?!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "//www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd"> 快乐十分精确公式:热导检测器精密恒流源的设计与实?- 技术论? - 广东快乐十分走势图云南快乐十分走势广东快乐十分走势图云南快乐十分一定牛云南快乐十分单双
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  ( 西华大学 电气信息学院 ?四川 成都 610039)

  ?要: 介绍了气相色谱仪热导检测器精密恒流源的三种设计方案?通过对三种方案进行分析、对比、实验,提出最佳方案?此恒流源由场效应? IRF640、运?AD8662 和线性光?HCNR201 构成?测试结果表明?该恒流源的基线噪声达?4 μV ?0 min 基线漂移 7 μV ? 优于现有热导检测器恒流源的技术指标?/p>

  气相?谱仪 作为????,以 ???、高 ???和高选择性的特点而广泛用于石?、化工、环保、临床、制药和?品等 领域?? 以对 物质 成分?行定 性和??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]?/p>

  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? ,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?敏度 低,?是它? 主要缺点,本文试图通过从恒流源电路上改进,提高其性能?/p>

  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?? 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?通入 的是 纯载?,而测 量臂? 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?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,?而定 性、定?地测 出被 测物 ?的成分和含量?/p>

  热导检测器在测量仪器中?能得?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?器的??????检 ????? 要?/p>

  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?导系 ??? 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?/p>

  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?检??,对 电阻?要求 主要考虑四点:①电阻?高,?便可?在相 同长 度内?到高阻? ②电阻温?系数?,以?有微 小的?热就 有大的阻值变?③强度好;④耐氧化或腐蚀?/p>

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

  2 恒流源设计方?/strong>

  2.1桥流电路

  如图2所示为恒流源的电路图?输出信号?M、N,即通过测量M 、N两点间的电位差, 就能测出物质的成分和含量??2 ?R5 是采样电阻,阻? 10 Ω,当电流为上 ?50 mA???????2.5 V, ??????到AD8662?脚,AD8662 ?3 脚接电位? RW,RW?一端接地,另一端接+2.5 V 电压基准,此+2.5 V 是通过稳压芯片ADR431输出,温度稳?1 ppm/℃。设定好电位器的电压后, ? AD8662 ?2 脚? 脚电压不相等? 其差压经运放AD8662开环放?开环放大倍数2.2 ×105)驱动AD8662??,U1B ???? ?HCNR201 ????隔离的放大电?放大比为500 K/75 K =6.7倍?AD8662和HCNR201?成放 大比1.47 ×106的差?放大 电路,并且起 ????用?/p>

  ????.1 μA???时,??到IRF640栅极的电?变化?.47 V ,使IRF640? 加或减小电流,从而消除电流波动。场效应管IRF640放在电桥的上方有利于减小M 、N?的共?电压 从?保护?压检 测电路。如? 将IRF640放在电桥的下方, 如图 3 所示, 当场效应?IRF640 截止??????60 V ?????M ?N ???? ??检测电路的共模电压过高?/p>

  如果只是单纯地将IRF640放在 电桥 的上??而不加线性光耦HCNR201 。如?所示,当场效应?IRF640截止,则 M、N 上的共模电压为零,这样虽然可以避免图3方案的问题, 但是当桥流较大时 (200 mA?桥电阻为100 Ω) ,则场效应管IRF640的栅极电压达?0多伏,超过了AD8661的电源电压范?±18 V) 。因此图3 、图4方案都不可行?/p>

  2.2差压采集电路

  ?为电压输出采集电路,M ?N两点间的电压接运放AD8220 ,再经运 放OP1177?理后,?到输 出电压Vou-tA?VoutB? 此电压最后接色谱工作站或?AD 转换?和单片机进行处理,可检测物质的成分和含量?/p>

  ?为运放AD8220内部结构等效电路。对??/p>

  由上面的推导过程可知?最后输出电?VAB与输?/p>

空载,RG?值为?穷大) ,此?放的?用主 要用?抑制M 、N???0???????,AD ???一 ?? 受不了如此大的共模电?;而电 路不?大的 原因 ?:信号放大的同时,噪声也随之放大,信噪比并不能提高。电路如果不接OP1177 ,则VoutB直接接地,VoutA为输出信号接AD转换 ?,似 ????,但 ?????VMN???mu;V级信号,而地信号也有 μV 级的噪声,会影?AD 转换的结果,由于 OP1177 ?PSRR(电源噪声抑制??130 dB,其输出端可以抑制电源和地的噪声 ?因此?? OP1177后, 将使 AD 的共模电压信号转变为差模电压信号,避免了地线的噪声,可提高测量精度?/p>

  3 实验结果

  从上???????????????一 ?最 佳方案,制作三种热导检测器板,安装?SC6000 气相色谱仪中,用 SC3000 色谱工作站进行测量,测试条件为氢气纯 ?9.999% 、氢?流量40 mL/min 、热 ?检 ????50?、热导桥 ?80 mA ,检 测热 导检?器的 基线?声,如图7所?基线噪音? μV ? μV ?0 min漂移? μV ,优于现有色谱仪热导检测器的指标?/p>

  本文对三套恒流源进行分析?比较 ?实验 ?表明方案一的基线噪声、温 度漂 移小,优 于现 有色 谱仪?导检 测器的指标,而且电桥检 测电 路承?的共 模电 压小,有 利于保护检测电路?/p>

  参考文?/strong>

  [ 1 ] KOLESAR E S , RESTON R R . Review and summary of a

  silicon micro machined gas chromatography system [ J ] . IEEE

  Trans on Components , Packaging and Manufacturing Tech -

  nol ogy , 1998 , 41 (3 ): 324 -328 .

  [ 2 ] 中国科学院大连化学研究所 [ M ] . 气相色谱?. 北京 ??/p>

  学出版社?1989 .

  [ 3 ] 孙传?. 气相色谱分析原理与技?[ M ] . 北京 ?化学工业出版社, 1981 .

  [ 4 ] 冯建??冯建?. 分析仪器电子技?[ M ] . 北京 ?原子能出

  版社?1993 .

 

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