一种气体采样管恒温控制器pdf

  本实用新型公开了一种气体采样管恒温控制器，它最重要的包含主控模块、温度检测模块、控制模块、温度控制模块；本实用新型能够检测到气体采样管的温度信息，通过气体抽采泵和气体阀门可以对气体采用和气体采样量来控制。通过键盘输入设置的温度，通过温度检测模块检测管道温度，根据实测的温度，进行PID控制，使管道温度维持恒定。本实用新型对温度检测模块的电路进行了设计，使温度传感器能在一个恒流的状态下工作，提高的检测的精度。气体采样管为减少外部环境对其干扰，我们对其结构进行设计，电阻加热带用耐高温的纤维套管包裹，外

  (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 CN 213780769 U (45)授权公告日 2021.07.23 (21)申请号 8.0 (22)申请日 2020.11.17 (73)专利权人 安徽理工大学 地址 232001 安徽省淮南市南新区泰丰大 街168号 (72)发明人 凌六一宫兵张帅韩涛 徐善永施奇兵邢丽坤唐超礼 (51)Int.Cl. G05D 23/20 (2006.01) 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (54)实用新型名称 一种气体采样管恒温控制器 (57)摘要 本实用新型公开了一种气体采样管恒温控 制器，它最重要的包含主控模块、温度检测模块、控制 模块、温度控制模块；本实用新型能够检测到气 体采样管的温度信息，通过气体抽采泵和气体阀 门可以对气体采用和气体采样量来控制。通过 键盘输入设置的温度，通过温度检测模块检测管 道温度，根据实测的温度，进行PID控制，使管道 温度维持恒定。本实用新型对温度检测模块的电 路进行了设计，使温度传感器能在一个恒流的状 态下工作，提高的检测的精度。气体采样管为了 减少外部环境对其干扰，我们对其结构进行设 计，电阻加热带用耐高温的纤维套管包裹，外面 U 依次用石英毡、黑色保温材料包裹。设计出来的 9 气体采样管可以稳定的维持气体管内的温度。 6 7 0 8 7 3 1 2 N C CN 213780769 U 权利要求书 1/1页 1.一种单片机控制的气体采样管恒温控制器，其特征在于：它主要包括主控模块、温度 检测模块、控制模块、温度控制模块；所述主控模块包括STM32F429控制器(11)、键盘输入 (9)、液晶显示屏(10)；所述温度检测模块包括温度传感器(6)、A/D转换器(12)；所述控制模 块包括第一继电器(13)、第二继电器(14)、气体抽采泵(1)、气体阀门(7)；所述的温度控制 模块包括电阻加热带(5)，电阻加热带用耐高温的纤维套管(2)包裹，外面依次用石英毡 (3)、黑色保温材料(4)包裹；其中温度传感器(6)与A/D转换器(12)相连，A/D转换器(12)与 STM32F429控制器(11)相连、键盘输入(9)、液晶显示屏(10)、第一继电器(13)、电阻加热带 (5)分别与STM32F429控制器(11)相连，气体抽采泵(1)、气体阀门(7)与第一继电器(13)相 连。 2.根据权利要求1所述的一种单片机控制的气体采样管恒温控制器，其特征在于：所述 的主控模块中键盘输入(9)使用的是独立按键，液晶显示屏(10)使用的是LCD12846液晶显 示屏。 3.根据权利要求1所述的一种单片机控制的气体采样管恒温控制器，其特征在于：所述 的温度检测模块中温度传感器(6)使用的型号是PT100、A/D转换器(12)使用的型号是 PCF8591，STM32F429控制器(11)通过温度传感器(6)传递来的温度信号通过PID控制输出 PWM波控制电阻加热带(5)的工作时间来维持恒定的工作温度。 4.根据权利要求1所述的一种单片机控制的气体采样管恒温控制器，其特征在于：所述 的控制模块中包括第一继电器(13)、第二继电器(14)使用的型号是JZC 4－22，气体抽采泵 (1)使用的GD－BC气体采样泵、气体阀门(7)采用的型号为HS05/10、STM32F429控制器(11) 通过继电器控制气体抽采泵(1)、气体阀门(7)开关，控制气体的采集和采集的量。 2 2 CN 213780769 U 说明书 1/4页 一种气体采样管恒温控制器 技术领域 [0001] 本实用新型涉及一种恒温控制器，具体来说是一种气体采样管恒温控制器。 背景技术 [0002] 在一些气体检测中，科研学者需要对要检测的气体进行加热处理，保证气体检测 时的精度以及降低检测时的难度，方便科研工作的进行。如今市场上很少有人设计一个较 为实用的气体采样恒温控制器，为了解决一些特殊气体检测时需要的高温且温度变化稳定 的检测环境，本实用新型设计了一种单片机控制的气体采用管恒温控制器，为了让气体能 得到更好的加热本实用新型采用了管状的设计，同时通过主控芯片控制继电器来确定气体 抽采泵和气体阀门的工作时间和工作电压，可以准确控制气体的进出量和抽采速度。通过 温度检测器检测管内温度，通过主控进行PID控制，发出PWM信号控制电阻加热带的工作时 间，把检测的环境温度控制在一个稳定的范围内，为了提高温度检测模块的精度，本实用新 型对其电路进行了设计，使温度传感器可以在恒电流的稳定环境下工作，同时本实用新型 在管体的结构上进行优化，电阻加热带用耐高温的纤维套管包裹，气体采样管的外面依次 用石英毡、黑色保温材料包裹，减少外部环境对气体采样管内的温度影响。该控制器可以很 好的控制气体采样管内的温度达到恒温的效果，方便了科研工作者开展科研工作。 实用新型内容 [0003] 针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种气体采样管恒温控制器。 [0004] 本实用新型所采用的技术方案是： [0005] 1.一种气体采样管恒温控制器，其特征在于：它主要包括主控模块、温度检测模 块、控制模块、温度控制模块；所述主控模块包括STM32F429控制器(11)、键盘输入(9)、液晶 显示屏(10)；所述温度检测模块包括温度传感器(6)、A/D转换器(12)；所述控制模块包括第 一继电器(13)、第二继电器(14)、气体抽采泵(1)、气体阀门(7)；所述的温度控制模块包括 电阻加热带(5)，电阻加热带用耐高温的纤维套管(2)包裹，外面依次用石英毡(3)、黑色保 温材料(4)包裹，以减小加热装置与外界的热传递；其中温度传感器(6)与A/D转换器(12)相 连，A/D转换器(12)与STM32F429控制器(11)相连、键盘输入(9)、液晶显示屏(10)、第一继电 器(13)、电阻加热带(5)分别与STM32F429控制器(11)相连，气体抽采泵(1)、气体阀门(7)  与第一继电器(13)相连。 [0006] 2.所述的主控模块中控制器使用的是STM32F429型号单片机，STM32F103集成DMA  控制器、AD/DA转换器、快速I/O口和多种通信端口，内置电源管理电路，功率低，运行速度 快，能够很好的完成各模块之间的高速通信，更好的完成预期的功能。 [0007] 3.所述的检测模块中温度传感器(6)使用的型号是PT100，为了使PT100准确的检 测气体采样管内的温度，使得电压输出与电阻成良好的线性关系，采用恒流电源对PT100提 供电源，然后将PT100传递来的信息进行放大等一系列处理得到气体采样管内的温度。这些 信息传送给A/D转换器(12)，A/D转换器(12)将检测来的模拟信号转换成数字信号传送到  3 3 CN 213780769 U 说明书 2/4页 STM32F429控制器(11)，主控制器将这些数据通过RS232串口通信在液晶显示屏(10)上显 示。 [0008] 4.所述的温度控制模块包括电阻加热带(5)，为减少外部环境对气体采样管温 度的影响，我们对气体采样管的外形进行一些处理，将电阻加热带用耐高温的纤维套管(2) 包裹，在采样管外面依次用石英毡(3)、黑色保温材料(4)包裹，以减小加热装置与外界的热 传递，达到很好的保温效果。温度检测模块将检测到的温度与设置温度进行比较，通过主控 芯片内设置好的PID控制输出PWM波形控制电阻加热带的工作时间来维持气体采样管的温 度。 [0009] 5.所述的主控模块中键盘输入(9)通过RS232串口通信向主控控制器设置预期的 温度，还可以通过按键控制气体抽采泵和气体阀门的工作时间，所述的液晶显示屏(10)使 用的是2 寸的LCD12846液晶显示屏，该模块具有可显示汉字，控制简单的优点，实时显示气 体采样管的温度。 [0010] 7.所述控制模块包括第一继电器(13)、第二继电器(14)、气体抽采泵(1)、气体阀 门(7)，通过主控芯片对继电器进行控制来控制气体抽采泵和气体阀门的开关时间。 [0011] 本实用新型的优益效果是：本实用新型采用温湿度传感器对气体采样管内温度进 行采集，为了提高温度采集精度，采用恒流电源对PT100温度进行供电，通过对传感器传来 的信号进行放大等一系列处理，通过A/D转换将温度信号传入主控芯片，主控芯片通过与温 度设置值作比较，通过PID控制输出PWM波控制电阻加热带的工作时间以达到稳定温度。在 气体抽采时，我们可以通过键盘向主控芯片输入要采集的气体量和气体抽采速度等数据， 主控芯片通过控制气体阀门和气体抽采泵的工作时间以及抽采泵的工作功率来实现对气 体抽采的精确控制。在采样管的结构上我们进行一些设计，将电阻加热带用耐高温的纤维 套管包裹，在采样管外面依次用石英毡、黑色保温材料包裹，已达到很好的保温效果，减少 与外部环境的热传递。 附图说明 [0012] 图1是本实用新型装置的结构示意图。 [0013] 图2是本实用新型装置的原理示意图。 [0014] 图3是本实用新型装置的PID控制原理示意图 [0015] 图4是本实用新型装置的温度传感器检测电路示意图 [0016] 附图中的标号为：1气体抽采泵；2纤维套管；3石英毡；4黑色保温材料；5电阻加热 带；6温度传感器；7气体阀门；8RS232串口；9键盘输入；10液晶显示屏；11STM32F429 控制 器；12A/D转换器；13第一继电器；14第二继电器； 具体实施方式 [0017] 下面结合附图对本发明做详细的说明： [0018] 如图1所示，一种气体采样管恒温控制器，其特征是：它最重要的包含主控模块、温度 检测模块、控制模块、温度控制模块；所述主控模块包括STM32F429控制器(11)、键盘输入 (9)、液晶显示屏(10)；所述温度检测模块包括温度传感器(6)、A/D转换器(12)；所述控制模 块包括第一继电器(13)、第二继电器(14)、气体抽采泵(1)、气体阀门(7)；所述的温度控制 4 4 CN 213780769 U 说明书 3/4页 模块包括电阻加热带(5)，电阻加热带用耐高温的纤维套管(2)包裹，外面依次用石英毡  (3)、黑色保温材料(4)包裹，以减小加热装置与外界的热传递；其中温度传感器(6)与A/D转 换器(12)相连，A/D转换器(12)与STM32F429控制器(11)相连、键盘输入(9)、液晶显示屏 (10)、第一继电器(13)、电阻加热带(5)分别与STM32F429控制器(11)相连，气体抽采泵(1)、 气体阀门(7)与第一继电器(13)相连。 [0019] 所述的温度检测模块中温度传感器和A/D转换器分别安装在(6)(12)所示的位置， 本实用新型采用温度传感器，并通过A/D转换器，将这些模拟信号转换成数字信号送到  STM32F429控制器进行处理，通过RS232屏幕上面显示气体采用管的温度信息。 [0020] 所述主控模块中STM32F429控制器安装在(11)所示位置，显示屏安装在(10)所示 位置，键盘输入安装在(9)所示位置，键盘输入可以对气体采样管的温度进行设置，同时可 以通过键盘对气体抽采泵和气体阀门的上班时间进行控制，对气体抽采泵的工作功率进行 调节，可以准确的控制气体的抽采量和抽采速度。 [0021] 所述的温度控制模块中电阻加热带安装在(5)所示位置，纤维套管、石英毡、黑色 保温材料安装在(2)(3)(4)所示位置，电阻加热带用耐高温的纤维套管包裹，管外面依次用 石英毡、黑色保温材料包裹，减少外部环境对气体采样管内的温度影响。 [0022] 所述控制模块中第一继电器安装在(13)所示的位置、第二继电器安装在(14)所示 的位置、气体抽采泵安装在(1)所示的位置、气体阀门安装在(7)所示的位置。 [0023] 如图2所示，本实用新型一种气体采样管恒温控制器的具体工作过程是： [0024] 本实用新型在启动时，用户通过键盘中“总开关”按键启动，温度检测模块会实时 检测气体采用管的内温度，气体采样管内温度会使温度传感器产生电压信号，产生的电压 信号经过滤波放大后通过AD采样传送到STM32F429控制器(11)进行处理，处理后得到温度 信息，并实时的通过RS232串口通信将信息传输到显示屏进行显示。 [0025] 本实用新型装置操作时，用户可以通过键盘输入气体抽采泵和气体阀门的工作时 间，主控模块控制继电器来控制气体抽采泵和气体阀门开关和上班时间。通过键盘上有控 制气体抽采泵的抽采速度按键，不同的按键可以让STM32F429控制器输出不同占空比PWM 波，通过不同占空比PWM波控制有控制气体抽采泵的抽采速度，本实用新型可以有效的控制 气体在管内的流速和气体的抽采量。 [0026] 为了减少外界温度对气体采样管内温度影响，我们对气体采样管的结构进行处 理，电阻加热带用耐高温的纤维套管包裹，外面依次用石英毡、黑色保温材料包裹。 [0027] 本实用新型工作时，温度检测模块实时检测管内温度，通过与设置的温度作比较， 通过PID控制，输出PWM波控制电阻加热带的上班时间，从而可以准确的控制气体采样管的 管内温度。 [0028] 如图3所示，本实用新型一种气体采样管恒温控制器的PID工作流程： [0029] 通过键盘事先输入设置的温度值，温度检测模块实时检测实际温度，通过两者之 间的误差信息进行PID控制，控制温度控制模块，控制电阻加热带的上班时间。 [0030] 如图4所示，本实用新型一种气体采样管恒温控制器温度检测模块设计： [0031] 为了获取准确的温度信号，系统采用恒流源电路来获取温度信号，使得电压输出 与电阻成良好的线性关系。运放因虚地，使得OP—07的反相输入端为0V，而1.5kQ电阻的下 端由于运用精密的电压源LM336—2.5，外加调整电路，该点电压可调整为2.5V，而由于运放 5 5 CN 213780769 U 说明书 4/4页 的输入阻抗极高，输入端可以认为不吸入电流，因此，从1.5kQ电阻上流过的电流的大小固定， 而且一定等于OP—07输出端流入温度传感器PT100的电流，进而达到恒流的效果。提高了温 度传感器的检测精度。再通过引线传递到ADC芯片上进行放大、滤波等处理，最后通过SPI传 至主控芯片，恒流源电流流过PT100，产生一个微弱的信号.信号经过RC滤波输入至ADC芯片 的模拟差分输入端AIN1(+)和AIN1(‑)，进行放大及A/D转换，转换完成后的数据通过ADC芯 片的DOUT接口输出传入主控芯片。 6 6 CN 213780769 U 说明书附图 1/2页 图1 图2 7 7 CN 213780769 U 说明书附图 2/2页 图3 图4 8 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