專利名稱：寬負載范圍自動補償負載變化的石墨爐電源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用于石墨爐的電源，具體涉及一種具有自動補償負載變化的石 墨爐電源。
背景技術：
現(xiàn)在困擾石墨爐技術發(fā)展的主要問題之一，是石墨爐的電源。石墨爐供電中需要 能夠提供低電壓、大電流且供電電壓穩(wěn)定的電源。實際的設計中為了滿足低電壓、大電流的 要求，普遍使用交流電源。使用交流電源顯然是犧牲了供電電壓穩(wěn)定的要求。交流電源的 電流存在波動，以至影響石墨管的發(fā)熱情況，進而影響測量結果的準確性。石墨爐裝配的交流電源，普遍采用大功率交流變壓器，大功率交流變壓器，體積 大、成本高，不利于石墨爐的小型化和低成本化?，F(xiàn)在困擾石墨爐技術發(fā)展的主要問題之二，是石墨管在使用中的消耗。石墨管在 發(fā)熱過程中，會伴隨有石墨蒸發(fā)、氧化等現(xiàn)象，隨著使用時間的延長，石墨管的電阻增加，發(fā) 熱效果產生變化，影響測量結果的準確性。為了消除石墨管電阻變化造成的影響，需要在使用一段時間后更換石墨管。但是 在更換以前顯然石墨管的電阻變化已經對測量結果造成了影響。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種寬負載范圍自動補償負載變化的石墨爐電源，能夠提 供低電壓、大電流且供電電壓穩(wěn)定；解決石墨管的電阻變化對測量結果造成的影響；能適 用于不同阻值的石墨管。本發(fā)明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現(xiàn)裝有自動補償系統(tǒng)的石墨爐電源，包括恒流輸出部分，其特征在于，還包括電流輸 出參數(shù)控制模塊；電流輸出參數(shù)控制模塊與恒流輸出部分控制連接；還包括石墨管電壓監(jiān)測模塊和石墨管電流反饋模塊，石墨管電壓監(jiān)測模塊與電流 輸出參數(shù)控制模塊信號連接，石墨管電流反饋模塊與電流輸出參數(shù)控制模塊信號連接；石墨管電壓監(jiān)測模塊和石墨管電流反饋模塊，分別采集石墨管電壓信號和石墨管 電流反饋信號，并將石墨管電壓信號和石墨管電流反饋信號傳送給電流輸出參數(shù)控制模 塊，電流輸出參數(shù)控制模塊依據(jù)電壓信號控制恒流輸出部分，達到精確控制石墨管溫度的 目的。由于裝有自動補償系統(tǒng)的石墨爐電源，加入了反饋系統(tǒng)，所以石墨管在使用中造 成的電阻變化，不會造成石墨管預定溫度與石墨管實際溫度間的明顯差值。而且一套裝有 自動補償系統(tǒng)的石墨爐電源，允許使用不同阻值的石墨管。實驗表明，一套裝有自動補償系 統(tǒng)的石墨爐電源可以可以應用于高阻石墨管，也可以應用于低阻石墨管，可以對電阻相差 25m Ω的石墨管供電。
所述石墨管電壓監(jiān)測模塊包括一過壓監(jiān)測模塊，過壓監(jiān)測模塊連接，電流輸出參數(shù)控制模塊。用于監(jiān)測和防止石墨管兩端電壓超出預定值，造成測量結果嚴重失真，或者損 壞設備。所述恒流輸出部分為直流開關電源。直流開關電源相對于交流電源，使恒流輸出 部分，具有輸出功率大、體積小、易于精確控制的特點。所述寬負載范圍自動補償負載變化的石墨爐電源設有電源冷卻系統(tǒng)，所述電源冷 卻系統(tǒng)，包括石墨爐本身的水冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明，利用石墨爐本身的水冷卻系統(tǒng)對電源中的整流部分、振蕩部分初步進行 冷卻。既降低了成本，有減小了體積，還保證了其工作的可靠性?；谏鲜鼋Y構，本發(fā)明具有如下優(yōu)點首先由于采用了直流開關電源，相對于原有 的交流電源體積大大縮小，從而使整套裝有自動補償系統(tǒng)的石墨爐電源節(jié)省了空間。直流 開關電源可以直接植入石墨爐內部，作為內部電源，以減少了引線，從而減少了引線上的電 能消耗，和增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。再者由于采用了直流開關電源，電能輸出穩(wěn)定，有利于提高測量精度。
圖1為本發(fā)明的電源部分原理示意圖；圖2為本發(fā)明的開關電源部分的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結 合具體圖示進一步闡述本發(fā)明。參照圖1，寬負載范圍自動補償負載變化的石墨爐電源，包括恒流輸出部分1，恒 流輸出部分1連接電流輸出參數(shù)控制模塊2，電流輸出參數(shù)控制模塊2分別連接石墨管電壓 監(jiān)測模塊3和石墨管電流反饋模塊4 ；石墨管電壓監(jiān)測模塊3和石墨管電流反饋模塊4，分 別采集石墨管5的電壓信號和電流反饋信號，并將電壓信號和電流反饋信號傳送給電流輸 出參數(shù)控制模塊2，電流輸出參數(shù)控制模塊2依據(jù)電壓信號和電流反饋信號控制恒流輸出 部分1的電流輸出情況。恒流輸出部分1在需要滿足大功率輸出的情況下，采用直流開關 電源，在只需要滿足小功率條件的情況下，可以選用其他類型的直流電源。具體結構參照圖2，本發(fā)明的恒流輸出部分1，采用直流開關電源，包括三相EMI濾 波器、軟起動電路、三相全橋整流濾波電路、輔助電源、移相全橋功率變換器、輸出整流濾波 電路，其他主要部件附圖中已經簡要示出，不再詳述。輸出整流濾波電路輸出端連接石墨管 5。輸出整流濾波電路輸出端還連接石墨管電壓監(jiān)測模塊3、石墨管電流監(jiān)測模塊4。石墨 管電壓監(jiān)測模塊3、石墨管電流監(jiān)測模塊4又分別連接電流輸出參數(shù)控制模塊2。電流輸出 參數(shù)控制模塊2包括D/A控制模塊21和移相控制電路22。通過D/A控制模塊21對電流參 數(shù)進行設置，進而通過D/A控制模塊21控制移相控制電路22的工作參數(shù)和工作狀況。石墨管電壓監(jiān)測模塊3、石墨管電流監(jiān)測模塊4分別連接移相控制電路22。石墨 管電壓監(jiān)測模塊3包括過壓監(jiān)測模塊31，恒壓監(jiān)測模塊32。恒壓監(jiān)測模塊32用于向移相 控制電路22傳送石墨管5上的電壓值，進而使移相控制電路22對電流控制狀況進行適時修正。過壓監(jiān)測模塊31，對石墨管5的電壓進行監(jiān)測，但是主要是對電壓的預定最大值進行 監(jiān)測，在石墨管5電壓過高時，過壓監(jiān)測模塊31向移相控制電路22發(fā)出信號，移相控制電 路22及時修正或停止供電。過壓監(jiān)測模塊31也可以在石墨管5電壓過低時，向移相控制 電路22發(fā)出信號，移相控制電路22及時修正或停止供電，以免測量結果嚴重失真。參照圖1，在實際使用中，石墨管5隨著使用次數(shù)的增加，由于氧化或者碳粉蒸發(fā) 等原因，電阻值變大。原有的石墨爐電源不能對電阻值的變化做出響應，因此石墨管5產生 的熱量會發(fā)生變化，影響測量精度。本發(fā)明中，當石墨管5在發(fā)生電阻值變化時，石墨管5中的電流和石墨管5兩端的 電壓會隨之發(fā)生變化。電流、電壓、電阻之間的關系，遵循基本的電路原理。石墨管電壓監(jiān)測模塊3和石墨管電流反饋模塊4，分別采集石墨管5的電壓信號和 電流反饋信號，并將電壓信號和電流反饋信號傳送給電流輸出參數(shù)控制模塊2。電流輸出參 數(shù)控制模塊2根據(jù)獲得的電壓信號和電流反饋信號，依據(jù)電流、電壓、電阻、發(fā)熱效率之間 的基本電路原理關系，通過控制恒流輸出部分1，調整電流、電壓獲得需要的發(fā)熱效率，從而 嚴格控制石墨爐溫度，進而獲得精確的實驗數(shù)據(jù)。由于本發(fā)明可以適時的調整石墨管5的電流和電壓，精確控制石墨爐溫度，所以 當使用中石墨管5發(fā)生電阻值變化時并不對石墨爐溫度構成影響，所以一根石墨管5可以 長時間使用，即本發(fā)明可以很好的延長石墨管5的使用壽命。本實施例中的恒流輸出部分1采用非橋式的全波整流，使其在進行交直流變換時 省去一半熱耗，利用石墨爐本身必須的水冷卻系統(tǒng)對電源中的整流部分、振蕩部分初步進 行冷卻，既降低了成本，有減小了體積，還保證了其工作的可靠性?；趯捸撦d范圍自動補償負載變化的石墨爐電源體積減小及寬負載范圍自動補 償負載變化的石墨爐電源與石墨爐的合理搭配，可將寬負載范圍自動補償負載變化的石墨 爐電源直接裝入主機內，減少了外接電纜的功率損耗，同時使整個系統(tǒng)附加電感減小，石墨 爐能獲得更快的升溫速率和更短的寬負載范圍自動補償負載變化的石墨爐電源響應時間， 升溫速率高有利于提高高溫元素的靈敏度，例如V、Si、B等元素，可以減少其干擾性。更短 的寬負載范圍自動補償負載變化的石墨爐電源響應時間可以充分彌補石墨管5由于快速 加熱，熱脹冷縮造成的接觸問題。例如Cd、Pb等，吸收信號峰都在0. 2 0. 5秒時間范圍 內，與普通可控硅控制的石墨爐電源(調整響應時間約為100毫秒)相比，可以快速達到恒 流，能使這些元素測定的重現(xiàn)性得到極大提高。寬負載范圍自動補償負載變化的石墨爐電源除了以上優(yōu)點外，還使石墨爐溫度測 量變得更為準確，有文獻報道，普通可控硅控制的石墨爐電源在測量石墨管溫度時會有很 大的50周和100周紋波。而在寬負載范圍自動補償負載變化的石墨爐電源中的恒流輸出 部分1部分采用DC/DC變換使用了高頻，整流濾波后的紋波很小，而且頻率高不會影響溫度 信號的測量。因此為高精度寬范圍溫度測量和溫度控制提供了良好的條件。實驗表明，用于普通縱向加熱的寬負載范圍自動補償負載變化的石墨爐電源，最 大電流可達到600A以上，能夠應用于500πιΩ的石墨管，能夠很好的滿足現(xiàn)有普遍使用的石 墨爐的供電要求?？梢院芎玫倪m用與多種類型的石墨管，如由低阻材料制成的石墨管、由高 阻材料制成的石墨管、由玻璃碳材料制成的石墨管。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其 等效物界定。
權利要求
裝有自動補償系統(tǒng)的石墨爐電源，包括恒流輸出部分，其特征在于，還包括電流輸出參數(shù)控制模塊；電流輸出參數(shù)控制模塊與恒流輸出部分控制連接；還包括石墨管電壓監(jiān)測模塊和石墨管電流反饋模塊，石墨管電壓監(jiān)測模塊與電流輸出參數(shù)控制模塊信號連接，石墨管電流反饋模塊與電流輸出參數(shù)控制模塊信號連接；石墨管電壓監(jiān)測模塊和石墨管電流反饋模塊，分別采集石墨管電壓信號和石墨管電流反饋信號，并將石墨管電壓信號和石墨管電流反饋信號傳送給電流輸出參數(shù)控制模塊，電流輸出參數(shù)控制模塊依據(jù)電壓信號控制恒流輸出部分，達到精確控制石墨管溫度的目的。
2.根據(jù)權利要求1所述寬負載范圍自動補償負載變化的石墨爐電源，其特征在于，所 述石墨管電壓監(jiān)測模塊包括一過壓監(jiān)測模塊，過壓監(jiān)測模塊連接，電流輸出參數(shù)控制模塊。
3.根據(jù)權利要求1所述寬負載范圍自動補償負載變化的石墨爐電源，其特征在于，所 述恒流輸出部分為直流開關電源。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述寬負載范圍自動補償負載變化的石墨爐電源，其特征在 于，所述寬負載范圍自動補償負載變化的石墨爐電源設有電源冷卻系統(tǒng)，所述電源冷卻系 統(tǒng)，包括石墨爐本身的水冷卻系統(tǒng)。
全文摘要
寬負載范圍自動補償負載變化的石墨爐電源涉及一種應用于石墨爐的電源，具體涉及一種具有自動補償負載變化的石墨爐電源。包括恒流輸出部分，還包括電流輸出參數(shù)控制模塊；電流輸出參數(shù)控制模塊與恒流輸出部分控制連接；還包括石墨管電壓監(jiān)測模塊和石墨管電流反饋模塊，石墨管電壓監(jiān)測模塊與電流輸出參數(shù)控制模塊信號連接，石墨管電流反饋模塊與電流輸出參數(shù)控制模塊信號連接；石墨管電壓監(jiān)測模塊和石墨管電流反饋模塊，分別采集石墨管電壓信號和石墨管電流反饋信號，電流輸出參數(shù)控制模塊依據(jù)電壓信號控制恒流輸出部分。石墨管溫度更精確，壽命更長。由于采用了直流開關電源，電源體積更小，石墨爐體及隨之減小。
文檔編號H02M3/00GK101807860SQ20091004617
公開日2010年8月18日 申請日期2009年2月13日 優(yōu)先權日2009年2月13日
發(fā)明者楊嘯濤, 滕霖, 陳建鋼 申請人:上海光譜儀器有限公司