色谱仪热导检测器电桥自动调衡的方案研究

　　1引言

　　色谱仪热导检测器的电桥信号提取电路如图 1 所示，整个电路采用 200mA 的恒流源供电，3 个标准电阻R1、R2、R3为 200 ，由于传感器的分离性，传感器电阻 Rt在通过标准气体时，电阻为 200 ±10 ，电桥并不平衡。早期通过调节机械电位器实现电桥调衡，即实现 U1=U2。但是机械调衡需要人为干预，不适合微机化仪表自动调衡的要求，因此用数字电位器调衡取代机械电位器是色谱仪制造厂家渴望解决的问题。

　　分析图 1 发现电位器高低两端电压约为 40V，而现在出售的数字电位器的高低两端电压一般只有±5V，通过数字电位器的电流一般为 1mA。因此，针对色谱仪热导检测器电桥的特点, 桥路电压高(约 40V)，电流大(每个分支 100mA 左右), 而当前的数字电位器耐压低(<30V)，电流小(<1mA)，为此我们进行了数字电位器取代机械电位器的方案设计和实验验证，实现了热导检测器桥路的单片机调衡。

　　2 数字电位器

　　根据色谱仪热导检测器电桥的应用特点，采用目前耐压最高的数字电位器 MAX5436。其耐压可达 30V，通过电流仅为 1mA，总电阻为 50k ，共分 128 段，滑片电阻为 900 。在本课题中通过单片机控制数字电位器的滑动抽头的位置，实现 U1=U2。

　　3 数字电位器的电桥调衡电路比较

　　3.1 方案 1

　　由于在热导检测器电桥调衡中使用数字电位器，必须解决数字电位器耐压低和通过电流小的问题，在图 1 所示电路中用MAX5436 替代机械电位器Rw会烧坏MAX5436, 因此改为如图 2 所示电路。

　　采用 2 个 MAX5436 组成调衡电路，每个 MAX5436承受电压约 20V，这样可以保证 MAX5436 的耐压条件(<30V)，即使 MAX5436 的滑片 Wp移到电阻网络的最上端或最下端，由于 MAX5436 存在 900 的滑片电阻，按照电阻的并联关系每个 MAX5436 所承受的电压不会超过 22V。

　　除了要满足数字电位器的耐压条件(<30V)，同时还要满足数字电位器的耐流条件(即通过数字电位器 3 端的电流都必须<1mA)，否则同样会烧坏MAX5436。

　　因热导检测器传感电阻的动态范围是：190~210，所以数字电位器 Rw1和 Rw2的滑片可能移动到电阻网络的上限或者下限，才会实现 U1=U2，这样会造成流过 Rw1和 Rw2的电流变化。取极限数据近似分析，如表1 所示。

　　从表 1 中可以看出在满足传感器动态范围时，要实现桥路调零，流过电位器的电流超过 MAX5436 的耐流条件。显然方案 1 不满足传感器电阻 Rt动态范围的要求，同时可以得出结论，采用数字电位器与参比臂电阻 R2、R3并联，以降低参比臂电阻的思路行不通。