专利名称：一种离子色谱数据补偿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及离子色谱仪检测数据的采集，确切地说是一种能够弥补由于外界 环境温度的影响，而造成真实数据输出误差的离子色谱数据补偿装置。
背景技术：
离子色谱仪普遍使用电导检测法对各个离子成份进行检测。在检测过程中由于在 对流动相水溶液进行多种介质的采集和测量时需要进行多管路连接，因此不能或者很难将 外界环境温度的影响完全隔绝，只能相对的采取一些保温措施来减小外界环境温度变化的 影响力，极易因受到外界环境温度的影响造成测量精度的不准确。目前，离子色谱仪中的电 导检测部分因受外界环境温度的影响而改变真实数据输出，从而引起测量误差和系统误差 的现象一直存在。
发明内容本实用新型为了克服上述技术中的缺陷，提出一种能够将外界环境温度变化对正 常数据的影响力减小到最低，保证测量数据准确性的离子色谱数据补偿装置。本实用新型的技术问题是由以下技术方案实现的一种离子色谱数据补偿装置， 包括离子色谱仪系统、数据采集装置、嵌入式系统和工作站，数据补偿部分由温度传感器、 温度采集和数据处理的嵌入式系统组成；前端的温度传感器探头安装在离子色谱仪内部液 相流路中，数据补偿部分的另一端与模数转换电路相连或与嵌入式系统中具有模数转换和 输入输出二重功能的I/O 口相连，温度对照表内嵌在嵌入式系统当中。新增的数据补偿部分采用硬件执行温度测量，软件执行数据修正的方法。其中软 件修正利用数据输出的间隙来进行。在输出定时器定时时间未到时，进行数据的采集、温度 的采样、数据的修正。当到达输出定时器定时时间后，则进行数据的发送工作。所有的数据 修改运算均在无数据输出时间段内进行。因新增数据补偿电路部分并未改变原系统的工作 流程，只是利用时间差，修正了因外界环境温度改变而变化了的测量数据，从而提高了测量 数据的准确性。温度传感器探头部分完全浸没于流动相水溶液当中，同时不接触任何内壁。数 据补偿部分的另一端与模数转换电路相连或与嵌入式系统中具有模数转换和输入输出二 重功能的I/O 口相连，通过此嵌入式系统的I/O引脚将温度的模拟量信号转换成对应的 数字量信号后，再通过内嵌在嵌入式系统当中的温度对照表，进行查找对应的温度值或通 过数学公式来进行运算，最终得到修改后的各个离子成份的数字数据，并将这一数据通过 RS232C标准串口，发送给工作站，进行最终的处理、分析和显示等操作。本方案针对电导检测部分易受外界环境温度的影响而改变其正常数据的输出这 一现象，新增数据补偿电路部分，对电导检测后的流动相水溶液实时进行温度采集和测量， 再运用嵌入式系统对采集数据进行修正。将外界环境温度的变化对正常数据的影响力减小 到最低；最大程度的保证了采集数据的准确性；提高了整个系统的采集精度；降低了使用本测量仪器的环境要求条件；方便了用户的安装和使用；提高了整个测量仪器的综合竞争 力。将温度传感器探头安装在离子成份检测的最后一级流路当中。这样可以最大限度 的不影响原液相流路的温度和测量精度。温度传感器探头的连接方式为串联形式。温度传感器是热电偶，热电偶通过接插座与AD转换芯片连接；从而实现将离子色 谱仪温度传感器热电偶的信号传送给AD转换芯片进行温度的模拟量数据采集工作。AD转 换芯片以SPI总线的形式，与嵌入式系统具有模数转换和输入输出二重功能的I/O 口进行 对接。即通过此SPI总线将采集到的温度模拟量数据转换为数字数据后，发送给嵌入式系 统进行数据处理工作。此SPI总线为标准的SPI总线。即所有数据的发送和命令的控制必 须在一定时序下进行。温度传感器是热电阻，所述热电阻通过热电阻测量转换电路，将热电阻感应到的 温度变化所对应的电阻值大小转化相应的电压大小，通过插座传递给嵌入式系统具有AD 功能和输入输出二重功能的I/O引脚上。嵌入式系统分别通过此I/O引脚，对传送来的温 度模拟量电压值转换成对应的数字量信号，暂存在嵌入式系统内部当中，供嵌入式系统进 行离子成份的采集测量数据进行修正。热电阻测量转换电路是通用放大电路，组成两路信号的电压跟随电路形式。主要 目的是隔离前后两级信号，同时进行阻抗匹配。使温度传感器感应出来的模拟电压值不会 因后级接入嵌入式系统而出现数值变化这一现象。有利于嵌入式系统对真实温度的信号采集。串联形式是在离子色谱仪的双流路中各串接入一只温度传感器，对每一流路检测 后的水溶液进行温度探测。通过数模转换后，对比内部已建立好的温度表或通过相应的温 度计算公式，查找出在每个温度区域变化与离子成份检测信号的对应关系，利用嵌入式系 统的高速数据处理能力，在未到向下一级发送数据的时间段内，进行相应的数据修正，最终 将正确的离子成份的数字量信号传送至工作站，进行最终的处理、分析和显示操作。整个系统的工作流程是离子色谱通过其内部的液态流动相将各个离子缓慢通过 检测器，检测器将各个离子成份对应的模拟量信号发送给数据采集装置。数据采集装置把 传送来的各个离子成份的模拟量信号再转换成高精度的数字量信号，发送给嵌入式系统， 嵌入式系统则将发送来的数字量信号进行暂存。嵌入式系统紧跟着对离子色谱内部的温度 传感器进行各个离子检测后的温度采样，并将这一温度值通过嵌入式系统具有模数转换和 输入输出二重功能的I/O 口或AD模数转换装置进行温度数字化的转换，之后，将转换为数 字量的温度值与嵌入式系统内部的温度对照表进行查找并计算应该修正的离子成份数字 量，将修正后的离子成份数字量信号通过RS232C发送给工作站，由工作站最终对发送来的 信号进行处理、分析和显示操作。以上过程为一路通道的分离、补偿、处理、发送的过程，对 双通道而言另一路也同上所述，区别只是整个系统是依次完成，在处理上采用嵌入式系统 分时处理的方式来进行。本实用新型的优点是通过对离子色谱仪流路检测后的水溶液进行温度探测，通 过数模转换后，对比内部已建立好的温度表或通过相应的温度计算公式，查找出温度区域 变化与离子成份检测信号的对应关系，利用嵌入式系统的高速数据处理能力，在未到向下
4一级发送数据的时间段内，进行相应的数据修正，将正确的离子成份的数字量信号传送至 工作站，进行处理、分析和显示操作。有效的避免了离子色谱仪中的电导检测部分因受外界 环境温度的影响而改变真实数据输出，从而引起测量误差和系统误差的现象，从而保证了 采集数据的准确性。
图1是本实用新型的工作系统流程图；图2是本实用新型第一个实施例的系统结构示意图；图3是第一个实施例的具体温度与采集模拟信号之间的关系表；图4是本实用新型第二个实施例的温度处理模块结构示意图；图5是第二个实施例的具体的温度与电阻阻值的对应关系表。
具体实施方式
如图1所示，离子色谱温度补偿系统由离子色谱仪、温度补偿部分、数据采集装 置、嵌入式系统、工作站等五大部分组成。离子色谱仪由管路部分、检测部分、电路控制部 分、液相驱动部分、信号处理部分，其中离子色谱仪选用双通道或单通道检测形式对离子成 份进行检测。数据采集装置是高采样位数的AD转换器。嵌入式系统包括现有的单片机系 统和ARM系统，工作站为最终处理、分析、显示的客户终端。温度补偿部分由安装在离子色 谱内部管路上的前端温度传感器及与后端的温度采集和处理的嵌入式系统组成。前端温度 传感器探头部分安装位置位于离子色谱仪内部液相流路中。连接方式为串联的形式，且温 度传感器探头部分应完全浸没于流动相水溶液当中，同时不接触任何内壁。温度补偿部分 的另一端与模数转换电路相连或与嵌入式系统中具有模数转换和输入输出二重功能的I/ 0 口相连，通过此嵌入式系统的I/O引脚将温度的模拟量信号转换成对应的数字量信号后， 再通过内嵌在嵌入式系统当中的温度对照表，进行查找对应的温度值或通过数学公式来进 行运算，最终得到修改后的各个离子成份的数字数据，并将这一数据通过RS232C标准串 口，发送给工作站。数据补偿系统的工作流程是驱动装置将流动相及待测离子的水溶液，通过各自 管路，缓慢流过各自的检测器。之后检测器将各个离子成份对应的电压模拟量发送至数据 采集装置A通道、B通道上，数据采集装置将发送来的离子成份电压模拟量信号转换成高位 数的对应数字量信号，发送至嵌入式系统当中进行暂存。紧接着，对离子色谱仪双流路上检 测后的溶液进行温度采集，UU U2将温度传感器感应的温度电压值转换成对应的数字量信 号，通过SPI总线发送给嵌入式系统。嵌入式系统在收到水溶液的温度测量值后，与温度和 采集的数据关系进行对比后，进行各个离子成份测量数据进行修正。当发送时间到时，将修 正后的离子成份测量值通过RS232C串口发送给工作站，由工作站进行最终的数据处理、分 析和显示操作。实施例1如图2所示本实施例由离子色谱仪系统、数据采集装置、嵌入式系统、工作站四个功能模块组 成。本系统采用双流路、双通道检测、转换、处理的方式。离子色谱仪系统内部由两套流路
5组成即双流路，输出模拟量1和模拟量2信号。离子色谱系统是由液相驱动模块、管路部 分、检测模块、温度传感器T1/T2、废液收集部分、电路处理模块组成。其中电路处理模块是 将离子成份转换成电信号，向外传送出模拟量1和模拟量2两路离子成份的电信号。T1、T2 为离子色谱仪内部2路流路中温度传感器热电偶的连接口。每一路温度传感器热电偶均有 正负二根信号线组成。其安装的位置位于离子色谱仪内部整个流路检测的最后一级处，目 的就为了在检测流动相和各离子的温度的同时不影响流动相及各离子的检测。流动相及各 离子成份在通过温度检测之后，便直接进入废液装置里。在整个温度检测过程当中，温度传 感器热电偶的探温部分必须完全浸没在检测后的流动相当中，且其探温部分不能与管路内 壁相接触，应与管路内壁之间留有适当的空间，以免内壁温度影响流动相的探温，从而产生 系统测量误差。温度传感器热电偶的连接线通常采用二种颜色以区别正负极连线，一般常 见红色表示正极，蓝色表示负极。U1、U2为AD转换芯片，其具体型号为MAX6675，封装采用SMT的形式。T_、T+引脚 为温度传感器热电偶的输入接口脚。T+与温度传感器热电偶的正极相连，T-与温度传感器 热电偶的负极相连。图中所示。内部Jl的1脚接Ul的T-端，Jl的2脚接Ul的T+脚。J2 的1脚接U2的T-脚，J2的2脚接U2的T+脚。离子色谱仪内部的温度传感器Τ1、Τ2分别 与J1、J2相连接。从而实现将离子色谱仪温度传感器热电偶的信号通过J1、J2两个接插座 传送给Ul、U2进行温度的模拟量数据采集工作。Ul、U2的SO、CS、SCK组成SPI总线的形式，与嵌入式系统具有模数转换和输入输 出二重功能的I/O 口进行对接。即通过此SPI总线将采集到的温度模拟量数据转换为数字 数据后，发送给嵌入式系统进行数据处理工作。此SPI总线为标准的SPI总线。即所有数 据的发送和命令的控制必须在一定时序下进行。J3接口为电源部分。J3的第1脚接U1、U2的VCC端，电压为+5V。J3的第2脚接 U1、U2的GND脚。为电源地。图3表示Ul、U2进行温度转换时，具体温度与采集模拟信号之间的关系。本实例 当中使用的温度传感器热电偶具体为E型.表中数据即为该类型热电偶采集到的温度与模 拟量的对应表。如果Ul、U2采集到的温度模拟量不在图3所示的表中，则利用相邻两个数 据为线性的关系，用嵌入式系统的强大运算能力，进行插值运算方法，将不在此表中的温度 值算出对应的温度值来。图3中最左侧数据表示间隔为100度的数据值。图3的第一行表 示间隔为10度的数据值。图3中间的数据表示温度传感器热电偶探测对应温度时的模拟 量电压输出值，单位为mV. Ul、U2就是将此表中的模拟量电压值转换成对应的数字量信号， 供嵌入式系统进行分析处理。实施例2如图4所示本实施例所示电路图的温度传感器类型为热电阻。另外，图2所示的系统中，转换 温度传感器传来的温度值采用专用模数转换芯片来进行；而本实施例所示的系统中，转换 温度传感器传来的温度值是利用嵌入式系统自身的I/O引脚来进行模数转换。此嵌入式系 统的模数转换引脚具有二重定义功能，功能切换则是通过内部相应寄存器的设置来实现。 此技术为现有技术。图4中的J1、J3分别与系统流程图当中的T1、T2相连。其中Jl与Tl相连，J3与T2相连。R8和R19两组电位器分别为各自测量电路的零点调整电位器。Rll和R22两组电 位器分别为各自测量电路的增益调整电位器。U1A、U2B组成一组热电阻测量转换电路，将热电阻感应到的温度变化所对应的电 阻值大小转化相应的电压大小，通过J2插座传递给嵌入式系统具有AD转换和输入输出二 重功能的I/O引脚上。U3A、U4B组成另一组热电阻测量转换电路，其电路原理同U1A、U2B 组成的测量电路。二组热电阻测量转换电路功能及参数完全相同。嵌入式系统分别通过具 有模数转换和输入输出二重功能的I/O引脚，对J2、J4传送来的温度模拟量电压值转换成 对应的数字量信号，暂存在嵌入式系统内部当中，供嵌入式系统进行离子成份的采集测量 数据进行修正。本电路当中使用放大器的具体型号为LM324。此芯片为四运放电路，即U1A、U2B、 U3A、U4B四个放大器。电源采用士 12V电源供电模式。J6、J5分别为该电源的接口插座部 分。本电路当中的放大器适用于其他通用放大器。U2B、U4B分别组成两路信号的电压跟随电路形式。主要目的是隔离前后两级信号， 同时进行阻抗匹配。使温度传感器感应出来的模拟电压值不会因后级接入嵌入式系统而出 现数值变化这一现象。有利于嵌入式系统对真实温度的信号采集。图5所示为钼电阻PT100的分度表。左侧。C表示热电阻测量到的温度值；Ω表示 热电阻对应温度下表现出来的电阻阻值。表中的数据即为具体的温度与电阻阻值的对应关 系值。
权利要求一种离子色谱数据补偿装置，包括离子色谱仪系统、数据采集装置、嵌入式系统和工作站，其特征在于数据补偿部分由温度传感器、温度采集和处理的嵌入式系统组成；位于前端的温度传感器探头安装在离子色谱仪内部液相流路中，数据补偿部分的另一端与模数转换电路相连或与嵌入式系统中具有模数转换和输入输出二重功能的I/O口相连，温度对照表内嵌在嵌入式系统当中。
2.根据权利要求1所述的一种离子色谱数据补偿装置，其特征在于温度传感器探头安 装在离子成份检测的最后一级流路当中。
3.根据权利要求1或2所述的一种离子色谱数据补偿装置，其特征在于温度传感器探 头的连接方式为串联形式。
4.根据权利要求1所述的一种离子色谱数据补偿装置，其特征在于温度传感器是热电 偶，所述热电偶通过接插座与AD转换芯片连接；AD转换芯片以SPI总线的形式，与嵌入式 系统具有模数转换和输入输出二重功能的I/O 口进行对接。
5.根据权利要求1所述的一种离子色谱数据补偿装置，其特征在于温度传感器是热电 阻，所述热电阻通过热电阻测量转换电路，将热电阻感应到的温度变化所对应的电阻值大 小转化相应的电压大小，通过插座传递给嵌入式系统具有AD功能和输入输出二重功能的 I/O引脚上。
6.根据权利要求5所述的一种离子色谱数据补偿装置，其特征在于热电阻测量转换电 路是通用放大电路，组成两路信号的电压跟随电路形式。
7.根据权利要求3所述的一种离子色谱数据补偿装置，其特征在于串联形式是在离子 色谱仪的双流路中各串接入一只温度传感器，对每一流路检测后的水溶液进行温度探测。
专利摘要一种离子色谱数据补偿装置，包括离子色谱仪系统、数据采集装置、嵌入式系统和工作站，数据补偿部分由温度传感器、温度采集和数据处理的嵌入式系统组成；前端的温度传感器探头安装在离子色谱仪内部液相流路中，数据补偿部分的另一端与模数转换电路相连或与嵌入式系统中具有模数转换和输入输出二重功能的I/O口相连，温度对照表内嵌在嵌入式系统当中。通过对离子色谱仪流路检测后的水溶液进行温度探测，经数据对比后进行数据修正，将正确的数字量信号传送至工作站，进行处理、分析和显示操作。有效的避免了电导检测部分因受外界环境温度的影响而改变真实数据输出，从而引起测量误差和系统误差的现象，从而保证了采集数据的准确性。
文档编号G01N30/00GK201654000SQ20102014449
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者张习志, 王钧 申请人:青岛盛瀚色谱技术有限公司