一种热导式在线分析仪的温度控制方法

　　1　引　　言

　　热导式在线分析仪是一种物理式气体分析器,用来分析气体混合物中氮气、氩气、二氧化硫等气体的百分含量。目前,各种不同特色的热导式在线分析仪被广泛地应用在工业和大气监测部门。这种仪器灵敏度高,有些场合还用它来探漏。同时配以预处理装置和气路切换装置,还可以在线分析多个流路的样气。随着自动化的发展,已经出现了以热导式分析仪作为变送器组成的自动调节系统,实现对生产过程的自动调节,对于提高产品质量、安全生产等起了一定的作用。

　　这里介绍的这种热导式在线分析仪可以实现混合气体中氩气含量的测量,然后由LCD显示测量结果,根据测量结果输出4～20mA电流。主要研究任务是完成主板中信息采集、处理及控制电路的设计。根据要求,仪器工作温度为50℃,误差太大则会影响测量结果的精确性,因此如何在缩短仪器预热时间的同时保证其始终工作于50℃就成为一个难点。

　　2　温度控制电路的设计

　　2.1　传感器接口介绍

　　整个温度传感器的接口主要由热导池(测量臂电阻即为热导池中的电阻丝)、检测桥路(A、B、C之间)、加热电阻(H、J之间)以及用来反馈温度传感器中温度的热敏电阻组成。

　　2.2　ST72321的PWM功能

　　该分析仪采用的控制芯片是意法半导体公司的8位MCU芯片ST72321。这块MCU最多可以同时产生四路独立的PWM信号,它自带一个8位计数器和7位的时钟源。通过程序设置它的占空比寄存器(duty cy-cle register)可以改变输出脉宽的占空比[2]。此外该芯片具有10位的模数转换器(ADC),这也为温度的精确测量与控制提供了保证。

　　2.3　温度控制电路的具体实现

　　传感器接口的F与K端之间是热敏电阻,用于反馈当前温度传感器中的温度值。接口的F端接+5V直流稳压,通过对R1选取适当的阻值,K端就能输出一个能够反映热敏电阻阻值的电压值,经ST72321的A/D转换口进行A/D转换。通过查表程序,判断当前热敏电阻的阻值,同时也就知道了当前温度传感器中的温度值

　　温度控制电路采用脉宽调制(PWM)控制[1]。在温度传感器的H端加30V直流稳压,为温度传感器中的加热电阻提供加热电压。加热与否由Q1来控制。从ST72321的PB3(PWM0)口输出PWM波形,通过限流电阻R2,接在Q1的基极。Q1作为一个开关,当基极为高电平时三极管导通,开始对加热电阻进行加热;当基极为低电平时三极管截止,即停止对加热电阻加热。分析仪只使用了四路PWM信号中的一路。如果检测到实际温度低于预定值,则程序会自动按需要赋给寄存器一个适当数值,增大PWM波形的占空比,使三极管保持一段较常时间的导通,加热电阻持续加热,温度升高;当温度超过预定值,程序则会减小占空比,三极管保持一段较常时间的截止,电阻停止加热,温度降低;当检测到的温度在设定的范围内以极小幅度变化时,占空比保持不变,三极管有规律的导通截止,温度恒定。通过这种方法,不但温度可控,加热速度也可以调节。