热导检测器精密恒流源的设计与实现

　　气相色 谱仪 作为测 量 仪 器 ，以 其 高 效 、高 灵 敏 度 和高选择性的特点而广泛用于石油 、化工、环保、临床、制药和食 品等 领域， 可 以对 物质 成分进 行定 性和定 量 分析，它可以在很短的时间内分离几十种甚至上百种成分的混合物，这是其他方法无法比拟的[ 1]。 目前 ， 由于使用了高灵敏度的检测器及微处理机，使得气相色谱法成为一种分析速度快、灵敏度高、应用范围广的分析方法[2-4]。

　　气相色谱仪有多种检测器，其中热导检测器由于对所有物质都有响应 ，结构简单、性能可靠、定量准确、价格低廉、经久耐用，而且是非破坏性检测器，因此广泛配置在商用气相色谱仪中[ 5]， 安捷伦便携色谱仪 3000 系列也配置了基于MEMS工艺的微型热导检测器[ 6]，但 是与其他检测器相比，热导检测器灵 敏度 低，这 是它的 主要缺点，本文试图通过从恒流源电路上改进，提高其性能。

　　1 热导检测器工作原理

　　热导检测器是利用被测成分和载气的导热系数不同而响应的浓度型检测器， 如图 1 为热导检测器工作原理图。 由图 1 可以看出 ， 只通入载气时 ， 惠斯通电桥处于平衡状态，M、N 两点电位相等，电位差 VMN为零。再通入样气后，由于参考臂上 通入 的是 纯载气 ，而测 量臂上 通入的是载气和样气的混合气体，其导热系数不同于纯载气，从热丝向四周传导的热量也就不同，从而引起两臂热丝温度不同，进而使两臂热丝阻值不同,电桥平衡破坏。 M 、 N两点电位不等，即存在电位差VMN不为零，通过对VMN电压进行检测、分析，从 而定 性、定量 地测 出被 测物 质 的成分和含量。

　　热导检测器在测量仪器中不 能得到 广泛 普及的一个重要原因是其灵敏度不是很高， 因此提高 检测 器的灵 敏 度 对 热 导 检 测 器 非 常 必 要。

　　由式(1)可知影响热导检测器灵敏度的主要因素 是热 导电 阻、 桥路 电流 、 载气热 导系 数 、 热 导池体积、热丝温度及池体温度。热导检测器灵敏度可用式(1)表示：

　　一般情况下，热导电阻的选择对提高灵敏度来说很重要，一个性能优异 的热导 检测 器 ，对 电阻的 要求 主要考虑四点：①电阻率 高，以 便可以 在相 同长 度内得 到高阻值; ②电阻温度 系数大 ，以便 有微 小的散 热就 有大的阻值变化;③强度好;④耐氧化或腐蚀。

　　除了电阻的选择，由式(1)可以看出灵敏度和桥流 3次方成正比，桥流对 灵敏 度和基 线噪 音影 响很大 ，实践证明：桥流每增加 10%，灵敏度增加 1 倍，基线噪音也增加1倍[ 7]， 因此本文通过研制高稳定性的热导恒流源 来提高热导检测器的灵敏度。