一种用于X射线荧光光谱仪的恒温控制系统及控制方法

摘要

本发明公开了一种用于X射线荧光光谱仪的恒温控制系统及控制方法，由测温和控温两部分组成。测温部分包括：恒流源驱动电路、电桥测温电路、滤波限幅电路；控制算法采用PID线性控制器和Fuzzy控制器混合控制；加热器驱动电路采用光电耦合器结合双向可控硅进行交流电源控制。本发明系统性能稳定，抗干扰能力强，可实现温度分辨率0.1℃，温度设置及控制精度36±0.2℃。本发明系统不仅可以为X射线荧光光谱仪的样品室和分光室提供恒温环境，也可以应用于需要恒温调节的小环境场合的计量与测试。

主权项

一种用于X射线荧光光谱仪的恒温控制系统，包括测温和控温两个部分；测温部分包括恒流源驱动电路、电桥测温电路、滤波放大限幅电路；恒流源驱动电路包括电压基准芯片AD588BQ、运算放大器OP07AZ1、运算放大器OP07AZ2；P3为供电电源接线端子，外接的正电源通过P3的管脚3与AD588BQ的管脚2相连，外接的负电源通过P3的管脚1与AD588BQ的管脚16相连，P3的管脚2接地；AD588BQ的管脚2和管脚16的输入端分别连接极性电容C1的正极和极性电容C2的负极，电容C1的负极和电容C2的正极接地；管脚1和管脚3相连后，经电容C6接地；管脚6和管脚8之间接电位器R1和电位器R2，电位器R1的抽头与管脚12相连，电位器R2的抽头与管脚5相连；管脚4和管脚6相连，经过电阻R8与P3的管脚3连接；管脚7接极性电容C3的正极，C3的负极接地；管脚9直接接地；管脚10和管脚11直接相连；管脚13和管脚8相连；管脚14和管脚15相连，经过电容C7后接地；AD588BQ的管脚1和管脚3相连，输出精准的+5V的基准电压，经过电阻R4后分成两路，一路输入至OP07AZ1的正相输入端管脚3，另一路经过电阻R5后输入至OP07AZ2的反相输入端管脚2；OP07AZ2构成电压跟随器，输出端管脚6与反相输入端管脚2直接相连；管脚3与OP07AZ1的管脚6经过电阻R3相连，再经过极性电容C4接地；OP07AZ1构成加法器，管脚2经过电阻R6后接地，管脚6与管脚2之间接电阻R7；管脚6接电位器R3，R3的抽头与管脚6相连；通过调整R3，控制OP07AZ1的管脚6输出0.5mA的恒定电流至电桥测温电路；电桥测温电路包括温度传感器Pt1000、运算放大器OP07AZ3、运算放大器OP07AZ4；恒流源驱动电路输出的0.5mA恒定电流经过由电阻R22和极性电容C4、极性电容C5组成的滤波电路后分成两路，一路接OP07AZ3的管脚3，另一路驱动参考电阻R9和温度传感器Pt1000；电阻R22的两端分别与电容C4和电容C5的正极相连，电容C4和电容C5的负极接地；温度传感器Pt1000将温度信号转换为电压信号，采用三线制接法，作为电桥的一个桥臂电阻，通过接线端子P1接入测温电路，P1的管脚1直接接地，管脚2接OP07AZ4的管脚3，P1的管脚3与参考电阻R9相连；OP07AZ3构成电压跟随器，管脚6和管脚2直接相连，对电阻R9的端电压进行单位放大，经过电阻R14后输入至OP07AZ5管脚2；OP07AZ4与电阻R10和电阻R11构成电压串联负反馈电路，管脚6经电阻R11与管脚2相连，再经过电阻R10接地，构成反馈；OP07AZ4对温度传感器Pt1000的端电压进行2倍放大后，管脚6经电阻R12输入至OP07AZ5的管脚3；OP07AZ5起差分放大作用，反馈电阻R15置于OP07AZ5的管脚2和管脚6之间，电阻R13的一端接OP07AZ5的管脚3，另一端接地；OP07AZ5的管脚6的输出即为经过放大的由温度传感器Pt1000电阻变化引起的电压变化，即把温度的变化转化成为电信号的变化；滤波放大限幅电路包括运算放大器OP07AZ6、运算放大器OP07AZ7；OP07AZ5的输出经电阻R16和电阻R18后，输入至OP07AZ6的管脚3，电容C8一端接在电阻R16和电阻R18之间，另一端与OP07AZ6的管脚6相连；电容C9一端接OP07AZ6的管脚3，另一端直接接地；反馈电阻R19接在OP07AZ6的管脚2和管脚6之间，管脚2经电阻R17后直接接地；OP07AZ6的管脚6与OP07AZ7的管脚3相连，反馈电阻R21接在OP07AZ7的管脚2和管脚6之间，管脚2经电阻R20后直接接地；OP07AZ7的管脚6输出的信号即为经过低通滤波放大的模拟温度信号，经过电阻R23后连接稳压二极管ZPD3.3V的阴极，利用稳压二极管ZPD3.3V将输出电压限制在0～3.3V之内后，通过接线端子P2输出至控制芯片的AD转换模块；接线端子P2用以实现测温电路与控制芯片的连接，管脚1接测温电路的输出，管脚2接地；所有的运算放大器OP07AZ中管脚7接电源电压+5V，管脚4接电源电压‑5V，管脚1，管脚5和管脚8悬空；控温部分包括控制芯片、加热器驱动电路；控制芯片内采用Fuzzy‑PID复合控制，根据测温电路输出的温度变化的电信号，当温度偏差偏离设定点大于±0.5℃时，采用Fuzzy控制方法，当偏差在设定点附近±0.5℃以内，采用PID控制方法，根据控制方法计算得到的控制量，利用控制芯片中的事件管理器模块产生PWM波形，并将此波形输出到加热器的驱动电路；加热器驱动电路包括光电耦合器、双向可控硅VT1，控制芯片输出的PWM信号经过电阻R1’与光电耦合器内部光电二极管的阳极管脚1相连，阴极管脚2接地；光电耦合器的管脚6经电阻R2’接双向可控硅的管脚1，双向可控硅的管脚2经电阻R3’与光电耦合器的管脚4相连，双向可控硅的管脚3与光电耦合器的管脚4直接相连；电阻R4’和极性电容C1’的正极串联后与双向可控硅VT1并联；交流电220V输入与双向可控硅的管脚1相连，双向可控硅的管脚2为加热器的驱动输出；当PWM信号为高电平时，满足触发条件，故光耦产生电流信号从而驱动双向可控硅VT1导通，加热器电源接通；当PWM信号为低电平时，光耦内部光电二极管不工作，双向可控硅VT1关断，加热器电源断开。