一種用于穩(wěn)定在線光譜儀器led光源的恒溫裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型用于穩(wěn)定在線光譜儀器LED光源的恒溫裝置。該裝置設(shè)有控溫電路和恒溫塊，以熱敏電阻和固定電阻組成的電橋作為溫度傳感裝置，同時(shí)設(shè)定加熱的目標(biāo)溫度，實(shí)際溫度和目標(biāo)溫度分別產(chǎn)生的電位由比較器進(jìn)行比較，確定是否向功率晶體管的控制極輸出高電位而使其工作，以功率晶體管的耗散功率作為加熱的能量來源，加熱LED使其穩(wěn)定處于環(huán)境溫度的上限水平，從而獲得穩(wěn)定的發(fā)光強(qiáng)度。
【專利說明】—種用于穩(wěn)定在線光譜儀器LED光源的恒溫裝置
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0002]本實(shí)用新型涉及一種用于穩(wěn)定在線光譜儀器LED光源的恒溫裝置，該裝置可用于使用LED為單色光源的在線儀器中，當(dāng)光源電流恒定時(shí)，使LED光源處于穩(wěn)定的溫度，從而保持恒定的發(fā)光效率，進(jìn)而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精密度。
[0003]【背景技術(shù)】:
[0004]在線儀器以其現(xiàn)場(chǎng)分析的特點(diǎn)，使分析或檢測(cè)具有了實(shí)時(shí)、連續(xù)、消除樣品的空間影響誤差和節(jié)約人力勞動(dòng)等優(yōu)勢(shì)，因而在現(xiàn)代工業(yè)和管控等領(lǐng)域獲得了越來越重要的應(yīng)用。而在眾多的在線儀器中，光譜儀器無疑是其中最為重要的一類，這主要是由于光譜分析法的發(fā)展時(shí)間悠久，理論成熟，且數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)光譜儀器設(shè)計(jì)的思路不同，在線儀器廠商在能夠滿足分析精度和準(zhǔn)確度的前提下，為了降低儀器的復(fù)雜程度、生產(chǎn)成本和連續(xù)運(yùn)行的功率消耗，提高穩(wěn)定性和現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)能力，普遍采用發(fā)光二極管(LED)作為可見分光光度法光譜儀器的光源。LED具有低功耗、較好的波長(zhǎng)單一性和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于在線儀器是一種極佳的選擇。
[0005]但是，為了使LED能夠穩(wěn)定地工作從而獲得譜線純凈且能量穩(wěn)定的單色光，相應(yīng)的外圍裝置是必不可少的，主要采用的措施是提供LED更加穩(wěn)定的供電電流，目前設(shè)計(jì)良好的LED恒流源可達(dá)低于1%。的波動(dòng)。但即便在如此高的電流精度下，儀器在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行時(shí)，仍會(huì)出現(xiàn)比較明顯的基線波動(dòng)現(xiàn)象，并由此產(chǎn)生測(cè)量結(jié)果的波動(dòng)或漂移。經(jīng)觀察研究發(fā)現(xiàn)，在恒流的條件下的基線波動(dòng)主要來源于環(huán)境溫度的變化。有理論指出:LED的發(fā)光效率會(huì)隨溫度的升高而明顯降低，且波長(zhǎng)變大，即發(fā)生紅移。若想進(jìn)一步消除儀器的基線波動(dòng)從而獲得更好的精度和準(zhǔn)確度，就應(yīng)該抑制LED周圍的溫度波動(dòng)，使其具有穩(wěn)定的發(fā)光效率。
[0006]目前，抑制溫度波動(dòng)的方式主要是采用冷卻裝置使LED處于低于環(huán)境溫度并保持恒定，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可以提高LED的發(fā)光效率，使LED在較低的電流條件下獲得較高的發(fā)光強(qiáng)度，但需要復(fù)雜的冷卻裝置，如水冷、半導(dǎo)體制冷等，非但使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，更會(huì)帶來較高的資源消耗或能量消耗，總體來說，并不適合應(yīng)用于在線儀器。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0008]根據(jù)上述技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提出的恒溫裝置，以功率晶體管的耗散功率(Pc)作為加熱來源，克服了用其它加熱原件功率高難于控制，以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜體積大等缺點(diǎn)。
[0009]本實(shí)用新型的目的是通過以下措施實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種用于穩(wěn)定在線光譜儀器LED光源的恒溫裝置，該裝置設(shè)有控溫電路和恒溫塊，所述恒溫塊設(shè)有一加熱塊(201)，該加熱塊(201)內(nèi)設(shè)一安裝通槽；
[0011]所述控溫電路中包括功率晶體管(108)，LED發(fā)光二極管(202)和熱敏電阻Rt(104)；
[0012]加熱塊(201)的安裝通槽一端安裝所述LED發(fā)光二極管(202 )，另一端安裝連接光譜儀的光纖(204);LED發(fā)光二極管(202)由導(dǎo)線引出接入控制電路；所述熱敏電阻Rt( 104)嵌裝在加熱塊(201)內(nèi)，內(nèi)并由導(dǎo)線引出接入控制電路；所述功率晶體管(108)安裝在加熱塊(201)表面，并在兩者之間設(shè)有絕緣導(dǎo)熱片(203)。
[0013]所述控溫電路還包括:固定電阻Rl (101)，固定電阻R2 (102)，參比固定電阻Rr (103)，穩(wěn)壓管(105)，儀表放大器(106)，電位比較器(107)，上拉電阻Rp (109)，加熱塊(201)，絕緣導(dǎo)熱片(203)，直流電源Vcc (110)以及限流電阻Ri (111)。
[0014]所述功率晶體管(108)，LED發(fā)光二極管(202)，熱敏電阻Rt (104)和光纖(204)分別通過螺釘固定連接在加熱塊上(201)。
[0015]所述加熱塊(201)采用鋁材制成，所述用于穩(wěn)定在線光譜儀器LED光源的恒溫裝置，加熱塊的加熱能量來源于功率晶體管的耗散功率。
[0016]本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有如優(yōu)點(diǎn):
[0017]通過外部電路對(duì)Pc的控制實(shí)現(xiàn)被加熱物體(加熱塊和LED)的溫度恒定，使LED穩(wěn)定處于環(huán)境溫度的上限水平。這種裝置的實(shí)質(zhì)是以極有限地?fù)p失LED的發(fā)光效率為代價(jià)，以低功耗和簡(jiǎn)單的裝置實(shí)現(xiàn)LED的溫度穩(wěn)定，從而獲得穩(wěn)定的發(fā)光強(qiáng)度，是一種理想的應(yīng)用于在線光譜儀器的LED光源溫度穩(wěn)定裝置。
[0018]當(dāng)恒溫體的溫度低于設(shè)定的環(huán)境上限溫度時(shí)，測(cè)量電位低于參比電位，兩者的電位差經(jīng)儀表放大器放大后，使比較器輸出高電平，在高電平的電場(chǎng)作用下，功率晶體管的漏-源極間導(dǎo)通形成電流，以該電流強(qiáng)度和直流電壓下的晶體管耗散功率對(duì)加熱塊進(jìn)行加熱，恒溫體的溫度上升。
[0019]當(dāng)恒溫體的溫度上升至設(shè)定的溫度時(shí)，測(cè)量電位等于參比電位，二者的電位差為零，比較器輸出低電平，晶體管的漏-源極間無電流通過，加熱過程停止。
[0020]之后，恒溫體的熱量逐漸耗散，恒溫體的溫度降低，當(dāng)實(shí)際溫度與設(shè)定溫度之間的差值大于系統(tǒng)的敏感閾值時(shí)，又重新開始新的加熱過程，由此保持溫度的基本恒定。
[0021]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0022]附圖1電路原理圖。
[0023]附圖2恒溫體剖面圖。
[0024]附圖3有無恒溫裝置基線測(cè)定結(jié)果對(duì)比圖。
[0025]附圖4有無恒溫裝置樣品測(cè)定結(jié)果對(duì)比圖。
[0026]【具體實(shí)施方式】；
[0027]實(shí)施例1
[0028]本實(shí)用新型為一種用于在線光譜儀器中穩(wěn)定LED光源發(fā)光強(qiáng)度的恒溫裝置，將目標(biāo)溫度控制在環(huán)境溫度的上限水平，以功率晶體管的耗散功率作為加熱的能量來源，用熱敏電阻和固定電阻組成的電橋作為溫度傳感裝置，通過固定電阻的阻值設(shè)定了控制的目標(biāo)溫度，用穩(wěn)壓管為電橋提供穩(wěn)定的參考電壓，用儀表放大器作為橋路偏置電壓的信號(hào)放大元件，加熱塊以導(dǎo)熱性能好且熱容低的金屬制成。
[0029]本實(shí)用新型用于穩(wěn)定在線光譜儀器LED光源的恒溫裝置，該裝置設(shè)有控溫電路和恒溫塊，恒溫塊設(shè)有一加熱塊(201)，該加熱塊(201)內(nèi)設(shè)一安裝通槽；
[0030]控溫電路中包括功率晶體管(108)，LED發(fā)光二極管(202)和熱敏電阻Rt (104)。[0031 ] 加熱塊(201)的安裝通槽一端安裝所述LED發(fā)光二極管(202 )，另一端安裝連接光譜儀的光纖(204);LED發(fā)光二極管(202)由導(dǎo)線引出接入控制電路；所述熱敏電阻Rt( 104)嵌裝在加熱塊(201)內(nèi)，內(nèi)并由導(dǎo)線引出接入控制電路；所述功率晶體管(108)安裝在加熱塊(201)表面，并在兩者之間設(shè)有絕緣導(dǎo)熱片(203)。
[0032]采用鋁加工成加熱塊，根據(jù)加熱塊尺寸，選用T0-220封裝的功率晶體管作為加熱元件按照附圖2將各部件組合成恒溫體。
[0033]本實(shí)用新型的控溫電路如圖1所示，具體包括:固定電阻Rl (101)，固定電阻R2(102)，參比固定電阻(103)、熱敏電阻Rt (104)，穩(wěn)壓管(105)，儀表放大器(106)，電位比較器(107)，功率晶體管(108)，上拉電阻Rp (109)，加熱塊(201)，LED發(fā)光二極管(202)，絕緣導(dǎo)熱片(203)，直流電源Vcc (110)以及限流電阻Ri (111)。
[0034]功率晶體管(108)和熱敏電阻(104)連接至附圖1所示的電路中，和其它元件共同組成一個(gè)完整的控溫電路；LED接入為其供電的恒流電路中；通過設(shè)定固定參比電阻的阻值，將需要保持的目標(biāo)溫度設(shè)為37 °C。
[0035]本實(shí)用新型中，由電橋和穩(wěn)壓管等組成溫度傳感裝置，電橋由固定電阻Rl (101)，固定電阻R2 (102)，參比固定電阻Rr (103)和熱敏電阻Rt (104)組成，若準(zhǔn)備將LED (202)加熱至Tl溫度，在此溫度下熱敏電阻(104)表現(xiàn)出相應(yīng)的阻值I，參比固定電阻Rr (103)的阻值應(yīng)與此阻值I相等。直流電源(110)經(jīng)過限流電阻Ri (111)接入穩(wěn)壓管(105)的負(fù)極，穩(wěn)壓管的正極接地，穩(wěn)壓輸出端接入電橋中固定電阻Rl (101)和固定電阻R2 (102)的連接點(diǎn)P1，電橋中參比固定電阻Rr (103)和熱敏電阻Rt (104)間的連接點(diǎn)P2接地，固定電阻Rl (101)和熱敏電阻Rt (104)連接點(diǎn)P3處的電位作為測(cè)量電位，固定電阻R2 (102)和參比固定電阻Rr (103)連接點(diǎn)P4處的電位作為參比電位，P3和P4兩點(diǎn)電位的差值為橋路偏置電壓；
[0036]橋路偏置電壓的兩端分別接入儀表放大器的輸入端，儀表放大器(106)的供電電源正端接直流電源(110)，負(fù)端接地，經(jīng)放大后的信號(hào)接入比較器(107)的正相輸入端；
[0037]比較器(107)的正相輸入端接儀表放大器(106)的信號(hào)輸出端，比較器(107)的反相輸入端接參比電位端P4，供電電源正端接直流電源(110)，負(fù)端接地，并在輸出端和直流電源間連接上拉電阻(109)；
[0038]5.比較器(107)的輸出端接功率晶體管(108)的柵極G，功率晶體管的漏極D接直流電源(110)，源極S接地；
[0039]功率晶體管(108)用螺絲(206)固定至加熱塊(201)的上表面，功率晶體管(108)和加熱塊(201)之間設(shè)有絕緣導(dǎo)熱片(202)，熱敏電阻(104)插入加熱塊的側(cè)孔中并與孔壁緊密配合，LED (202)置入加熱塊(201)的中心通孔中，光纖(204)用螺絲(205)固定于加熱塊(201)中心孔的前部。
[0040]LED (202),加熱塊(201)、熱敏電阻(104)、光纖(204)以及功率晶體管(108)通過螺絲I (205)和螺絲2 (206)構(gòu)成恒溫塊；
[0041]設(shè)定環(huán)境上限溫度(例如40°C)為加熱的目標(biāo)溫度，通過數(shù)據(jù)手冊(cè)查得在此溫度下熱敏電阻的阻值為I，將參比固定電阻Rr的阻值調(diào)整為與I相等即可。
[0042]本實(shí)用新型的使用過程如下:
[0043]將本實(shí)用新型所述的裝置安裝到化學(xué)耗氧量(COD)在線監(jiān)測(cè)儀上，采用發(fā)光波長(zhǎng)為400 nm的LED，光纖的一端接入加熱塊固定，另一端接入儀器的光電比色池，以提供穩(wěn)定的單色光以進(jìn)行光譜測(cè)量。儀器的其他操作參照其本身的使用說明，所得結(jié)果如下，并在其他操作條件完全相同的情況下，與不使用本實(shí)用新型所述裝置的測(cè)量結(jié)果相比較，前者表現(xiàn)出良好的基線穩(wěn)定性和測(cè)定結(jié)果的精密度(見附圖3和附圖4)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于穩(wěn)定在線光譜儀器LED光源的恒溫裝置，該裝置設(shè)有控溫電路和恒溫塊，其特征是:所述恒溫塊設(shè)有一加熱塊(201)，該加熱塊(201)內(nèi)設(shè)一安裝通槽； 所述控溫電路中包括功率晶體管(108)，LED發(fā)光二極管(202)和熱敏電阻Rt (104)； 加熱塊(201)的安裝通槽一端安裝所述LED發(fā)光二極管(202)，另一端安裝連接光譜儀的光纖(204) ;LED發(fā)光二極管(202)由導(dǎo)線引出接入控制電路；所述熱敏電阻Rt (104)嵌裝在加熱塊(201)內(nèi)，并由導(dǎo)線引出接入控制電路；所述功率晶體管(108)安裝在加熱塊(201)表面，并在兩者之間設(shè)有絕緣導(dǎo)熱片(203)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于穩(wěn)定在線光譜儀器LED光源的恒溫裝置，其特征是:所述控溫電路還包括:固定電阻Rl (101)，固定電阻R2 (102)，參比固定電阻Rr (103)，穩(wěn)壓管(105)，儀表放大器(106)，電位比較器(107)，上拉電阻Rp (109)，加熱塊(201)，絕緣導(dǎo)熱片(203)，直流電源Vcc (110)以及限流電阻Ri (111)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述用于穩(wěn)定在線光譜儀器LED光源的恒溫裝置，其特征是:所述功率晶體管(108)，LED發(fā)光二極管(202)、熱敏電阻Rt (104)和光纖(204)分別通過螺釘固定連接在加熱塊上(201)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于穩(wěn)定在線光譜儀器LED光源的恒溫裝置，其特征是:所述加熱塊(201)采用鋁材制成。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK203387731SQ201320411058
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月11日
【發(fā)明者】王建偉, 洪陵成, 國(guó)延恒 申請(qǐng)人:江蘇德林環(huán)保技術(shù)有限公司