專利名稱：導(dǎo)電樣品快速線性升溫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種適用于超高真空熱脫附譜學(xué)中導(dǎo)電樣品快速線性升溫裝置。
超高真空下的熱脫附實(shí)驗(yàn)大多是導(dǎo)電樣品，其本身的直流電阻很小，樣品的加熱、退火一般都要求快速線性升溫。目前，加熱一般采用電爐，通過控制220V電壓，由手動操作升溫儀等硬設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和控制脫節(jié)，而且只能控制常規(guī)加熱體，無法控制可加熱導(dǎo)電樣品的升溫。
本實(shí)用新型的目的是提供一種溫控精度高、升溫速率高、范圍寬、線性度好的導(dǎo)電樣品快速線性升溫裝置。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是通過計(jì)算機(jī)控制，由前置放大器、電流放大器、數(shù)碼轉(zhuǎn)換電路組成，將反應(yīng)樣品的溫度信號經(jīng)前置放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路傳送到計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)中采用控制算法，計(jì)算出控制量并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，計(jì)算機(jī)的輸出端接到電流放大器的輸入端，電流放大器的輸出端接到超高真空中的鉭絲加熱體，通過熱傳導(dǎo)來加熱樣品；所述電流放大器包把變壓器、由第一～四二極管組成的橋式整流器、由第一～二電容組成的濾波器、由反饋電阻、第二～四運(yùn)算放大器、第一～二繼電器、時(shí)間繼電器及第十二～十三半導(dǎo)體三極管組成的過流保護(hù)電路，由并聯(lián)的第一～十一半導(dǎo)體三極管和沒在其發(fā)射極的第一～十電阻組成的功率放大器、由第一運(yùn)算放大器和第十四半導(dǎo)體三極管組成的控制電路，其中變壓器輸入接市交流電，輸出端經(jīng)橋式整流器、濾波器至功率放大器輸入端，所述功率放大器控制端為A點(diǎn)，來自控制電路的第十四半導(dǎo)體三極管輸出端，功率放大器輸出端為E點(diǎn)，經(jīng)反饋電阻與鉭絲連接，所述反饋電阻兩端至過流保護(hù)器中串聯(lián)的第二、第四運(yùn)算放大器后分別至第十二～十三半導(dǎo)體三極管，第十二半導(dǎo)體三極管與第一～二繼電器和時(shí)間繼電器連接，第一～二繼電器另一端至變壓器，第十三半導(dǎo)體三極管集電極控制端來自控制電路中第一運(yùn)算放大器與第十四半導(dǎo)體三極管的節(jié)點(diǎn)D處，第三運(yùn)算放大器正相端經(jīng)第二開關(guān)至設(shè)有過流保護(hù)第二電位器的第四運(yùn)算放大器負(fù)相端，或與第二運(yùn)算放大器輸出相連控制電路中的第一運(yùn)算放大器正相端經(jīng)第一開關(guān)與計(jì)算機(jī)相連，或與手動控制第一電位器相連。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1．本實(shí)用新型集溫度控制與數(shù)據(jù)采集于一體，提高了溫度控制精度，具有升溫速率高、升溫范圍寬且線性度好等特點(diǎn)，升溫速率范圍1-80K/Sec，升溫范圍100-1500K。
2．本實(shí)用新型適合于導(dǎo)電樣品的線性升溫。其升溫線性度為±0.5K，其快速線性程序升溫是一般控溫儀所無法能達(dá)到的；本實(shí)用新型即可程序控制又可手動控制，并且具有過流保護(hù)功能，可任意設(shè)定保護(hù)電流，防止輸出電流過大損害樣品。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意框圖。
圖2為本實(shí)用新型電流放大器電路原理圖。
圖3為本實(shí)用新型不同速度的升溫直線。
圖4為本實(shí)用新型室溫下CO在干凈Pt(110)表面吸附的升溫脫附譜圖。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1所示，本實(shí)用新型通過計(jì)算機(jī)控制，由前置放大器1、電流放大器5、數(shù)碼轉(zhuǎn)換電路組成，將反應(yīng)樣品6的溫度信號經(jīng)前置放大器1、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路2傳送到計(jì)算機(jī)3，在計(jì)算機(jī)3中采用控制算法，計(jì)算出控制量并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路4轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，計(jì)算機(jī)3的輸出端接到電流放大器5的輸入端，電流放大器5的輸出端接到超高真空中的鉭絲加熱體，通過熱傳導(dǎo)來加熱樣品；如圖2所示，所述電流放大器5包括變壓器Tr、由第一～四二極管D1-D4組成的橋式整流器、由第一～二電容C1、C2組成的濾波器、由反饋電阻Rf、第二～四運(yùn)算放大器A2-A4、第一～二繼電器P1、P2、時(shí)間繼電器P3及第十二～十三半導(dǎo)體三極管T12-T13細(xì)成的過流保護(hù)電路，由并聯(lián)的第一～十一半導(dǎo)體三極管T1～T11和設(shè)在其發(fā)射極的第一～十電阻R1～R10組成的功率放大器、由第一運(yùn)算放大器A1和第十四半導(dǎo)體三極管T14組成的控制電路，其中變壓器Tr輸入接市交流電，輸出端經(jīng)橋式整流器、濾波器至功率放大器輸入端，所述功率放大器控制端為A點(diǎn)，來自控制電路的第十四半導(dǎo)體三極管T14輸出端，功率放大器輸出端為E點(diǎn)，經(jīng)反饋電阻Rf與鉭絲7連接，所述反饋電阻Rf兩端至過流保護(hù)器中串聯(lián)的第二、第四運(yùn)算放大器A2、A4后分別至第十二～十三半導(dǎo)體三極管T12-T13，第十二半導(dǎo)體三極管T12與第一～二繼電器P1～P2和時(shí)間繼電器P3連接，第一～二繼電器P1、P2另一端至變壓器Tr，第十三半導(dǎo)體三極管T13集電極控制端來自控制電路中第一運(yùn)算放大器A1與第十四半導(dǎo)體三極管T14的節(jié)點(diǎn)D處，第三運(yùn)算放大器A3正相端經(jīng)第二開關(guān)K2至設(shè)有過流保護(hù)第二電位器SW2的第四運(yùn)算放大器(A4)負(fù)相端，或與第二運(yùn)算放大器A2輸出相連；控制電路中的第一運(yùn)算放大器A1正相端經(jīng)第一開關(guān)K1與計(jì)算機(jī)相連，或與手動控制第一電位器SW1相連；本實(shí)用新型所述計(jì)算機(jī)控制程序?yàn)檫\(yùn)行開始首先要輸入控制參數(shù)如升溫速率、最高溫度，程序運(yùn)行中按一定的周期T采集樣品上的的溫度信號，依據(jù)設(shè)定的溫度Ts與實(shí)際的溫度Tp之差ΔTN，計(jì)算出控制量Y(Y=P1*(ΔTN+T*(∑ΔT)/P2+P3*(ΔTN-ΔT(N-1))/T}，其中P1、P2、P3分別為調(diào)控參數(shù)，ΔT是第一次到第n次溫差累加之和，每次計(jì)算出控制量并輸出后保存數(shù)據(jù)，并判斷是否按下停止鍵，是否達(dá)到最高溫度，不停止、沒達(dá)到最高溫度時(shí)，繼續(xù)采集樣品上的溫度信號，否則判斷是否重新開始。
如圖3所示，表本實(shí)用新型三種不同升溫速率的升溫情況，其升溫線性度為±0.5K；如圖4所示，表本實(shí)用新型在室溫下CO在干凈Pt(110)表面吸附的升溫脫附譜，升溫速率為8K/sec。
本實(shí)用新型工作原理是被分析的導(dǎo)電樣品放置在超高真空容器8里的加熱體鉭絲7上，依據(jù)升溫范圍選擇不同的熱電偶來檢測溫度，熱電偶電焊在樣品6的背面，熱電偶輸出的熱電勢通過溫度前置放大器1放大為標(biāo)準(zhǔn)的0-5V信號輸出到具有光電隔離、多路轉(zhuǎn)換電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，然后傳送到計(jì)算機(jī)3，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出0-10V控制信號到電流放大器的輸入端；220V交流電壓經(jīng)變壓器Tr降到10V，然后整流濾波變?yōu)榧s14V直流電壓。電流放大器是輸入端C加有14V直流電壓，輸出端E與鉭絲7連接，而控制端B受控于計(jì)算機(jī)3輸出的控制信號控制，當(dāng)控制信號大時(shí)功率放大器的輸出電流大，當(dāng)控制信號小時(shí)輸出電流小，由此達(dá)到控制樣品6的溫度；電流放大器的最大輸出電流80安培，輸出電壓6伏，特別適宜導(dǎo)電樣品6的加熱；電流放大器即可由計(jì)算機(jī)3控制，也可以手動控制。將第一開關(guān)K1置于2位置，調(diào)節(jié)第一電位器SW1可以手動控制樣品6的加熱溫度；將第二開關(guān)K2置于2位置，調(diào)節(jié)第二電位器SW2可以沒定保護(hù)電流，每當(dāng)加熱電流大于保護(hù)電流時(shí)，電路會自動斷開線路，等待一定時(shí)間后，按RESET按扭電路又恢復(fù)正常狀態(tài)，可以繼續(xù)加熱。
本實(shí)用新型所述時(shí)間繼電器采用H3FA，第一～十一半導(dǎo)體三極管T1-T11采用2SD114，第十二～十四半導(dǎo)體三極管T12-T14采用2SC959，第一～四運(yùn)算放大器A1～A4采用MC1458CP。
權(quán)利要求1．一種導(dǎo)電樣品快速線性升溫裝置，其特征在于通過計(jì)算機(jī)控制，由前置放大器(1)、電流放大器(5)、數(shù)碼轉(zhuǎn)換電路組成，將反應(yīng)樣品(6)的溫度信號經(jīng)前置放大器(1)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(2)傳送到計(jì)算機(jī)(3)，在計(jì)算機(jī)(3)中采用控制算法，計(jì)算出控制量并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(4)轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，計(jì)算機(jī)(3)的輸出端接到電流放大器(5)的輸入端，電流放大器(5)的輸出端接到超高真空中的鉭絲(7)加熱體，通過熱傳導(dǎo)來加熱樣品。
2．按照權(quán)利要求1所述導(dǎo)電樣品快速線性升溫裝置，其特征在于所述電流放大器(5)包括變壓器(Tr)、由第一～四二極管(D1-D4)組成的橋式整流器、由第一～二電容(C1、C2)組成的濾波器、由反饋電阻(Rf)、第二～四運(yùn)算放大器(A2-A4)、第一～二繼電器(P1、P2)、時(shí)間繼電器(P3)及第十二～十三半導(dǎo)體三極管(T12-T13)組成的過流保護(hù)電路，由并聯(lián)的第一～十一半導(dǎo)體三極管(T1～T11)和設(shè)在其發(fā)射極的第一～十電阻(R1～R10)組成的功率放大器、由第一運(yùn)算放大器(A1)和第十四半導(dǎo)體三極管(T14)組成的控制電路，其中變壓器(Tr)輸入接市交流電，輸出端經(jīng)橋式整流器、濾波器至功率放大器輸入端，所述功率放大器控制端為A點(diǎn)，來自控制電路的第十四半導(dǎo)體三極管(T14)輸出端，功率放大器輸出端為E點(diǎn)，經(jīng)反饋電阻(Rf)與鉭絲(7)連接，所述反饋電阻(Rf)兩端至過流保護(hù)器中串聯(lián)的第二、第四運(yùn)算放大器(A2、A4)后分別至第十二～十三半導(dǎo)體三極管(T12-T13)，第十二半導(dǎo)體三極管(T12)與第一～二繼電器(P1～P2)和時(shí)間繼電器(P3)連接，第一～二繼電器(P1、P2)另一端至變壓器(Tr)，第十三半導(dǎo)體三極管(T13)集電極控制端來自控制電路中第一運(yùn)算放大器(A1)與第十四半導(dǎo)體三極管(T14)的節(jié)點(diǎn)D處，第三運(yùn)算放大器(A3)正相端經(jīng)第二開關(guān)(K2)至沒有過流保護(hù)第二電位器(SW2)的第四運(yùn)算放大器(A4)負(fù)相端，或與第二運(yùn)算放大器(A2)輸出相連；控制電路中的第一運(yùn)算放大器(A1)正相端經(jīng)第一開關(guān)(K1)與計(jì)算機(jī)相連，或與手動控制第一電位器(SW1)相連。
3．按權(quán)利要求1所述導(dǎo)電樣品快速線性升溫裝置，其特征在于所述加熱體為鉭絲(7)。
專利摘要一種導(dǎo)電樣品快速線性升溫裝置,通過計(jì)算機(jī)控制,由前置放大器、電流放大器、數(shù)碼轉(zhuǎn)換電路組成,將反應(yīng)樣品的溫度信號經(jīng)前置放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路傳送到計(jì)算機(jī),在計(jì)算機(jī)中采用控制算法,計(jì)算出控制量并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為模擬量輸出,計(jì)算機(jī)的輸出端接到電流放大器的輸入端,電流放大器的輸出端接到超高真空中的鉭絲加熱體,通過熱傳導(dǎo)來加熱樣品。它集溫度控制與數(shù)據(jù)采集于一體,溫控精度高、升溫速率高、范圍寬、線性度好。
文檔編號G01N1/28GK2458615SQ0121124
公開日2001年11月7日 申請日期2001年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月5日
發(fā)明者譚大力, 翟潤生, 黃偉新, 包信和 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所