Устройство для программного регулирования температуры хроматографической колонки

 

Изобретение может широко использоваться в газовых хроматографах, применяемых в промышленности. Цель изобретения повышение точности регулирования и расширение функциональных возможностей. Хроматографическая колонка включена в плечо электрического моста, другое плечо которого содержит электрически управляемый резистор, сопротивление которого задается программатором. Схема, содержащая формирователь тактовой частоты, делитель частоты и фазочувствительный ключ, обеспечивает через устройство управления и тиристорный ключ периодическое включение и выключение нагрева колонки в зависимости от небаланса моста. Обеспечивается близкий к пропорциональному закон регулирования. Выполнение хроматографической колонкой функций термометра сопротивления позволяет обеспечить высокую точность термостатирования за счет исключения теплового запаздывания. 1 ил.

Изобретение относится к программным нагревающим устройствам, в частности к устройствам нагрева, обеспечивающим регулирование температуры хроматографических колонок по заданной программе.

Известен хроматограф, содержащий разделительную колонку из электропроводного материала, нагреваемую пропускаемым по ней электрическим током, вентилятор, обеспечивающий ее охлаждение после каждого цикла нагрева, и программное устройство.

Известно также устройство для регулирования температуры хроматографических колонок при программированном нагреве, содержащее источник переменного тока, трансформатор, программатор и тиристорный ключ, которое обеспечивает близкий к линейному закон повышения температуры в функции времени за счет поддержания эффективного значения протекающего через колонку тока. Благодаря росту электрического сопротивления металлической колонки с повышением температуры растет и рассеиваемая в ней мощность при постоянном эффективном значении тока, чем и достигается эффект линеаризации. Достоинством данного устройства является отсутствие специального датчика температуры, который искажает температурное поле и ухудшает эффективность разделения.

Однако это устройство не может обеспечить отличных от линейного режимов программирования температуры, не может обеспечить режима термостарирования и не компенсирует влияние окружающей среды, флуктуаций конвекционных потоков и других факторов, влияющих на температуру колонки.

Цель изобретения повышение точности регулирования и расширение функциональных возможностей.

Цель достигается тем, что устройство для программного регулирования температуры хроматографической колонки, содержащее источник переменного тока, трансформатор, программатор и тиристорный ключ, снабжено последовательно соединенными резистивным измерительно-нагревательным мостом, усилителем, фазочувствительным ключом и блоком управления тиристорным ключом, а также последовательно соединенными формирователем тактовой частоты и делителем частоты, при этом выходы формирователя тактовой частоты и делителя частоты соединены соответственно с тактирующим и установочным входами фазочувствительного ключа, соответствующие плечи резистивного измерительно-нагревательного моста образованы металлической трубкой хроматографической колонки и электрически управляемым резистором, соединенным управляющим входом с выходом программатора, а в диагональ питания резистивного измерительно-нагревательного моста включена вторичная обмотка трансформатора, первичная обмотка которого подключена к источнику переменного тока через тиристорный ключ.

Схема устройства изображена на чертеже.

Хроматографическая колонка 1, выполненная в виде трубки из электропроводного материала, например из нержавеющей стали, с помощью трубчатых изоляторов 2 и 3 соединена с газовой схемой хроматографа 4. Электрически колонка включена в схему моста, состоящего из низкоомного резистора 5, образующего вместе с колонкой низкоомную часть моста, и резисторов 6 и 7, образующих высокоомную ветвь, причем один из них (на чертеже 7) выполнен переменным, электрически управляемым от источника переменного тока через трансформатор 8, соединенный с источником через тиристорный ключ 9. Вершины измерительной диагонали моста соединены с входом усилителя 10, а выход последнего с первым входом фазочувствительного ключа 11. С тактирующим и установочным входами фазочувствительного ключа соединены соответственно выходы формирователя 12 тактовой частоты и делителя 13 частоты, соединенных между собой последовательно. Выход ключа 11 соединен с управляющим электродом тиристорного ключа через блок 14 управления. Программатор 15 связан с электрически управляемым переменным резистором 7 и вентилятором 16.

Устройство работает следующим образом.

Формирователь 12 непрерывно вырабатывает тактовое напряжение прямоугольной формы, по частоте и фазе совпадающее с напряжением сети. Делитель 13 частоты вырабатывает запускающие импульсы, фронты которых совпадают с фронтами тактового напряжения формирователя, а период выбирается в зависимости от конкретных тепловых характеристик хроматографической колонки 1. В большинстве случаев оптимальное значение периода 0,5-1 с.

Каждый запускающий импульс взводит фазочувствительный ключ 11, который через блок 14 управления включает тиристорный ключ 9. При этом на измерительный мост начинает поступать напряжение питания через понижающий трансформатор 8. Поскольку сопротивление резистора 5 на порядок меньше сопротивления хроматографической колонки, а резистор 6 и 7 на несколько порядков больше него, около 90% подводимой мощности рассеивается в колонке и вызывает рост ее температуры. Фазочувствительный ключ 11 при каждом положительном перепаде тактового напряжения, поступающего на его второй вход от формирователя 12, проверяет фазу напряжения небаланса измерительного моста, поступающего на первый вход с усилителя 10. До тех пор, пока температура колонки остается ниже заданного значения, фаза напряжения небаланса совпадает с фазой тактового напряжения, поддерживая фазочувствительный ключ 11 во взведенном положении.

С ростом температуры колонки растет ее электрическое сопротивление, и по достижении заданного значения температуры фаза напряжения небаланса изменяется на 180^о, что ведет к сбросу фазочувствительного ключа 11 и при запирании тиристорного ключа 9.

Таким образом, включение нагрева производится принудительно запирающим импульсом с фиксированным периодом, а отключение в момент достижения заданной температуры. При неизменном значении сопротивления задатчика устанавливается режим, при котором тиристорный ключ включается каждым запускающим импульсом и остается включенным определенную долю периода следования запускающих импульсов с выхода счетчика 13, причем величина этой доли зависит от величины отклонения среднего значения температуры колонки от заданного значения, что обеспечивает близкий к пропорциональному закон регулирования температуры.

Благодаря тому, что хроматографическая колонка сама выполняет функции термометра сопротивления, в системе принципиально отсутствует тепловое запаздывание, что позволяет обеспечить весьма малую амплитуду колебаний температуры и, следовательно, достаточно высокую точность термостатирования.

Программное регулирование температуры обеспечивается программным изменением сопротивления задатчика 7, на схемотехническое решение которого данное устройство не накладывает никаких ограничений и который может быть реализован любым из известных способов. Управление задатчиком 7 осуществляется с помощью программатора 15. Охлаждение колонки обеспечивается вентилятором 16, который также управляется программатором. Форма температурной кривой определяется таким образом лишь программой, заложенной в программаторе.

Таким образом, данное устройство позволяет обеспечить в газовых хроматографах повышение точности регулирования температуры хроматографической колонки и расширяет функциональные возможности регулятора, а именно позволяет обеспечить при необходимости режим термостатирования.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЙ КОЛОНКИ, содержащее источник переменного тока, трансформатор, программатор и тиристорный ключ, отличающееся тем, что устройство снабжено последовательно соединенными резистивным измерительно-нагревательным мостом, усилителем, фазочувствительным ключом и блоком управления тиристорным ключом, а также последовательно соединенными формирователем тактовой частоты и делителем частоты, при этом выходы формирователя тактовой частоты и делителя частоты соединены соответственно с тактирующим и установочным входами фазочувствительного ключа, соответствующие плечи резистивного измерительно-нагревательного моста образованы металлической трубкой хроматографической колонки и электрически управляемым резистором, соединенным управляющим входом с выходом программатора, а в диагональ питания резистивного измерительно-нагревательного моста включена вторичная обмотка трансформатора, первичная обмотка которого подключена к источнику переменного тока через тиристорный ключ.

РИСУНКИ

Рисунок 1