[发明专利]一种应用在分光光度计法分析仪器中的温度控制系统及方法

说明书

本发明涉及海洋分析领域，公开了一种应用在分光光度计法分析仪器中的温度控制系统及方法。此种温度控制系统结构简单，应用广泛。此种温度控制方法通过对温升和电压的定标，根据得出的函数采用具体的电压进行升温和恒温控制，稳定输出，同时温度控制功能占用CPU的时间也较少。此外，此种温度控制方法通过可编程电阻调节可调电压源芯片的输出电压，即调节电热丝的电压来调节恒温精度控制，精度较高。

技术领域

本发明涉及海洋分析领域，尤其涉及一种应用在分光光度计法分析仪器中的温度控制系统及方法。

背景技术

分光光度计法是通过溶液的吸光度值来测量溶液浓度的一种方法，其最主要的理论依据是琅勃比尔定律。为了应用分光光度计法，需要根据待测物质的特性，选取一种或几种化学试剂，按照一定的顺序和时间要求，与样本进行化学反应，产生带有一定吸光度的显色溶液，然后应用琅勃比尔定律公式，求导出待测物质的摩尔浓度(或质量浓度)。在应用该方法中，化学反应时的温度对结果的准确性和精确性有重要影响，为此，一般都会存在一个温度控制单元，完成温度控制功能。温度控制得越稳定，化学反应的一致性越好，精度越高。一般来说，会将化学反应的温度设定在某一固定温度，该温度等于或稍高于待测样本的最高温度。同时，较高的化学反应温度也会增加化学反应速度和活化分子百分比。

应用分光光度计法时，温度控制功能可以分为两个阶段：升温阶段和恒温阶段。其中，升温阶段是指将待测样本从较低温度加温到目标温度的阶段，该阶段时间不应过长，在很多应用过程中，只存在一次升温阶段；恒温阶段是指到达目标温度后，保持化学反应温度在目标温度上下浮动的阶段，一般来说，仪器绝大多数时间的工作在恒温阶段，恒温阶段的控制精度，直接决定了化学反应的程度是否稳定。

在绝大多数应用中，恒温阶段是温度控制的重点，其要求是：1)恒温精度要求高，即最高和最低温度温差尽量小；2)CPU占用时间少，减少CPU负荷；3)控制方式简单易用，能够适用于多种情况。

升温阶段是温度控制的组成部分，只要满足以下要求即可：1)到达恒温时间尽量短；2)升温时没有大的温度过冲现象。

目前，有两种温度控制方式在仪器中得到广泛应用，即PWM控制方式和PID控制方式。

1)PWM控制方式

PWM(Pulse Width Modulation)控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。PWM控制方式有其自身优点：电路设计简单；控制方式简单，而且可以实时调整。但是，PWM控制方式也有其固有缺点：由于PWM控制的电压一般较大，在恒温阶段提供的热量较大，很容易超出所需温度控制精度；要实现微秒级的精确控制时，CPU占用时间长，无法兼顾其他功能的执行；电源负荷经常突变，影响其他信号稳定性，并对电源有潜在损伤。

2)PID控制法

PID控制器(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。

PID控制法的优点包括：应用范围广泛，系统适应性强；能够消除温度上的过冲现象；相对应的，PID也有自身的缺点：系统设计复杂，需要根据系统特点设定模型参数，并实时调整参数以适应系统变化，需要一定的时间进行调整；需要复杂的硬件基础，才能完全发回PID的功效，在对体积、复杂程度、功耗有一定要求的仪器，应用受限；到达满足需要的恒温阶段时间受限；系统重要变量改变时，难以迅速调整。

因此，需要一种提高仪器的恒温精度，同时当样本变化时，快速调整，降低恒温调整时间的温度控制方法和系统。

发明内容

本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种应用在分光光度计法分析仪器中的温度控制系统。