斷路器101輸出端與單相全橋整流濾波單元102輸入端相連，單相全橋整流濾波單元102輸出端連接至Buck主電路103輸入端?？諝鈹嗦菲?01為帶漏電保護的空氣斷路器，當(dāng)主電路發(fā)生漏電或絕緣破壞時，空氣斷路器101斷開，保護人身和設(shè)備安全。
[0027]本實施例還包括設(shè)置在加熱體上的溫度傳感器5，本實施例中溫度傳感器為PT100溫度傳感器。所述溫度傳感器通過濾波放大單元分別304與單片機303和PWM控制驅(qū)動單元302，本實施例中單片機采用MC9S08DZ60CLC，所述單片機303與PWM控制驅(qū)動單元302相連接,所述PWM控制驅(qū)動單元通過隔離驅(qū)動單元301與Buck主電路103相連接；PWM控制驅(qū)動單元302通過采樣電阻4對加熱回路中電流采樣，本實施例中采樣電阻4為0.5Ω。
[0028]所述單片機的輸出端連接有顯示溫度的輸出設(shè)備，輸入端連接有參數(shù)設(shè)定的輸入設(shè)備。本實施例中，輸出設(shè)備為液晶顯不器6,輸入設(shè)備為鍵盤7。
[0029]電熱消解儀加熱主電路的輸入為AC220V/50HZ動力電，輸出連接至加熱體2，主電路的電流采樣信號輸入至PWM控制驅(qū)動單元302，加熱體內(nèi)嵌的溫度傳感器5將溫度信號分別傳送至單片機和PWM控制驅(qū)動單元302，單片機控制電路為PWM控制驅(qū)動單元提供啟動信號和功率給定信號，PWM控制驅(qū)動單元302經(jīng)隔離驅(qū)動電路連接至加熱主電路中的功率開關(guān)管的門極，鍵盤7將加熱參數(shù)設(shè)定信號傳送至單片機控制電路，單片機將加熱溫度顯示信號輸入至液晶顯示器6。
[0030]其中，如圖2所示，本發(fā)明加熱主電路中的BUCK主電路包括功率開關(guān)管Tl和二極管D5，所述功率開關(guān)管Tl的漏極與單相全橋整流濾波單元102輸出端相連接，所述功率開關(guān)管Tl的柵極與隔離驅(qū)動單元相連接，所述功率開關(guān)管Tl的源極與加熱體相連接，所述二極管D5反向并聯(lián)在加熱體兩端。工頻單相220V/50HZ交流電經(jīng)單相全橋整流濾波單元102整流濾波后，經(jīng)IGBT功率開關(guān)管Tl構(gòu)成的Buck主電路產(chǎn)生開關(guān)頻率為18kHz的輸出電壓，可以實現(xiàn)加熱板輸入功率精確控制，從而可以提高加熱溫度控制的精度。
[0031]如圖3所示，所述濾波放大電路包括級聯(lián)的差動放大電路和電壓濾波放大電路，所述差動放大電路的基準(zhǔn)為o°c時標(biāo)準(zhǔn)電阻的分壓值。本實施例中差動放大電路部分的放大器和電壓濾波放大電路中的放大器分別采用運算放大器Ul的兩個放大器，本實施例中運算放大器為LM258。溫度信號濾波放大電路采用TL431A作為2.5V電壓基準(zhǔn)源，PT100熱敏電阻反饋的電壓信號通過LM258與0°C時的標(biāo)準(zhǔn)電阻(100Ω)的分壓值進行差動放大，LM258的5、6、7腳的放大器為差動放大器，溫度傳感器輸出信號PTl+與LM258的5腳相連接，PTl-與LM258的6腳相連接。經(jīng)過差動放大后，再經(jīng)過由LM258的2、3、7腳的放大器及其外圍電路組成的放大電路，進行電壓信號的放大濾波，最后得到與實測溫度相對應(yīng)的電壓信號。為了防止傳感器失效而導(dǎo)致加熱溫度失控，采用兩個溫度傳感器及其溫度信號濾波放大電路對溫度信號進行實時同步采樣。對兩個溫度探頭采集的溫度進行比較，一旦兩個溫度采樣值相差30°C，則認(rèn)為溫度探頭出現(xiàn)故障，則系統(tǒng)自動停止加熱，同時進行聲音報警，這樣就有效避免了傳感器失效而導(dǎo)致的加熱失控，大大提高了消解儀的溫度控制的可靠性。
[0032]如圖4、圖5所示，采集到的加熱主電路的電流反饋值I輸入至電流檢測電路進行信號處理后，輸入至PWM控制驅(qū)動單元，進行電流負(fù)反饋閉環(huán)控制；溫度信號經(jīng)溫度信號濾波放大電路轉(zhuǎn)換為電壓信號輸入至保護電路實現(xiàn)過溫保護，同時保護電路中還包括欠壓保護電路及過載保護電路，一旦出現(xiàn)不正常工作信號，均會產(chǎn)生停止信號，即PWM控制電路停止產(chǎn)生PWM波形，以保證控制過程的安全有效，也避免了調(diào)試及使用過程中對控制板元器件的損壞。MC9S08DZ60CLC單片機輸出的啟動信號用來啟動PWM控制電路，功率給定信號用來改變PWM控制電路輸出脈沖波形的脈沖寬度，從而實現(xiàn)功率控制。PWM控制電路的核心由PWM發(fā)生電路芯片U3及其外圍電路組成，所述PWM發(fā)生電路芯片U3采用SG2525A，用來輸出工作頻率達20KHz的脈沖波形用來驅(qū)動隔離驅(qū)動電路，同時具有欠壓鎖定、過壓保護和軟啟動等功能。由加熱控制電路輸出的PWM脈沖波形輸入至隔離驅(qū)動電路。在圖5所示的脈寬輸出調(diào)制單元305中，調(diào)節(jié)SG2525A的9腳電壓信號PM可以改變PWM輸出信號Pl的脈沖寬度，8腳外接電容C33可以實現(xiàn)軟啟動功能，外部控制脈沖信號Shutdown輸入到外部控制端10腳，可以實現(xiàn)對軟啟動電路和輸出驅(qū)動信號的控制。
[0033]本發(fā)明電熱消解儀設(shè)計了過載過溫和欠壓保護電路，凡出現(xiàn)不正常工作信號，均會產(chǎn)生停止信號(使圖5中的Shutdown信號變?yōu)楦唠娖?，即停止產(chǎn)生PWM，以保證控制過程的安全有效，也避免了調(diào)試及使用過程中對控制板元器件的損壞。過溫保護電路如圖6所示，當(dāng)控制電路檢測到加熱溫度超過228°C，則產(chǎn)生過溫保護信號。其中，ADInl和ADIn2為兩個PT100溫度傳感器采集的溫度信號。
[0034]另外，本實施例中，隔離驅(qū)動單元301采用基于芯片M57962的IGBT驅(qū)動電路，脈寬輸出調(diào)制單元305輸出信號Pl輸入到芯片M57962，芯片M57962的輸出信號驅(qū)動IGBT功率開關(guān)管Tl，從而實現(xiàn)輸出功率的控制，達到精確控溫。
[0035]雖然以上描述了本發(fā)明的【具體實施方式】，但是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，可以對本實施方式作出多種變更或修改，而不背離發(fā)明的原理和實質(zhì)，本發(fā)明的保護范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。
【權(quán)利要求】
1.一種電熱消解儀，包括加熱體，其特征在于:所述加熱體通過加熱主電路與交流電源連接形成加熱回路，所述加熱主電路包括依次串接的空氣斷路器、單相全橋整流濾波單元和Buck主電路； 還包括設(shè)置在加熱體上的溫度傳感器，所述溫度傳感器通過濾波放大單元分別與單片機和PWM控制驅(qū)動單元，所述單片機與PWM控制驅(qū)動單元相連接，所述PWM控制驅(qū)動單元通過隔離驅(qū)動單元與BUCK主電路相連接；PWM控制驅(qū)動單元通過采樣電阻對加熱回路中電流采樣； 所述單片機的輸出端連接有顯示溫度的輸出設(shè)備，輸入端連接有參數(shù)設(shè)定的輸入設(shè)備。
2.按照權(quán)利要求1所述的電熱消解儀，其特征在于:所述Buck主電路包括功率開關(guān)管Tl和二極管D5，所述功率開關(guān)管Tl的漏極與單相全橋整流濾波單元輸出端相連接，所述功率開關(guān)管Tl的柵極與隔離驅(qū)動單元相連接，所述功率開關(guān)管Tl的源極與加熱體相連接，所述二極管D5反向并聯(lián)在加熱體兩端。
3.按照權(quán)利要求1所述的電熱消解儀，其特征在于:所述PWM控制驅(qū)動單元包括電流檢測單元，脈寬輸出調(diào)制單元和保護單元；所述采樣電阻的電流采樣信號通過電流檢測單元與脈寬輸出調(diào)制單元相連接，所述濾波放大單元通過保護單元與脈寬輸出調(diào)制單元相連接，所述脈寬輸出調(diào)制單元與隔離驅(qū)動單元相連接。
4.按照權(quán)利要求1所述的電熱消解儀，其特征在于:所述濾波放大電路包括級聯(lián)的差動放大電路和電壓濾波放大電路，所述差動放大電路的基準(zhǔn)為O V時標(biāo)準(zhǔn)電阻的分壓值。
5.按照權(quán)利要求1所述的電熱消解儀，其特征在于:所述溫度傳感器為兩個，同步采樣加熱器溫度信號，分別通過濾波放大電路與單片機相連接。
6.按照權(quán)利要求5所述的電熱消解儀，其特征在于:所述溫度傳感器為PTlOO溫度傳感器。
7.按照權(quán)利要求1-6中任一項所述的電熱消解儀，其特征在于:所述加熱體為鑄鋁加熱體。
【文檔編號】G01N1/44GK104359752SQ201410718987
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】胡國棟 申請人:北京東航科儀儀器有限公司