主变温控仪原理

[color=#DC143C]近期、版面有版友问及关于石墨炉使用光温控制器的问题，故此写下小记，以满足有兴趣的版友需求。[/color]一、概 述：众所周之，[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]分光光度计在分析某些高温元素或低含量元素时，使用石墨炉原子化器比火焰原子化器的灵敏度要高的多，故应用较为普遍。 目前仍有一部分商品仪器对于石墨炉升温还是采用单纯电流控制方式。即通过专用的石墨炉电源按照不同的升温阶段提供相应的恒定电流并流经石墨管后产生焦耳热，从而使石墨管中的样品里的待测元素被原子化后进行吸收测定。 但是上述的供电方式给石墨炉原子化器带来一些不可避免的问题。其中最主要的是：在原子化阶段，石墨管从灰化阶段的低温状态突然上升到原子化的高温状态需要一个平衡的时间过程，这是由石墨管的物理特性所决定的，由此便产生出一个“升温速率”的概念。 当石墨管温度很低时，升温速率V与电流强度I的平方成正比（V/I² ）。升温速率的快慢不仅影响测试的灵敏度而且还影响石墨管的热性能。升温速率越快，石墨管到达热平衡状态就越早，则可保障待测元素绝大部分均被原子化，故灵敏度可得以提高。当升温速率减缓后，石墨管到达原子化的温度时间就被延长，从而致使一部分待测元素在还未被充分原子化之前就损失掉了（一般是被载气吹跑了，所以有的仪器在原子化阶段停止载气供给就是出于此原因），造成了测试灵敏度的下降。图－1就是石墨炉在采用恒流供电及光温控制技术的两种方式下，用同一浓度的铅样品各重复三次的测试结果比较；由此不难看出，使用光温控制技术的结果优于恒流控制。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2008/09/200809181542_109307_1602290_3.jpg[/img] [B] [size=4] 图－1[/size][/B]由于一般石墨管采用的是恒电流供电方式，所以升温速率势必受到限制。如果采用光温控制技术则可以使升温速率得到很大的提高。[color=#DC143C]结 论：光温控制技术的实质就是提高升温速率的手段。[/color]二、光温控制技术的简单原理：（1）石墨管随着温度的改变其发出的光辐射的强度也随着改变；（2）让石墨管在仪器允许的范围从最低温度开始做连续加热升温直至最高允许温度，其发出的光辐射强度势必是连续递增的，即加热电流与光辐射强度（或温度）形成了一定的逻辑关系曲线。（3）用光导器件（一般是光导纤维和光敏二极管组成）将上述石墨管连续递增变化的光辐射信号实施连续跟踪采集并转化为电信号后传送到电脑中存储，也就是使电脑产生了一个加热电流与温度的比例关系的连续控制信号，并加以记忆，以实施对石墨炉的升温控制；这就组成了：石墨炉电源——石墨炉——光温控制器——石墨炉电源 这样一个闭环控制系统；如图－2所示：[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2008/09/200809181542_109308_1602290_3.jpg[/img] [B] [size=4][size=3]图－2[/size][/size][/B]（4）在原子化阶段升温的开始瞬间，石墨炉电源不是按照常规的参数设定的恒流电流供电（如果是那样石墨管的升温速率仍是缓慢，即温度曲线上升沿仍然不陡直），而是提供了一个大大超越了预设的升温电流（基本处于饱和状态，参阅图－3右图）； 根据前面所介绍的， “升温速率V与电流强度I的平方成正比 （V/I² ）”这样一个理论为依据，石墨管的升温速率很快就提高了；当石墨管到达了预设的温度后，此时的光辐射被光温控制器立即检测到，并迅速反馈给电脑以达到控制石墨炉电源恢复到预先设计的恒流电流来维持升温的目的；这样一举两得、即提高了升温速率又保障了石墨炉的设置温度。图－3是石墨炉原子化升温时恒流控制与光温控制的比较示意图：[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2008/09/200809181543_109309_1602290_3.jpg[/img] [size=4][B] 图－3[/B][/size]三、使用光温控制技术的优点：（1）提高了检测的灵敏度（前面已经谈到）；（2）提高了测试的重现性(因为原子化较为彻底)；（3）减少了背景和基体的干扰（背景物质同样被彻底烧出）；（4）延长了石墨管寿命（从图－3可以看出，由于使用了光温控制技术，使石墨炉升温速率得以提高，这样石墨炉有效原子化的时间比电流控制的有效时间要长；于是可以适当地减少原子化的时间，从而到达延长石墨管的寿命效果）；四、使用光温控制技术的注意事项：（1）每次更换新石墨管后均要重新做光温曲线的校正，即第二段中的第（3）项。（2）更换不同类型的石墨管后，尤其要重新做光温校正。（3）平时注意光导器件的清洁，尤其是接收光束的传导窗口免于遭到污染，否则会影响到升温的误差，甚至不能执行光温控制之功能。（4）光温控制器调整分为手动和自动两种。旧式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原吸[/color][/url]一般是手动设置，其供电电流的翻转点的调整就很重要了，这个翻转点称为“阈值”，它的位置准确以否直接影响光控的效果；例如日立的老式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原吸[/color][/url] 180-80、Z-8000等型号，均属于此类。目前市面上出售的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原吸[/color][/url]仪器基本已经趋于自动化了。五、后 记：此文是参照日立[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原吸[/color][/url]来写的，故只是侧重了光控原理，而没有过多涉及电路原理，其原因是可能与其他厂家的光路、电路设计方面有出入；但目前上市的商品[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原吸[/color][/url]（进口仪器居多）基本都设计了光温控制系统，其原理大同小异。值得一提的是：目前许多[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原吸[/color][/url]操作者对其原理不甚清楚，甚至舍弃此项功能而不用，甚为憾事。故、今做小记，以飨网友。

马弗炉（箱式炉）旧式指针式温控器改造为数显温控器 单位有许多使用多年的旧马弗炉，按常规应该进行更新换代了，可是由于数量较大，领导不愿意多花银子购买新的，所以一般都凑合着使用。其中有些马弗炉的炉体和炉膛都能正常使用，就是温控器（柜）太老了，绝大部分都是80年代的指针式温控仪表加接触器的控制系统，炉子控温精度和显示精度远不能满足实验室试验和生产工艺的要求。 为此本人对本单位大部分马弗炉进行了有效的技术改造，为了不增加过多的经济成本，针对不同级别的马弗炉进行了不同要求的技术改造。 本例介绍其中一种不太复杂，又经济实惠的技术改造实例，针对某马弗炉的具体情况，根据技术要求所进行的技术改造，一、马弗炉情况及相关技术参数1，马弗炉（箱式炉）外观图http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/09/201109302129_320493_1841897_3.jpg正面图，可以看出箱体维护不错，整体看上去还不算太陈旧。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/09/201109302130_320494_1841897_3.jpg侧面图（炉门打开状态），炉门活动自如，炉膛耐火砖也良好，无明显裂纹和破损。

交变高低温试验机用于针对于电工、电子产品,以及其原器件,及其它材料在高温、低温的环境下贮存、运输、使用时的适应性试验。给大家简单介绍一下关于高低温循环湿热试验箱的加温装置调试分析：　　早期的高低温循环湿热试验箱,其温度、湿度操控采用的是查表法,即采用独立的温度操控仪,在操控过程中无论干球温度上升或下降,由相对湿度设定值查表而获取的湿球温度并不会有所改变。从操控性能上来看,还是不错的。交变高低温试验机的温、湿度操控。　　1.采用直接显示相对温度的温控仪,在调试高低温湿热交变试验箱时应该先温度后湿度。　　2.交变高低温试验机在环境温度附近的高湿点,应该打开除湿压机,以确保温湿度能长期恒定而不过冲。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/04/201604131002_590175_2930782_3.jpg

毛细管电泳温控系统的改造方法温度控制是所有仪器非常重要的一个环节，老仪器，或者国产仪器大多没有温度控制系统，到了炎炎夏日，许多实验就做不成了。这让我们十分苦恼又十分为难！http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/11/201311201731_478420_2428063_3.jpg以毛细管电泳为例，该仪器本身没有柱温箱，需要通过冷冻液局部致冷，贝克曼的MDQ可以实现温控功能。但是国产仪器构造相对简单，就需要想办法冷却毛细管了。以前看过一部电视剧，叫做《我的团长我的团》，里面谈到了一种机枪叫做马克沁机枪，是水冷的机枪。后面查阅资料，才知道机枪也有风冷机枪。后面我和同学聊天，说起摩托车致冷，他说也有两种方式，即风冷和水冷。但是，风冷的效果没有水冷的效果好！我们的毛细管处在大气环境中，可以将其理解为风冷。可不可以设计一种毛细管，使其也具有水冷效果呢？于是按照这个思路和想法，我进行了如下的设计和实验。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/11/201311201728_478419_2428063_3.jpg毛细管水冷原理图首先到当地药店或者诊所购买一根输液管，在输液管上开两个小孔，将毛细管的绝大部分通过两个小孔插入输液管内部，然后用胶水将开孔处密封，保证水路不漏液。随后取一大桶，里面装满自来水，与输液管的两端构成虹吸系统。必要的时候，为了降低水的温度，里面可以加入冰块，进行致冷。根据书本知识，水的比热容最大，降温效果最好。当然如果有超级恒温水浴槽。理论上就可以实现恒温了，不过降低温度的成本可能会有点高啊！本人在不改变仪器结构和原理的条件下，进行了DIY，完完全全服从毛细管电泳分离的基本原理，通过水冷的方式有效的降低了毛细管体系的温度，使毛细管电泳的体系稳定，测试的结果稳定性更好！不过改造过程还是有风险的，一旦密封座的不好，就会漏液。

基于半导体制冷片的高精度温度控制系统成果简介半导体制冷片是利用特殊半导体材料构成的PN结产生Peltier效应制成，具有无噪声、体积小、结构简单、加热制冷切换方便、冷热转换具有可逆性等优点。化工安全组对基于半导体制冷片温控系统的影响因素进行了全面、系统分析和实验研究，设计完成了大功率、高可靠性的半导体制冷片驱动电路，并积累了半导体制冷片加热制冷切换双向温控算法的丰富经验，形成了半导体制冷片整套的研究方法和应用手段。目前，半导体制冷片的高精度温度控制系统已应用在产品中。系统组成http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/05/201605302242_595303_3112929_3.png图1 基于半导体制冷片的温度控制单元结构http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/05/201605302242_595304_3112929_3.jpg图2 高精度温度控制系统硬件组成技术指标（1）温度范围：0~120℃；（2）控温精度：±0.05℃；（3）半导体制冷片驱动电路能够最大支持20V 15A输出。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/05/201605302243_595305_3112929_3.jpg 图3 0℃和120℃温度控制曲线图http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/05/201605302243_595306_3112929_3.jpg 图4 37.8℃温度控制过程曲线图 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/05/201605302243_595307_3112929_3.jpg 图5 37.8℃稳态控制精度曲线图技术特点（1）高精度温度采集电路：创新性采用比率法和激励换向技术，系统温度分辨力达到0.001℃，检测精度达到±0.01℃。（2）大功率高可靠性的半导体制冷驱动：采用H桥电路形式实现半导体制冷片加热制冷方式的切换，解决了该类驱动电路无死区防护、功率小等问题；设计引入滤波和保护电路，大大增强了半导体制冷片的寿命及驱动电路的可靠性。（3）双向多模式温控：温控策略充分考虑半导体制冷片加热制冷输出功率差异、功率随温度变化以及系统加热制冷方式切换的随机性等因素，综合采用了单点与扫描结合、高低温分段处理、随环境温度变化动态调节等多重温控调节方式。获得研发资助情况浙江省公益项目前期应用示范情况已用于微量蒸气压测定仪产品中的温度控制，温度范围为0~120℃，控温精度为±0.05℃，驱动电路输出12V/10A。相关产品已通过批量试产，温控系统运行稳定可靠，可复制性强，实现成本低，适合于批量生产。转化应用前景半导体制冷片因加热制冷切换方便、结构简单、系统噪音小、控温精确度高以及成本低等优点，有望在科学仪器温度控制、温度发生和电气设备散热等领域获得广泛应用。特别是随着仪器仪表尤其是生命科学仪器、化学分析仪器等逐渐向高精度、小型化方向快速发展，高精度的小型温度控制系统需求越来越旺盛，因此半导体制冷片具有良好的应用前景。合作方式（1）技术转让；（2）委托开发；（3）双方联合开发。应用领域分析仪器、医疗仪器、生命科学测试仪器、家用电器等领域中高精度的恒温、匀速升降温等多模式的温度控制，以及电气装置散热等。联系人：杨遂军；联系电话：0571- 86872415、0571-87676266；Email: yangsuijun1@sina.com。微信公众号：中国计量大学工贸所工贸所网站：itmt.cjlu.edu.cn中国计量大学工业与商贸计量技术研究所中国计量大学是以“计量、测试、标准”为特色的院校，主要培养测试技术、仪器开发方向的专属人才。中国计量大学工业与商贸计量技术研究所是学校为进一步推动高水平研究团队的建设而在2014年设立的两个学科特区之一，主要针对工业生产与贸易往来中关乎国计民生的计量测试问题，以新方法、技术、设备及评价为研究对象，主要研究方向为化工产品及工艺安全测试技术与仪器、零部件无损检测技术与设备、光栅信号处理与齿轮精密测量，涉及的单元技术有高精度温度检测技术、快速热电传感技术、高稳态温度场发生技术、低热惰性高压容器制备工艺、激光和电磁加热、非稳态传热反演、基于幅值分割原理的光栅信号数字细分、光栅信号短周期误差补偿、机器视觉高精度尺寸测量。研究所同时是化工产品安全测试技术及仪器浙江省工程实验室，先后承担国家重大科学仪器设备开发专项、国家公益性行业科研专项、国家自然基金、973等国家级项目，科研经费超千万。现有专职科研人员9人、工程技术人员2人、在读研究生30余人、行政与科研管理人员3人。“应用驱动、产研融合”是研究所的标签，以应用驱动为前提，通过方法技术化、技术产品化、产品市场化，将科研成果落脚于实际应用，为经济与社会发展提供推动力，同时为研究所提供持续发展所需资金、影响力、信息等各类资源的支撑，目前研究所已拥有2家产业化公司。

更换电冰箱机械温控器，不是人们想象的那么高深困难。实验室一台新飞223L直冷式电冰箱发生冷藏室结霜不停机故障，采取应急措施后（见本人的：【仪器说】应急不花钱排除冰箱冷藏室结霜故障一例，https://bbs.instrument.com.cn/topic/7318834），正常工作。这不是长久之计。网购的温控器到货后，自己动手更换。下面是更换过程。电冰箱外观：[img=,690,920]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909132321129173_9335_1807987_3.jpg!w690x920.jpg[/img]上次应急处理后，冰箱温度拨盘只能设置在1附近位置，才能正常工作：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909132321155676_123_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]首先拆下箭头所指位置两颗固定螺丝：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909132321203150_3659_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]打开温控器（照明）盒，内部各部分名称：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909132321234683_2439_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]这个温控器是三插脚的，分别接红线、黑线、棕线（双线）：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909132321258166_8512_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]电路原理图如下，很简单：[img=,690,420]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909141325324397_8302_1807987_3.jpg!w690x420.jpg[/img]到这一步，断开电源后，再进行以下操作！将温感线从插孔中小心拔出：[img=,690,920]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909132324180728_518_1807987_3.jpg!w690x920.jpg[/img]温感线拔出后的情况，从其插入的长度看，温感探头位于冷藏室后壁的中间位置：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909132324195880_5870_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]仔细观察，温感探头上有一裂纹，估计有轻微穿孔，这也解释了温控范围减小，在4档左右不能停机，只能在1档运行的原因。这个应该是制造缺陷造成的问题：[img=,690,514]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909132324232153_5078_1807987_3.jpg!w690x514.jpg[/img]松开两颗固定螺丝，从支架上卸下旧温控器：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909132324257246_2200_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909132324282858_8177_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]从这个角度看，温控器上有4个插片：左边黄绿线是接地，右边是电触点的红、棕、黑接线，将它们一一拔下，记住位置：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909132324307801_1661_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]下图是新的原装温控器WDF208U-101-332E（BCD-176CH），5(4)A/250V，网上价格要40元左右一只。其实，只要符合图中的两端安装孔距（约55mm）及转轴15mm高、三插脚的通用温控器，都可以使用，价格才10多元一只。[img=,690,482]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909132327356156_7763_1807987_3.jpg!w690x482.jpg[/img]把从旧温控器取下的伞齿安装到新温控器转轴上：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909132327392229_2122_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]固定好新温控器，左右拨动扇形拨盘，应轻松自如，否则，需要适当调整拨盘与伞齿的配合：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909141320556797_6510_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img]将温控器（照明）盒恢复，在各个档位试运行，均正常：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909132327442794_3825_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][b]结束语：[/b]采用机械温控器的直冷式电冰箱，其电路结构都十分简单，便于维修。温控器故障失效的现象，不外乎两种，不制冷或不停地制冷。冷藏室后壁大面积结霜、不停机故障，一般来讲都是温控器故障，对应型号采购元件，予以更换就能解决。更换温控器，涉及市电，应具有相关电知识，注意安全。

SP-2308[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]用F1301程序升温控制器检修三例SP-2308是北京分析仪器厂80年代的产品，由于电子元件全国产化，性能欠佳；仪器常常罢工，由于我们相距厂家较远，请厂方工程师不便，所以就近就便的请当地的维修人员进行维修，本人是仪器的使用者，全程参与检修过程，事后进行了记录；现在略加整理贴上来供大家分享，不足之处请专家斧正！首先请大家看看F1301的样子：[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/04/200904211008_145641_1615997_3.jpg[/img]它由两部分组成：温度给定、温度控制温度给定部分包括时钟、步进控制器、计数器、数-模转换器、步进显示器；温度控制部分包括温度控制器、初终温及门控制器、温限选择器、温度显示器；故障一故障现象：柱箱不升温，步进显示正常，换接定温控制器能正常升温。分析：程序升温不加热，而定温加热正常，说明色谱主机无故障； 而步进显示正常，说明故障出在温度控制部分；下面是温度控制器电原理图[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/04/200904211011_145642_1615997_3.jpg[/img][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/04/200904211114_145652_1615997_3.jpg[/img]检修过程：用万用表测正负15V电源电压正常，温控板V3电压-2V左右，测V1电压-3V左右，V2电压14V，再测3DG12基极也为14V，说明集成运算放大器F007C已坏，更换后，调整恢复正常。讨论：柱箱铂电阻在不同温度下阻值不同，经转换后V2阻值不同，V1在拨盘给定后值不变，V1 V2相比较后确定V3的值；现在V2值远大于V1，差值经A3反相输入V3，为负值，无触发脉冲，可控硅不导通，柱箱不加热。