專利名稱：導電樣品快速線性升溫裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適用于超高真空熱脫附譜學中導電樣品快速線性升溫裝置。
超高真空下的熱脫附實驗大多是導電樣品，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備、數據采集和控制脫節，而且只能控制常規加熱體，無法控制可加熱導電樣品的升溫。
本實用新型的目的是提供一種溫控精度高、升溫速率高、范圍寬、線性度好的導電樣品快速線性升溫裝置。
本實用新型的技術方案是通過計算機控制，由前置放大器、電流放大器、數碼轉換電路組成，將反應樣品的溫度信號經前置放大器、模數轉換電路傳送到計算機，在計算機中采用控制算法，計算出控制量并通過數模轉換電路轉換為模擬量輸出，計算機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、第二～四運算放大器、第一～二繼電器、時間繼電器及第十二～十三半導體三極管組成的過流保護電路，由并聯的第一～十一半導體三極管和沒在其發射極的第一～十電阻組成的功率放大器、由第一運算放大器和第十四半導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，來自控制電路的第十四半導體三極管輸出端，功率放大器輸出端為E點，經反饋電阻與鉭絲連接，所述反饋電阻兩端至過流保護器中串聯的第二、第四運算放大器后分別至第十二～十三半導體三極管，第十二半導體三極管與第一～二繼電器和時間繼電器連接，第一～二繼電器另一端至變壓器，第十三半導體三極管集電極控制端來自控制電路中第一運算放大器與第十四半導體三極管的節點D處，第三運算放大器正相端經第二開關至設有過流保護第二電位器的第四運算放大器負相端，或與第二運算放大器輸出相連控制電路中的第一運算放大器正相端經第一開關與計算機相連，或與手動控制第一電位器相連。
本實用新型具有如下優點1．本實用新型集溫度控制與數據采集于一體，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，升溫速率范圍1-80K/Sec，升溫范圍100-1500K。
2．本實用新型適合于導電樣品的線性升溫。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到的；本實用新型即可程序控制又可手動控制，并且具有過流保護功能，可任意設定保護電流，防止輸出電流過大損害樣品。


圖1為本實用新型結構示意框圖。
圖2為本實用新型電流放大器電路原理圖。
圖3為本實用新型不同速度的升溫直線。
圖4為本實用新型室溫下CO在干凈Pt(110)表面吸附的升溫脫附譜圖。
以下結合附圖對本實用新型結構和工作原理作進一步詳細說明。
如圖1所示，本實用新型通過計算機控制，由前置放大器1、電流放大器5、數碼轉換電路組成，將反應樣品6的溫度信號經前置放大器1、模數轉換電路2傳送到計算機3，在計算機3中采用控制算法，計算出控制量并通過數模轉換電路4轉換為模擬量輸出，計算機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、第二～四運算放大器A2-A4、第一～二繼電器P1、P2、時間繼電器P3及第十二～十三半導體三極管T12-T13細成的過流保護電路，由并聯的第一～十一半導體三極管T1～T11和設在其發射極的第一～十電阻R1～R10組成的功率放大器、由第一運算放大器A1和第十四半導體三極管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，來自控制電路的第十四半導體三極管T14輸出端，功率放大器輸出端為E點，經反饋電阻Rf與鉭絲7連接，所述反饋電阻Rf兩端至過流保護器中串聯的第二、第四運算放大器A2、A4后分別至第十二～十三半導體三極管T12-T13，第十二半導體三極管T12與第一～二繼電器P1～P2和時間繼電器P3連接，第一～二繼電器P1、P2另一端至變壓器Tr，第十三半導體三極管T13集電極控制端來自控制電路中第一運算放大器A1與第十四半導體三極管T14的節點D處，第三運算放大器A3正相端經第二開關K2至設有過流保護第二電位器SW2的第四運算放大器(A4)負相端，或與第二運算放大器A2輸出相連；控制電路中的第一運算放大器A1正相端經第一開關K1與計算機相連，或與手動控制第一電位器SW1相連；本實用新型所述計算機控制程序為運行開始首先要輸入控制參數如升溫速率、最高溫度，程序運行中按一定的周期T采集樣品上的的溫度信號，依據設定的溫度Ts與實際的溫度Tp之差ΔTN，計算出控制量Y(Y=P1*(ΔTN+T*(∑ΔT)/P2+P3*(ΔTN-ΔT(N-1))/T}，其中P1、P2、P3分別為調控參數，ΔT是第一次到第n次溫差累加之和，每次計算出控制量并輸出后保存數據，并判斷是否按下停止鍵，是否達到最高溫度，不停止、沒達到最高溫度時，繼續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。
本實用新型工作原理是被分析的導電樣品放置在超高真空容器8里的加熱體鉭絲7上，依據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放大為標準的0-5V信號輸出到具有光電隔離、多路轉換電路的模數轉換器2，然后傳送到計算機3，通過數模轉換電路輸出0-10V控制信號到電流放大器的輸入端；220V交流電壓經變壓器Tr降到10V，然后整流濾波變為約14V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受控于計算機3輸出的控制信號控制，當控制信號大時功率放大器的輸出電流大，當控制信號小時輸出電流小，由此達到控制樣品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，特別適宜導電樣品6的加熱；電流放大器即可由計算機3控制，也可以手動控制。將第一開關K1置于2位置，調節第一電位器SW1可以手動控制樣品6的加熱溫度；將第二開關K2置于2位置，調節第二電位器SW2可以沒定保護電流，每當加熱電流大于保護電流時，電路會自動斷開線路，等待一定時間后，按RESET按扭電路又恢復正常狀態，可以繼續加熱。
本實用新型所述時間繼電器采用H3FA，第一～十一半導體三極管T1-T11采用2SD114，第十二～十四半導體三極管T12-T14采用2SC959，第一～四運算放大器A1～A4采用MC1458CP。
權利要求1．一種導電樣品快速線性升溫裝置，其特征在于通過計算機控制，由前置放大器(1)、電流放大器(5)、數碼轉換電路組成，將反應樣品(6)的溫度信號經前置放大器(1)、模數轉換電路(2)傳送到計算機(3)，在計算機(3)中采用控制算法，計算出控制量并通過數模轉換電路(4)轉換為模擬量輸出，計算機(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，通過熱傳導來加熱樣品。
2．按照權利要求1所述導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)、第二～四運算放大器(A2-A4)、第一～二繼電器(P1、P2)、時間繼電器(P3)及第十二～十三半導體三極管(T12-T13)組成的過流保護電路，由并聯的第一～十一半導體三極管(T1～T11)和設在其發射極的第一～十電阻(R1～R10)組成的功率放大器、由第一運算放大器(A1)和第十四半導體三極管(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，來自控制電路的第十四半導體三極管(T14)輸出端，功率放大器輸出端為E點，經反饋電阻(Rf)與鉭絲(7)連接，所述反饋電阻(Rf)兩端至過流保護器中串聯的第二、第四運算放大器(A2、A4)后分別至第十二～十三半導體三極管(T12-T13)，第十二半導體三極管(T12)與第一～二繼電器(P1～P2)和時間繼電器(P3)連接，第一～二繼電器(P1、P2)另一端至變壓器(Tr)，第十三半導體三極管(T13)集電極控制端來自控制電路中第一運算放大器(A1)與第十四半導體三極管(T14)的節點D處，第三運算放大器(A3)正相端經第二開關(K2)至沒有過流保護第二電位器(SW2)的第四運算放大器(A4)負相端，或與第二運算放大器(A2)輸出相連；控制電路中的第一運算放大器(A1)正相端經第一開關(K1)與計算機相連，或與手動控制第一電位器(SW1)相連。
3．按權利要求1所述導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)。
專利摘要一種導電樣品快速線性升溫裝置,通過計算機控制,由前置放大器、電流放大器、數碼轉換電路組成,將反應樣品的溫度信號經前置放大器、模數轉換電路傳送到計算機,在計算機中采用控制算法,計算出控制量并通過數模轉換電路轉換為模擬量輸出,計算機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,通過熱傳導來加熱樣品。它集溫度控制與數據采集于一體,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 優先權日2001年1月5日
發明者譚大力, 翟潤生, 黃偉新, 包信和 申請人:中國科學院大連化學物理研究所