一种热导检测器恒温控制装置的制作方法

1.本发明涉及一种热导检测器技术领域，具体涉及一种热导检测器恒温控制装置。


背景技术：

2.热导检测器通常适用于气体混合物检测分析，具有在检测过程中不破坏被检测气体组份的特点。热导检测器是根据热传导的原理工作的，因此它对温度极为敏感，通常要求把热导检测器恒温在温差变化不大于
±
0.1℃的情况下。热导检测器的热导块温度的些微变化就会严重影响到检测器的稳定性，热导块温控精度是提高检测器精度的关键指标。
3.现有技术的热导检测器的控制方式使用市电直接供电，受到电源电压波动的影响。在电网电压发生变化时温度会产生波动，由于温度变化是缓慢变化的信号，这个波动会持续很长时间才能调节到目标温度，这样使热导块温度控制效率降低；此外，现有技术的控制方式受环境温度变化影响，必须采取极其保温的措施才能使温度长期稳定，而加热装置是一个单向升温的过程，如果保温太好会使加热装置工作在断续工作模式，这样不利于热导块温度控制的精度。因此，目前热导检测器的温控精度和温控效率都有待提高。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种热导检测器恒温控制装置，不仅可减小电网波动，提高热导检测器的温控效率，而且能减小外部环境温度变化对热导检测器温控精度的影响，从而提高热导检测器的温控精度。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种热导检测器恒温控制装置，包括：腔室内环境恒温装置、buck恒压控制电路和控制器；
7.所述buck恒压控制电路的一端连接市电，所述buck恒压控制电路的另一端分别与所述腔室内环境恒温装置、热导检测器和所述控制器连接；所述buck恒压控制电路用于向所述控制器输出电压信号，并接收所述控制器发送的电压控制信号，所述电压控制信号用于驱动所述腔室内环境恒温装置和所述热导检测器；
8.所述腔室内环境恒温装置，包括：第一腔室、第一温度传感器和第一加热元件；所述第一温度传感器、所述第一加热元件和所述热导检测器均位于所述第一腔室内；
9.所述第一温度传感器、所述第一加热元件均与所述控制器连接；所述第一加热元件与所述buck恒压控制电路连接；所述第一温度传感器用于采集所述第一腔室内的温度，并将所述第一腔室内的温度发送至所述控制器；所述第一加热元件用于接收所述控制器发送的温度控制信号，并对所述第一腔室进行加热。
10.可选地，所述腔室内环境恒温装置，还包括：第一开关管、温度信号调理电路和pwm隔离驱动电路；
11.所述pwm隔离驱动电路的一端通过所述第一开关管与所述第一加热元件连接，所述pwm隔离驱动电路的另一端和所述控制器连接；所述温度信号调理电路的一端和所述控
制器连接，所述温度信号调理电路的另一端和所述第一温度传感器连接。
12.可选地，所述热导检测器，包括：第二腔室、第二温度传感器、模拟pid调节器、载波发生电路、第一pwm驱动电路、第二开关管、第二加热元件和热敏检测元件；
13.所述第二温度传感器、所述模拟pid调节器、所述载波发生电路、所述第一pwm驱动电路、所述第二开关管、所述第二加热元件和所述热敏检测元件均位于所述第二腔室的内部；所述热敏检测元件安装在所述第二温度传感器的周围；所述第二加热元件安装在所述热敏检测元件周围；所述第二温度传感器和所述模拟pid调节器的输入端连接，所述模拟pid调节器的输出端和所述载波发生电路连接；所述载波发生电路和所述第一pwm驱动电路连接，所述第一pwm驱动电路通过所述第二开关管和所述第二加热元件连接。
14.可选地，所述热导检测器，还包括：模拟放大滤波电路、基准电压给定电路和电压比较电路；
15.所述第二温度传感器通过所述模拟放大滤波电路和所述模拟pid调节器的输入端连接；所述基准电压给定电路和所述模拟pid调节器的输入端连接；
16.所述载波发生电路通过所述电压比较电路和所述第一pwm驱动电路连接。
17.可选地，所述buck恒压控制电路，包括：第三开关管、供电电路、电压电流采样电路和第二pwm驱动电路；
18.所述电压电流采样电路的一端连接所述市电，所述电压电流采样电路的另一端连接所述控制器；所述第二pwm驱动电路的输入端与所述控制器连接，所述第二pwm驱动电路的输出端与所述第三开关管的输入端连接；所述第三开关管的输出端通过所述供电电路分别与所述第一加热元件以及所述热导检测器连接。
19.可选地，所述供电电路，包括：依次连接的续流二极管、滤波电感和滤波电容。
20.可选地，所述第二加热元件是加热棒，所述热敏检测元件是热丝。
21.可选地，所述第一加热元件包括加热板和横流风机；
22.所述加热板和所述buck恒压控制电路连接，所述横流风机位于所述加热板上方，所述横流风机用于使所述加热板的热量以对流的方式扩散。
23.可选地，所述热导检测器恒温控制装置，还包括：emi滤波器和二极管整流滤波单元；
24.所述emi滤波器的一端连接所述市电，所述emi滤波器的另一端通过所述二极管整流滤波单元和所述buck恒压控制电路连接。
25.可选地，所述加热棒为四个；所述热丝为两个；两个所述热丝对称且均匀布设在所述第二温度传感器的周围；四个所述加热棒对称且均匀布设在两个所述热敏检测元件的周围。
26.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
27.本发明通过在热导检测器外部设置腔室内环境恒温控制装置，通过采集腔室内空气温度，并对腔室内环境恒温装置第一加热元件的加热功率进行控制，来控制腔室内环境恒温控制装置的空气温度，解决了热导检测器温度受外界环境温度变化干扰问题，减小环境温度变化对热导检测器温控精度的影响；通过将buck恒压控制电路应用于热导温度控制中，为热导检测器和腔室内环境恒温装置提供稳定的直流电压，稳定的直流电压为腔室内环境恒温装置的第一加热元件和热导检测器的第二加热元件提供稳定的加热功率，减小了
电网电压波动和谐波干扰对热导检测器温控效率的影响。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明实施例提供的热导检测器恒温控制装置的结构图。
30.图2为本发明实施例提供的腔室内环境恒温装置和热导检测器的一种结构示意图。
31.图3为本发明实施例提供的腔室内环境恒温装置和热导检测器的另一种结构示意图。
32.符号说明：a-腔室内环境恒温装置，b-热导检测器，c-目标恒温控制区，a-1-第一加热元件，b-1-第一加热棒，b-2-第二加热棒，b-3-第三加热棒，b-4-第四加热棒，b-5-第二温度传感器，b-6-第一热丝，b-7-第二热丝。
33.1-emi滤波器，2-二极管整流滤波单元，3-buck恒压控制电路，6-控制器。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.本发明的目的是提供一种热导检测器恒温控制装置，通过在热导检测器外部设置一个腔室内环境恒温控制装置解决了热导检测器温度受外界环境温度变化干扰问题，减小环境温度变化对热导检测器温控精度的影响；通过将buck恒压控制电路应用于热导温度控制中，为热导检测器和腔室内环境恒温装置提供稳定的直流电压，减小了电网电压波动和谐波干扰对热导检测器温控效率的影响。
36.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
37.参见图1，本实施例提供的热导检测器恒温控制装置，包括：腔室内环境恒温装置a、buck恒压控制电路3和控制器6；所述buck恒压控制电路3的一端连接市电，所述buck恒压控制电路3的另一端分别与所述腔室内环境恒温装置a、热导检测器b和所述控制器6连接；所述buck恒压控制电路3用于向所述控制器6输出电压信号，并接收所述控制器6发送的电压控制信号，所述电压控制信号用于驱动所述腔室内环境恒温装置a和所述热导检测器b；所述控制器6用于将所述buck恒压控制电路发送的电压信号与内部存储的设定电压进行比较，向所述腔室内环境恒温装置a输出电压控制信号，使得腔室内环境恒温装置a的电压保持恒定，向所述热导检测器b输出电压控制信号，使得热导检测器b的电压保持恒定。本实施例主要是将现有的buck恒压控制电路3用于热导检测器b的恒压控制，具体的恒压控制方式在此不做限定，任意一种现有的能实现恒压控制的方式均可，例如通过电压比较的方式，此
时，控制器6内也只需内置一个现有的比较器即可，控制器6通过与buck恒压控制电路3的连接，采用现有的恒压控制方式实现对腔室内环境恒温装置a和热导检测器b的恒压控制。
38.参见图2，所述腔室内环境恒温装置a，包括：第一腔室、第一温度传感器和第一加热元件a-1；所述第一温度传感器、所述第一加热元件a-1和所述热导检测器b均位于所述第一腔室内。
39.所述第一温度传感器、所述第一加热元件a-1均与所述控制器6连接；所述第一加热元件a-1与所述buck恒压控制电路3连接；所述第一温度传感器位于所述热导检测器b的上方，用于采集所述第一腔室内的温度，并将所述第一腔室内的温度发送至所述控制器6；所述第一加热元件a-1位于所述热导检测器b的下方，用于接收所述控制器6发送的温度控制信号，并对所述第一腔室进行加热。所述第一温度传感器用于采集所述第一腔室内的温度，并将所述第一腔室内的温度发送至所述控制器6；所述控制器输出温度控制信号控制所述第一加热元件a-1的功率，所述第一加热元件a-1对第一腔室内的空气温度实现恒温控制。本实施例中控制器6实现恒温控制的方式在此不做限定，任意一种现有的能实现恒温控制的方式均可，例如通过温度比较的方式，此时，控制器6内也只需内置一个现有的比较器即可，控制器6通过与第一温度传感器以及加热元件a-1的连接，采用现有的恒温控制方式实现对腔室内环境恒温装置a的恒温控制，从而使得热导检测器b减小环境温度变化影响，使热导检测器b的温度长期稳定，提高热导检测器b温度控制的精度。
40.本实施例中，通过设置腔室内环境恒温装置a来控制腔室内环境恒温装置a的空气温度，解决了热导检测器b温度受外界环境温度变化干扰问题，减小环境温度变化对热导检测器b温控精度的影响；通过将buck恒压控制电路3应用于热导温度控制中，为热导检测器b和腔室内环境恒温装置a提供稳定的直流电压，减小了电网电压波动和谐波干扰对热导检测器b温控效率的影响。
41.在一个示例中，所述腔室内环境恒温装置a还包括第一开关管、温度信号调理电路和pwm隔离驱动电路。
42.所述pwm隔离驱动电路的一端通过所述第一开关管与所述第一加热元件a-1连接，所述pwm隔离驱动电路的另一端和所述控制器6连接；所述温度信号调理电路的一端和所述控制器6连接，所述温度信号调理电路的另一端和所述第一温度传感器连接。
43.本示例中，控制器6中内置现有的数字pid调节器，整个腔室内环境恒温装置a实现恒温控制的原理是：第一温度传感器采集第一腔室内的温度信号，将温度信号传送给连接在控制器6和第一温度传感器之间的ad转换器，ad转换器将温度信号转换为电压信号并量化为数字量，腔室内环境恒温装置a的温度信号调理电路将转换后的温度信号进行放大调理后作为温度反馈信号送给控制器6，控制器6将通过串口接收的在上位机的软件界面设定的温度给定信号与所述温度反馈信号进行比较，即相减运算，通过控制器6里面的数字pid调节器对产生的差值进行比例、积分和微分计算后产生用于控制第一开关管的温度控制信号(pwm斩波信号)，pwm斩波信号经所述pwm隔离驱动电路放大隔离后用于驱动所述第一开关管导通和关断来控制所述第一加热元件a-1的加热功率，达到恒温控制的目的，在这一过程中，控制器6可以实现温度设置、温度信号采集及数字滤波、根据给定温度和反馈温度信号实现温度数字pid闭环控制、输出pwm斩波信号。
44.在一个实施例中，所述热导检测器b，包括：第二腔室、第二温度传感器b-5、模拟
pid调节器、载波发生电路、第一pwm驱动电路、第二开关管、第二加热元件和热敏检测元件。
45.所述第二温度传感器b-5、所述模拟pid调节器、所述载波发生电路、所述第一pwm驱动电路、所述二开关管、所述第二加热元件和所述热敏检测元件均位于所述第二腔室的内部；所述热敏检测元件安装在所述第二温度传感器b-5的周围；所述第二加热元件安装在所述热敏检测元件周围；所述第二温度传感器b-5和所述模拟pid调节器的输入端连接，所述模拟pid调节器的输出端和所述载波发生电路连接；所述载波发生电路和所述第一pwm驱动电路连接，所述第一pwm驱动电路和所述第二开关管连接，所述第二开关管和所述第二加热元件连接。本实施例主要是将现有的模拟pid调节的方式用于热导检测器b的恒温控制，具体的恒温控制方式在此不做限定，任意一种现有的能实现恒温控制的方式均可。
46.模拟pid调节器是目前常用的一种pid调节方式，模拟pid调节器控制热导检测器b的内部保持恒温的原理如下：模拟pid调节器接收所述第二温度传感器b-5输出的温度反馈信号和温度给定信号，在模拟pid调节器中计算后与载波发生电路生成的周期固定的类三角波进行比较，比较后输出的pwm脉冲信号控制第二开关管的导通和关断，实现对第二加热元件的加热功率控制，第二加热元件将恒温传送给热敏检测元件对混合气体进行检测。
47.进一步具体的，所述第二加热元件是加热棒，所述热敏检测元件是热丝，其中，加热棒以及热丝的数量、布置方式不做限定。例如，如图2所示，所述加热棒可以为四个，分别是第一加热棒b-1、第二加热棒b-2、第三加热棒b-3、第四加热棒b-4；所述热丝为两个，分别是第一热丝b-6和第二热丝b-7；两个所述热丝对称且均匀布设在所述第二温度传感器b-5的周围；四个加热棒对称且均匀布设在两个所述热敏检测元件的周围。具体的，所述第二温度传感器b-5位于所述热导检测器b的几何中心处，第一热丝b-6和第二热丝b-7呈中心对称分布，加热棒也呈中心对称分布。如图3所示，所述加热棒可以为两个，分别是第二加热棒b-2和第四加热棒b-4；所述热丝为两个，分别是第一热丝b-6和第二热丝b-7；两个所述热丝对称且均匀布设在所述第二温度传感器b-5的两侧；两个所述加热棒对称且均匀布设在两个所述热敏检测元件的两侧。
48.在一个实施例中，所述热导检测器b，还包括：模拟放大滤波电路、基准电压给定电路和电压比较电路。
49.所述第二温度传感器b-5通过所述模拟放大滤波电路和所述模拟pid调节器的输入端连接；所述基准电压给定电路和所述模拟pid调节器的输入端连接；所述载波发生电路通过所述电压比较电路和所述第一pwm驱动电路连接。
50.本示例中，热导检测器b实现恒温控制的原理是：模拟放大滤波电路将接收到的第二温度传感器b-5输出的小电压信号进行放大滤波后输出到模拟pid调节器，模拟pid调节器接收放大滤波后的信号作为温度反馈信号，接收基准电压给定电路中低温漂系数的基准电压源和高精密低温漂电阻分压产生的电压信号通过拨码开关设置的温度给定信号，进行计算后与载波发生电路生成的周期固定的类三角波在电压比较电路进行比较，比较后输出的pwm脉冲信号经第一pwm驱动电路隔离放大后控制第二开关管的导通和关断，实现对第二加热元件的加热功率控制，第二加热元件将恒温传送给热敏检测元件对混合气体进行检测。
51.在一个实施例中，参见图1，所述热导检测器恒温控制装置，还包括emi滤波器1和二极管整流滤波单元2。
52.市电通过所述emi滤波器1和二极管整流滤波单元2后，和所述buck恒压控制单元连接。
53.在一个实施例中，所述buck恒压控制电路3，包括：第三开关管、供电电路、电压电流采样电路和第二pwm驱动电路。
54.所述电压电流采样电路的一端连接市电，所述电压电流采样电路的另一端连接所述控制器6；所述第二pwm驱动电路的输入端与所述控制器6连接，所述第二pwm驱动电路的输出端与所述第三开关管的输入端连接；所述第三开关管的输出端通过所述供电电路分别与所述第一加热元件a-1以及所述热导检测器b连接。
55.本实施中，所述供电电路，包括：依次连接的续流二极管、滤波电感和滤波电容。
56.所述buck恒压控制电路3对所述腔室内环境恒温控制装置a和所述热导检测器b进行恒压控制的原理是：市电输入后，emi滤波器1消除电网带来的高频干扰成分后电压输出到二极管整流滤波单元2，二极管整流滤波单元2用于将单相交流市电整流成不可控的脉动直流电，给腔室内环境恒温装置a和热导检测器b提供稳压的直流电压，控制器6用于控制buck恒压控制电路3输出电压，具体过程是：buck恒压控制电路3将接收到的二极管整流滤波单元2输出的直流电压输出至控制器6，控制器6将直流电压采样到控制器6里面的数字pid调节器的反馈端，与设定的给定电压进行比较，即相减，对产生的差值进行比例、积分和微分的运算，运算后的量即控制器6的数字pid调节器的输出信号与载波信号相比较，载波信号是幅值和频率固定的三角波，当控制器6的数字pid调节器的输出信号大于载波信号时在pwm端口输出一个高电平，控制第三开关管的导通，当第三开关管导通时，将电压信号输出到负载端；当控制器6的pid调节器的输出信号小于载波信号时在pwm端口输出一个低电平，控制第三开关管的关闭，当第三开关管关闭时，buck恒压电路的续流二极管、滤波电感、滤波电容续流为负载供电，最终输出的高频pwm信号是频率与载波信号相同，占空比变化的方波信号，通过在一个周期内开关管导通的占空比来调节电压信号，最终，buck恒压控制电路3将恒定可控的恒压直流电输送给腔室内环境恒温装置a和热导检测器b。
57.在这一过程中，能量流动方式为单相工频交流输入
→
二极管整流滤波单元2
→
buck恒压控制电路3
→
高频pwm斩波单元
→
第一加热元件a-1和第二加热元件。
58.在一个实施例中，参见图2或图3，所述第一加热元件a-1包括加热板和横流风机，所述第一加热元件a-1位于所述热导检测器b的下方，所述横流风机位于加热板上方，将加热板的热量以对流的方式扩散到整个腔室内，使整个腔室空间温度均匀。
59.在一个实施例中，所述热导检测器b外层有隔热层用来减少温度耗散，使整个热导检测器恒温控制装置的温控效率进一步提高。
60.本发明通过腔室内环境恒温装置a来控制腔室内环境恒温控制装置a的空气温度，解决了热导检测器的目标恒温控制区c温度受外界环境温度变化干扰问题，减小环境温度变化对热导检测器的目标恒温控制区c的温控精度的影响；通过将buck恒压控制电路3应用于热导温度控制中，为热导检测器b和腔室内环境恒温装置a提供稳定的直流电压，稳定的直流电压为腔室内环境恒温装置a的第一加热元件a-1和热导检测器b的第二加热元件提供稳定的加热功率，减小了电网电压波动和谐波干扰对热导检测器的目标恒温控制区c温控效率的影响。
61.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他
实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
62.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。