[发明专利]离子迁移谱仪用多路温控装置

说明书

技术领域

本发明涉及离子迁移谱仪中的温度控制，具体涉及一种用于离子迁移谱仪的多路温度控制装置。

背景技术

在离子迁移谱仪中，迁移管是核心部件，工作在大气压力下，它的工作温度对离子迁移率、反应物离子的种类和产量等都有着很大的影响。选择合适的迁移管工作温度，能有效地增加反应物离子的产量，有利于改善离子迁移谱仪检测的分辨率，提高检测的灵敏度和选择性。

离子迁移谱仪中迁移管的工作温度对其工作性能有重要影响。因此，离子迁移谱仪对温度控制有较高的要求。一般要求迁移管的工作温度可以设定在80℃至300℃之间，恒温时精度为±1℃，稳定性也要求在±1℃以内。另外，迁移管输出的是大约几十飞库(femtocoulomb)级的微弱电荷信号，很容易受外界电磁信号的干扰。因此，温控电路在工作过程中不能对迁移管输出信号产生干扰。

离子迁移谱仪中不仅迁移管需要进行温度控制，还有进样器等部分也需进行温度控制。因此，在离子迁移谱仪中要求同时实现多路温度控制，并且各路温控相互独立，互不影响。

目前工业中常用的温控电路大都是通过对加热器件上的电压进行通断控制来实现，如采用脉冲宽度调制PWM来实现控制。这种控制虽然电路和算法简单，但它采用方波脉冲来作为控制和加热，脉冲信号的上升下降沿跳变很容易对迁移管输出信号产生干扰。

另外，还有应用传统模拟PID控制和数字PID算法来实现温控的。传统模拟PID温度控制电路大都最终也是以驱动类似继电器等的通断方式来实现温度控制。数字PID算法相对来说比较复杂。在以单片机为核心进行系统控制和数据采集的离子迁移谱仪系统中，温控过程中的PID计算会占用过多的单片机资源，导致实时采集谱仪数据时单片机资源紧张。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术应用于以单片机为控制和数据采集核心的离子迁移谱仪时存在的缺陷，提供一种离子迁移谱仪用的多路温控装置。

在本发明的一个方面，提出了一种离子迁移谱仪用多路温控装置，包括数字电路部分和模拟电路部分，其中数字电路部分包括：单片机；与所述单片机连接并具有多路独立输出的数模转换器DAC；与所述单片机连接并具有单路模拟输入的模数转换器ADC；模拟电路部分包括多路独立的控制电路部分以及多选一开关，每个控制电路部分包括：由设置在离子迁移谱仪上的温度传感器和所述DAC的所述多路独立输出中的相应一个输出等组成的惠斯顿电桥；与所述惠斯顿电桥输出之一相连接的比例积分微分PID控制电路；与所述惠斯顿电桥另一路输出相连接的多选一开关；与所述多选一开关输出相连接的所述ADC；在所述PID控制电路的输出信号控制下，驱动设置在离子迁移谱仪上的加热单元的驱动器。

根据本发明的实施例，所述温度传感器作为惠斯顿电桥的一个桥臂电阻，通过惠斯顿电桥产生的偏差信号经过放大后输出到所述PID控制电路。

根据本发明的实施例，所述加热单元是加热膜，通过驱动器控制流过加热单元的电流来进行温度调节。

根据本发明的实施例，所述驱动器是MOS管，所述PID控制电路输出电压控制量输入到所述MOS管的栅极，利用MOS管漏极电流随栅极和源极间反向电压变化而变化的特性，改变通过加热膜的电流来实现温度控制。

根据本发明的实施例，所述离子迁移谱仪上需要进行温度控制的位置的恒温点是通过与所述单片机相连的计算机来设置的。

根据本发明的实施例，所述单片机自带通用串行总线USB接口，并且通过该USB接口与所述计算机连接。