1102气象色谱仪维修资料(连载四) 常顺科技

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1102气象色谱仪维修资料(连载四)

作者：佚名文章来源：本站原创点击数：4508 更新时间：2008/11/1

第四章控制器及放大器线路

4-1 1102GC气相色谱仪控制器简介
1102GC气相色谱仪的控制器是由计算机担任的。当代的控制工程无不建立在反馈控制理论基础之上。控制器的任务在于不断采用那些用以指述系统运行状态的关键信息或全部信息，并做出为达到预定控制目标的判断与决策，用怎样的控制信号作用于对象，以便达到控制目标，这就是所说的反馈控制，如图4—1所示。

图4—1 反馈控制的基本结构

具有高速数学处理和逻辑判断功能的数字计算机是在任何复杂的反馈系统中实现控制器的有效手段。五十年代以后，由于大规模集成电路技术的发展，推动了微型计算机的发展，从而为计算机在控制领域中的应用打开了新局，“智能控制”也得到了迅速的发展，使得那些控制理论中过去只有理论意义的某些成果变为工程上的现实，“智能化”的控制器正越来越多，越来越好的展现在人们的眼前。 1102气相色谱仪控制器，正是利用当今现代化的微机技术，运用反馈控制原理，实现高精度的柱温控制、进样器温度控制及检测器温度控制。

图4—2 控制器温控原理

1102气相色谱仪的控制原理如图4—2所示，当我们需要对柱温，进样器温度和检测器温度进行控制时，可以通过键盘向计算机发出控制命令，计算机根据其内部存储的控制信息，首先，通过反馈回路，将柱温检测器和进样器的温度通过铂电阻把温度的变化转变成电阻值的变化，线性化电路，将电阻的变化转化为电压的变化，ADC将电压量转化为数字量，微机通过这条反馈回路知道了柱温，检测器和进样器的实际温度。随后，进过PID运算，对柱温、检测器和进样器加热丝上双向可控硅的导通时间进行控制，以达到控制温度，这就是1102GC气相色谱仪温度控制原理的概述。 1102GC的温度控制，实际上是由微型计算机来实现的，那么，什么是微型计算机？1102GC气相色谱仪微型计算机又是如何工作的？下面，我们将对这些问题，作一简单的介绍。

4—2 微型计算机系统
微型计算机系统主要由中央处理器（CPU）、存贮器（ROM、RAM）及输入、输出（I/O）设备等组成。那么，微型计算机是如何工作的呢？我们举个例子来说明，假如，我们用算盘计算这样一道题：（114+212）×11时，我们必须首先有算盘、笔、纸以及打算盘的口诀。第一步，先在算盘上计算出114+212=326，然后用笔和纸记录下这一中间结果。然后，再用算盘计算326×11=3568并用笔和纸记录最终结果。整个计算过程都有我们人指挥算盘工作。微型计算机的工作情况亦与此过程相类似。首先，微型计算机在一定程序指令指挥下，对存贮器存贮的数据等信息，进行运算和判断。然后，将运算的结果在输出设备上输出，在微型计算机中的中央处理器就类似我们人，因此，称作为“电脑”，中央处理器内部的运算器相当于算盘，存贮器就相当于纸，存贮计算中间及最后结果，输出设备就相当于笔，将计算结果打印出来；指挥计算机工作的程序，相当于打算盘的口诀，称作为软件。中央处理器、存贮器、输入、输出设备等相当于算盘、笔、纸等称作硬件。 1102GC控制器是微型计算机Z-80作为中央处理机，8K程序贮存器（ROM），2K随机贮存器（RAM），一个相当于16位的A/D转换器，键盘控制器8279，发光数码管，以及输入输出单元PIO组成微型计算机系统。中央处理器（CPU），1102GC采用Z-80作为CPU,CPU是控制器的“电脑”，控制器能完成的所有动作和功能的程序存放在ROM中，CPU就是按照ROM中存放的命令来完成所有的功能的，Z-80CPU有16根地址线（A₀-A₁₅）所以能有64K内存，8根数据线（D₀-D₇），5根控制线（MERQ,IORQ,RD,WR,M）以及158条指令系统，RAM是用来贮存设定温度、程序升温参数和时钟等数据，这里用的芯片是6116，具有2K容量的RAM。

4—3 可控硅脉冲产生控制系统
1102GC气相色谱仪的加热丝上的加热电压都有可控硅提供，当设定温度与实际温度有差值时，控制器就控制可控硅在加热丝上给予一定的电压加热，或不给电压停止加热。因此，控制可控硅脉冲产生电路是控制气相色谱仪柱温，进样器温度，检测器温度的主回路。 1102GC气相色谱仪的控制，通过对柱箱、进样器和检测器温度的测量，将所得到的信号经过PID运算，最后，由Z-80PIO(JC₁₄)控制脉冲的输出，因此，PIO(JC₁₄)是所有温度控制的管理口。经过PIO输出的脉冲又与74LS221（JC₁₇）产生的同步脉冲相同，使得PIO与74LS221产生同步脉冲相同步时，才能使可控硅导通，使加热器加热。其原理图见图4—4.

4—4 温度检测及比较电路
温度检测及比较电路是提供给CPU控制温度的一个重要的信息，温度检测及比较电路的好坏，将直接影响到控制器的控制精度，因此，此电路作为反馈信息的回路是十分重要的。 1102GC气相色谱仪的温度检测及比较电路，由μA741DAC0801、DAC0808等集成块及一些电阻、电容组成。就拿柱温检测及比较电路来说，首先，由热敏电阻，将温度变化转变成电阻值的变化，经过有μA741（JC₄₀）组成的线性化后，产生-5mv/℃的电压，将温度信号转变成电压量，同时，计算机发出控温温度值通过DAC0801（JC₂₃）D/A集成块，将设定的温度（数字量）转换成电压值（模拟量），输出至减法器（μA741-JC₁₆等组成），与实际温度相比较，它们的差值送入ADC0808（JC23）A/D集成块，转换成数字量，并输入计算机，作为控制温度的重要信息，其原理图如图4—5.

4—5 键盘及显示
键盘是人机对话的场所，人机对话系统主要是将人们要设定的参数告诉计算机即按照人们的要求去完成各种功能及温度控制，同时也通过本系统告诉操作人员计算机的工作状况，1102GC控制器的人及对话系统主要是通过芯片8279来完成，8279是显示和键盘控制专用的芯片，该芯片主要完成二种功能，第一功能是完成键扫描和译码，每个键都有一个固定的键值，首先，有8279向138译码器发出扫描信号，当键按下时，它所对应的键值存在8279的寄存器中，随后，CPU根据8279寄存器中的键值完成各种设定的参数。第二功能是通过缓存器来驱动LED。8279显示是循环显示。首先，8279将要显示的字形送入74LS244（IC₉,IC₆）暂存，然后，由8279通过74LS154产生使某一个发光数码管显示的信号，并通过1413（JC₂₀-JC₂₂）送至某一个发光数码管，使之显示，74LS244内暂存的字，当显示完成后，再由8279通过74LS154，产生更换74LS244内字形的信号，同时，8279将新的要显示的字形送入74LS244中……。如此循环工作，完成显示功能，其原理图见图4—6.

4—6 操作
参数设定方法：

1、设定柱箱150℃时，按键顺序如下：

OVEN TEMP 1 5 0 ENTER

2、设定检测器150℃时，按键顺序如下：

DET TEMP 1 5 0 ENTER

3、设定检测器200℃时，按键顺序如下：

INJ TEMP 1 5 0 ENTER

4、设定放大器灵敏度10³时，按键顺序如下：

RANGE 8 ENTER

5、设定放大器衰减2³时，按键顺序如下：

ATT 2↓() 3 ENTER

6、FID点火，先按下SHIFT不放，随后按下FIRE随后二个键一起松开即可，计算机点火约8秒钟左右，自动退出点火状态。

7、程序升温设定顺序如程序升温参数为初始温度80℃，初始时间2分钟，一阶速率20℃，一阶恒温100℃，一阶恒温时间4分钟，二阶速率10℃二阶恒温130℃，二阶恒温时间5分钟，三阶温度200℃，速率5℃，恒温时间10分钟，如图4—7所示。

INIT 8 0 ENTER

INIT 2 ENTER

RATE 2 0 ENTER

FANIL TEMP 1 0 0 ENTER

FANIL TIME 4 ENTER

SHIFT + RATE 1 0 ENTER

SHIFT + FANIL TEMP 1 3 0 ENTER

SHIFT + FANIL TIME 5 ENTER

CTRL + RATE 5 ENTER

CTRL + FANIL TEMP 2 0 0 ENTER

CTRL + FANIL TIME 1 0 ENTER

注：SHIFT定义为二阶，CTRL定义为三阶，按键时要先按下

SHIFT或CTRL不放，随后按RATE FANIL TEMP FANIL TIME

启动程序升温按START键，程序结束时控制器下降灯亮，自动将柱温设定值恢复到初始温度，手动打开柱箱门，使柱温的实际温度降到比初始温度低20℃，控制器方能恢复对柱箱进行控制温度，否则柱箱温度不会到达设定的初始温度，下降灯不熄灭不能进行第二次程序升温。

如果在程序升温过程中要中止程序升温则按STOP，随后打开柱箱门，使实际温度低于初始温度20℃，待柱箱温度到达初始温度后方可关上柱箱的门。

4—7 1102GC控制器维修指南

1、按键不响应

（1）面板将键卡住

或JC第16脚（CPU）

（2）74LS221坏 JC第4脚用逻辑笔

（3）电网电压没有JC38 CZ3—7开路

SF5 1530.309

(4)主机过另脉冲及信号没有ZL1 BG9 BG1 BG8

（5）键盘带状电缆插头接触不良

2、柱温不加热

（1）柱箱内保护熔丝片段

（2）柱箱保险丝断

（3）可控硅开路JC4

（4）74LS09坏JC28第9脚

（5）P10坏

（6）带状电缆线开路

SF5.530.309

(7)光耦环 BG7 BG15

3、柱温只加温不控温

（1）可控硅短路JC4

（2）加热丝对地短路

（3）74LS09坏

（4）PIO坏

4、马达不转

（1）继电器不吸合继电器 J1

24V没有 ZL2 SF5.530.309

(2)马达坏

（3）74LS09坏 JC28第12、13脚 SF5.530.312

(4)PIO坏

（5）带状电缆线开路

5、检测器不加热进样器不加热

（1）加热丝开路

（2）保险丝断

（3）可控硅坏（开路）JC2 JC3（进样） SF5.530.309

(4)光耦、三极管坏 JC28第一脚（进样）

（5）74LS09坏输出“0”电平 JC29第12脚

（6）PIO坏 SF5.530.312

(7)带状电缆开路

6、检测器加温不控温，进样器不加热

（1）可控硅短路

（2）加热丝对地短路

（3）74LS09坏输出“1”电平

（4）PIO坏

（5）三极管开路

7、温控故障控温范围±15℃

（1）控制器显示出错（ERROR）

①铂电阻开路（对应） ②±15V保险丝断 ③μA741坏

（2）AD-DC出错

①ADC0808坏 ②DAC0801坏

③SF5530.312

基准环 JC47 D3 D2 BG1 BG19 JC48 BG49

(3)开机后无显示

①5V保险丝断 ②μA741坏（4）开机第一只数码管不显示上分GC-1102：

①晶振电路坏 ②8279坏

开机所有数全亮

③CPU坏 ④EPROM坏

（5）温控失控

①铂电阻没有固定好 ②换DAC0801 ③电网电压不在220V

（6）点火故障

①继电器坏 J2 ②带状电缆开路

③光耦环 BG3 BG11 SF5.530.309 ④保险丝断

（7）单边出毛刺：

微机板地线接外壳

（8）全部不加热

①继电器坏 J1 SF5.530.309 ②ZL3坏 SF5.530.309

③光耦环 BG2 BG10 ④ZL2坏，C6短路

4—8 1102GC氢焰检测器（FID）微电流放大器
因为从FID检测器输出的电讯号（电子流或离子流）十分微弱，一般在10^-9-10^-14安培范围内。因此不可能直接用记录仪进行记录。在这种情况下，就必须采用特殊的放大器——微电流放大器，将这微弱的电讯号加以放大，1102GC只有一个放大器，安装在仪器控制器内。

1、线路结构：

1102GC采用了高精度的集成运算放大器AD515JH，故该放大器具有元器件少，稳定性好，线性范围宽、噪音低、操作方便的特点，放大器线路图见图4—8.

由于采用了集成运放。放大器的闭环放大倍数取决于放大器的反馈电阻，所以在本放大器用高阻作放大器的反馈电阻，提高放大器的放大倍数，用航空密封继电器切换高阻，各挡不同的灵敏度都有发光两极管（LED）指示。10⁷是最低的发光两极管LED发光；10⁸是中间的LED发光；10⁹是最高位置的LED发光；10¹⁰是全部LED都不发光。

整个放大器由仪器控制器内稳压电源电路提供±15V作电源。所有元器件安装在屏蔽盒内。

2、放大器工作原理：

仪器开机通电后，放大器即处于工作状态，此时灵敏度为10¹⁰，如需要较低的灵敏度，可按控制器上RANGE 键后，再按与需灵敏度次方相应的数字键。例如：10⁷，按RANGE 7 ENTER，则放大器内继电器J工作，K接通，此时放大器的灵敏度为10⁷，

显示窗显示： RANG 7

（名称）（设定值）

设其他灵敏度方法相同。

放大器的灵敏度范围10⁷至10¹⁰为止，设置低于10⁷或高于10¹⁰仪器都不响应，并在显示窗显示灵敏度的上限或下限。

从FID检测器得到的电信号通过离子线放入放大器的输入电阻R，在R两端产生一个电压信号，输入到运放AD515JH2号脚，在运放的6号脚上输出一个经放大的信号，再由电阻R、R衰减10倍后输出。该放大信号即可直接输入数据处理机，也可经衰减电路后输入记录仪。

调零电位器W由从稳压电源来的±15经稳管D、D(2DW234)稳压至6V供电，W和放大器的输入电阻R相接，旋转W能改变放大器的输出。

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