CN222125654U - 一种气压控制电路及质谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气压控制电路及质谱仪，涉及电子电路领域，解决由于电路元件本身、或设计偏差，可能导致实际气压值高于设定气压值的问题，上位机的输出端、补偿电路的输出端、反馈电路的输出端与PID控制电路的输入端连接；比例阀设置于气泵与气腔之间；PID控制电路的输出端与比例阀连接；压力传感器设置于比例阀，压力传感器的输出端与反馈电路的输入端连接。PID控制电路根据上位机输出的设定气压值、补偿电路输出的补偿信号、反馈电路输出的反馈信号调节比例阀，补偿电路输出的补偿信号给压力传感器检测到的反馈信号一个补偿，使实际气压值不会大于设定气压值。避免由于电路本身及设计原因导致产生的实际气压值高于设定气压值。

Description

一种气压控制电路及质谱仪

技术领域

本实用新型涉及电子电路领域，特别是涉及一种气压控制电路及质谱仪。

背景技术

比例阀是一种用于调节流体流量的装置，通常用于气体或液体的控制系统。它可以根据输入信号以一定的比例开启或关闭，从而调整流体通过的通道的截面积，实现精确的流量控制。

现有的压力PID控制电路是将输入信号与压力传感器检测到的压力信号的差值直接进行比例/积分运算，运算结果用于控制比例阀的调节。但由于电路元件本身、或设计偏差，可能导致实际气压值高于设定气压值，如果压力传感器检测到的气压值低于设定气压值，控制系统可能会过度补偿，采取进一步的调整措施，继续增大比例阀的开口大小。这可能导致实际气压值进一步升高，加剧系统的偏差。

由此可见，如何解决由于电路元件本身、或设计偏差，可能导致实际气压值高于设定气压值的问题，是本领域人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种气压控制电路及质谱仪，解决由于电路元件本身、或设计偏差，可能导致实际气压值高于设定气压值的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种气压控制电路，包括：

上位机、补偿电路、反馈电路、PID控制电路、比例阀、压力传感器；

上位机的输出端、补偿电路的输出端、反馈电路的输出端与PID控制电路的输入端连接；

比例阀设置于气泵与气腔之间；PID控制电路的输出端与比例阀连接；压力传感器设置于比例阀，压力传感器的输出端与反馈电路的输入端连接。

可选的，上述气压控制电路中，PID控制电路包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容、第二电容、第一晶体管；

第一运算放大器的反相输入端接地，第一运算放大器的同相输入端与上位机的输出端连接，第一运算放大器的反相输入端与同相输入端之间并联第一电阻；第一运算放大器的输出端通过第二电阻与第二运算放大器的反相输入端连接，第二运算放大器的同相输入端接地，第二运算放大器的反相输入端与输出端通过第一电容连接，第二运算放大器的输出端通过第三电阻与第三运算放大器的反相输入端连接，第三运算放大器的同相输入端接地，第三运算放大器的反相输入端与输出端通过第四电阻连接，第三运算放大器的输出端通过第五电阻与第一晶体管的控制端连接，第一晶体管的控制端通过第二电容接地，第一晶体管的输入端接电源，第一晶体管的输出端与比例阀的第一端连接，比例阀的第二端通过第六电阻接地。

可选的，上述气压控制电路中，补偿电路包括：第七电阻；

第七电阻的第一端接电源，第七电阻的第二端与第二运算放大器的反相输入端连接。

可选的，上述气压控制电路中，反馈电路包括：第四运算放大器、第八电阻、第九电阻；

第四运算放大器的反相输入端与同相输入端与压力传感器的输出端连接，第四运算放大器的两个增益端口之间并联第八电阻，第四运算放大器的输出端通过第九电阻与第二运算放大器的反相输入端连接。

可选的，上述气压控制电路中，PID控制电路还包括：第一二极管；

第一二极管的负极与第二运算放大器的反相输入端连接，第一二极管的正极与第二运算放大器的输出端连接。

可选的，上述气压控制电路中，第一晶体管为达林顿管。

可选的，上述气压控制电路中，第一运算放大器为仪表放大器。

可选的，上述气压控制电路中，第四运算放大器为仪表放大器。

可选的，上述气压控制电路中，比例阀为开度可连续调节的比例电磁阀。

为解决上述问题，本申请还提供一种质谱仪，包含上述的气压控制电路。

本实用新型所提供的气压控制电路，包括：上位机、补偿电路、反馈电路、PID控制电路、比例阀、压力传感器；上位机的输出端、补偿电路的输出端、反馈电路的输出端与PID控制电路的输入端连接；比例阀设置于气泵与气腔之间；PID控制电路的输出端与比例阀连接；压力传感器设置于比例阀，压力传感器的输出端与反馈电路的输入端连接。上位机输出的设定气压值、补偿电路输出的补偿信号、反馈电路输出的反馈信号输入至PID控制电路，参与比例阀的调节控制，补偿电路输出一个补偿信号至PID控制电路的输入端，给压力传感器检测到的反馈信号一个补偿，使实际气压值不会大于设定气压值。这样，避免了由于电路本身及设计原因导致产生的实际气压值高于设定气压值的情况。

另外，本实用新型还提供一种质谱仪，包含上述的气压控制电路，效果同上。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种气压控制电路的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种气压控制电路的电路图；

图3为本申请实施例提供的一种反馈电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护范围。

本实用新型的核心是提供一种气压控制电路及质谱仪。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

压力控制电路存在设计偏差导致实际气压值可能高于设定气压值的原因可能是由于多种因素的叠加。仪器和传感器可能会随着时间的推移而发生漂移，导致其性能发生变化。压力传感器的精度和校准可能会影响系统的性能。在实际电子电路中，运放、电阻、电容等元件都存在一些非理想性，例如漂移、温度敏感性等。这些非理想性可能在系统中引入误差。当测量出的压力值小于预设值时，可以通过调节缩小差距，但若如果压力传感器检测到的气压值低于设定气压值，可能会过度补偿，采取进一步的调整措施，继续增大比例阀的开口大小。这可能导致实际气压值进一步升高，加剧系统的偏差。错误的检测可能导致控制系统频繁地进行调整，导致系统的输出在设定值附近产生过度的波动。

本申请包括但不限于应用于气相色谱仪、气体分析仪器、呼吸机、真空机等。

为了解决上述问题，本实施例提供一种气压控制电路，图1为本申请实施例提供的一种气压控制电路的示意图，如图1所示，包括：

上位机11、补偿电路12、反馈电路13、PID控制电路14、比例阀15、压力传感器16；

上位机11的输出端、补偿电路12的输出端、反馈电路13的输出端与PID控制电路14的输入端连接；

比例阀15设置于气泵与气腔之间；PID控制电路14的输出端与比例阀15连接；压力传感器16设置于比例阀15，压力传感器16的输出端与反馈电路13的输入端连接。

气压控制电路是一种用于测量、监控和调节气体压力的电子电路。通常涉及将输入信号(设定气压值)与压力传感器16检测到的压力信号之间的差值进行处理，以实现对压力的控制。

比例阀15是一种用于调节流体流量的装置，通常用于气体或液体的控制系统。它可以根据输入信号以一定的比例开启或关闭，从而调整流体通过的通道的截面积，实现精确的流量控制。

由PID(Proportional Integral Derivative，比例-积分-微分)控制电路生成的电信号被传递给比例阀15。PID控制通过积分作用消除误差，而微分控制可缩小超调量，加快反应。

比例阀15内部包含一个执行器，通常是电磁或电动的，负责调整阀门或活塞的位置。根据输入的信号，调整阀门或活塞的位置，从而改变流体通过的通道的截面积。阀门或活塞的位置变化会影响流体的流量。当阀门打开时，流体流经的通道截面积增大，流量增加；反之，当阀门关闭时，截面积减小，流量减小。

本实施例提到的上位机11用于输出设定气压值至PID控制电路14的输入端，补偿电路12输出的补偿信号、反馈电路13输出的反馈信号同样输入至PID控制电路14，参与比例阀15的调节控制。

压力传感器16设置于比例阀15，检测比例阀15流经气体的压力值，压力传感器16的输出端与反馈电路13的输入端连接，检测到的压力值通过反馈电路13反馈到PID控制电路14的输入端，参与反馈计算。

本实施例提到的补偿电路12，指的是输出一个补偿信号至PID控制电路14的输入端，给压力传感器16检测到的反馈信号一个补偿，使实际气压值不会大于设定气压值。这样，避免了由于电路本身及设计原因导致产生的实际气压值高于设定气压值的情况。需要说明的是，本实施例不限制补偿电路12的补偿信号大小，可根据实际的电路设计即可。

具体地，比例阀15为开度可连续调节的比例电磁阀。

通过电磁阀内部的电磁线圈调整阀门的开度，从而精确控制流体的流量。

通过本实施例提供的气压控制电路，包括：上位机11、补偿电路12、反馈电路13、PID控制电路14、比例阀15、压力传感器16；上位机11的输出端、补偿电路12的输出端、反馈电路13的输出端与PID控制电路14的输入端连接；比例阀15设置于气泵与气腔之间；PID控制电路14的输出端与比例阀15连接；压力传感器16设置于比例阀15，压力传感器16的输出端与反馈电路13的输入端连接。上位机11输出的设定气压值、补偿电路12输出的补偿信号、反馈电路13输出的反馈信号输入至PID控制电路14，参与比例阀15的调节控制，补偿电路12输出一个补偿信号至PID控制电路14的输入端，给压力传感器16检测到的反馈信号一个补偿，使实际气压值不会大于设定气压值。这样，避免了由于电路本身及设计原因导致产生的实际气压值高于设定气压值的情况。

根据上述实施例，本实施例提供一种具体的PID控制电路14，图2为本申请实施例提供的一种气压控制电路的电路图，如图2所示，包括：第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第二电容C2、第一晶体管Q1；

第一运算放大器U1的反相输入端接地，第一运算放大器U1的同相输入端与上位机11的输出端连接，第一运算放大器U1的反相输入端与同相输入端之间并联第一电阻R1；第一运算放大器U1的输出端通过第二电阻R2与第二运算放大器U2的反相输入端连接，第二运算放大器U2的同相输入端接地，第二运算放大器U2的反相输入端与输出端通过第一电容C1连接，第二运算放大器U2的输出端通过第三电阻R3与第三运算放大器U3的反相输入端连接，第三运算放大器U3的同相输入端接地，第三运算放大器U3的反相输入端与输出端通过第四电阻R4连接，第三运算放大器U3的输出端通过第五电阻R5与第一晶体管Q1的控制端连接，第一晶体管的控制端通过第二电容C2接地，第一晶体管Q1的输入端接电源，第一晶体管Q1的输出端与比例阀15的第一端连接，比例阀15的第二端通过第六电阻R6接地。

本实施例中，第一运算放大器U1为一种差分放大器，第一运算放大器U1构成同向比例放大电路；第二运算放大器U2构成积分电路；第三运算放大器U3构成反向比例放大电路；反馈电路13与补偿电路12的输出端连接至第二运算放大器U2的反相输入端。比例阀15即P1。

上位机11输出的信号经过同向比例放大电路放大，积分电路积分，反向比例放大电路放大后，第三运算放大器U3输出一个输出电压，第一晶体管Q1会放大流进基极的电流。比例阀15会根据流过电流大小来控制阀的开口大小。因此通过改变上位机11下发的参数控制比例阀15开口大小来控制气压。

通过本实施例提供的控制电路，实现根据上位机11输出的设定气压值、补偿电路12输出的补偿信号、反馈电路13输出的反馈信号检修比例阀15的调节。

具体地，第一晶体管Q1为达林顿管。

达林顿管是由两个普通的晶体管级联而成的一种特殊的放大器结构，其目的是增加整体的电流放大倍数。通常，两个晶体管分别是NPN型或PNP型，它们的集电极和发射极级联连接。这种级联的结构将两个晶体管的电流放大效应结合在一起，从而实现了一个更大的电流放大倍数。

具体地，第一运算放大器U1为仪表放大器。

仪表放大器，差分放大器的一种改良，具有输入缓冲器，不需要输入阻抗匹配，使放大器适用于测量以及电子仪器上。用于放大传感器或仪表信号，以便更准确地测量和显示物理量。这种类型的放大器通常用于各种测量和控制系统中，以提高信号质量、增加灵敏度，并确保测量结果的准确性。

必然的，第一运算放大器U1的正电源引脚接正电源并通过第三电容C3接地，第一运算放大器U1的负电源引脚接负电源并通过第四电容C4接地，Ref端接地。

根据上述实施例，具体的，补偿电路12包括：第七电阻R7；

第七电阻R7的第一端接电源，第七电阻R7的第二端与第二运算放大器U2的反相输入端连接。

本实施例提到的第七电阻R7的第一端接电源，这个电源为一个负电源，通过调节电源电压与第七电阻R7的大小改变补偿信号的大小。

根据上述实施例，在一种具体的实施例中，图3为本申请实施例提供的一种反馈电路13的电路图，如图3所示，包括：第四运算放大器U4、第八电阻R8、第九电阻R9；

第四运算放大器U4的反相输入端与同相输入端与压力传感器16的输出端连接，第四运算放大器U4的两个增益端口之间并联第八电阻R8，第四运算放大器U4的输出端通过第九电阻R9与第二运算放大器U2的反相输入端连接。

压力传感器16T1用来测量比例阀15处的压力，测量到的压力会被压力传感器16转化为电信号输出，压力传感器16输出的电压做为第四运算放大器U4的输入。输入电压被第四运算放大器U4构成的反向比例放大器放大后经过一个电阻施加到第二运算放大器U2的反相输入端。

具体地，第四运算放大器U4为仪表放大器。增益端口，即RG端口通常是指用于设置放大器的增益的一个端口。

必然的，第四运算放大器U4的正电源引脚接正电源并通过第五电容接地，第四运算放大器U4的负电源引脚接负电源并通过第六电容接地，Ref端接地。

在另一种实施例中，PID控制电路14还包括：第一二极管D1；

第一二极管D1的负极与第二运算放大器U2的反相输入端连接，第一二极管D1的正极与第二运算放大器U2的输出端连接。

第一二极管D1的负极连接第二运算放大器U2的反相输入端，第一二极管D1的正极与第二运算放大器U2的输出端。此第一二极管D1能在输入信号异常时将第二运算放大器U2、第三运算放大器U3运放输出电压钳位在低电平，对后续电路起到保护作用。

最后，本申请提供一种质谱仪，包含上述的气压控制电路。

在质谱仪中，比例阀15通常用于控制气体流动，比例阀15的作用是调节不同气体流向质谱仪的比例。典型的气体包括载气(通常是惰性气体如氮气或氦气)和化学物质的样品气体。比例阀15确保在样品进入质谱仪之前，适当的比例混合。通过气压控制电路，上位机11输出的设定气压值、补偿电路12输出的补偿信号、反馈电路13输出的反馈信号输入至PID控制电路14，参与比例阀15的调节控制，补偿电路12输出一个补偿信号至PID控制电路14的输入端，给压力传感器16检测到的反馈信号一个补偿，使实际气压值不会大于设定气压值。这样，避免了由于电路本身及设计原因导致产生的实际气压值高于设定气压值的情况。

以上对本实用新型所提供的气压控制电路及质谱仪进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种气压控制电路，其特征在于，包括：

上位机、补偿电路、反馈电路、PID控制电路、比例阀、压力传感器；

所述上位机的输出端、所述补偿电路的输出端、所述反馈电路的输出端与所述PID控制电路的输入端连接；

所述比例阀设置于气泵与气腔之间；所述PID控制电路的输出端与所述比例阀连接；所述压力传感器设置于所述比例阀，所述压力传感器的输出端与所述反馈电路的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的气压控制电路，其特征在于，所述PID控制电路包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容、第二电容、第一晶体管；

所述第一运算放大器的反相输入端接地，所述第一运算放大器的同相输入端与所述上位机的输出端连接，所述第一运算放大器的反相输入端与同相输入端之间并联所述第一电阻；所述第一运算放大器的输出端通过所述第二电阻与所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第二运算放大器的同相输入端接地，所述第二运算放大器的反相输入端与输出端通过所述第一电容连接，所述第二运算放大器的输出端通过所述第三电阻与所述第三运算放大器的反相输入端连接，所述第三运算放大器的同相输入端接地，所述第三运算放大器的反相输入端与输出端通过所述第四电阻连接，所述第三运算放大器的输出端通过所述第五电阻与所述第一晶体管的控制端连接，所述第一晶体管的控制端通过所述第二电容接地，所述第一晶体管的输入端接电源，所述第一晶体管的输出端与所述比例阀的第一端连接，所述比例阀的第二端通过所述第六电阻接地。

3.根据权利要求2所述的气压控制电路，其特征在于，所述补偿电路包括：第七电阻；

所述第七电阻的第一端接电源，所述第七电阻的第二端与所述第二运算放大器的反相输入端连接。

4.根据权利要求2所述的气压控制电路，其特征在于，所述反馈电路包括：第四运算放大器、第八电阻、第九电阻；

所述第四运算放大器的反相输入端与同相输入端与所述压力传感器的输出端连接，所述第四运算放大器的两个增益端口之间并联所述第八电阻，所述第四运算放大器的输出端通过所述第九电阻与所述第二运算放大器的反相输入端连接。

5.根据权利要求2所述的气压控制电路，其特征在于，所述PID控制电路还包括：第一二极管；

所述第一二极管的负极与所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第一二极管的正极与所述第二运算放大器的输出端连接。

6.根据权利要求2所述的气压控制电路，其特征在于，所述第一晶体管为达林顿管。

7.根据权利要求2所述的气压控制电路，其特征在于，所述第一运算放大器为仪表放大器。

8.根据权利要求4所述的气压控制电路，其特征在于，所述第四运算放大器为仪表放大器。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的气压控制电路，其特征在于，所述比例阀为开度可连续调节的比例电磁阀。

10.一种质谱仪，其特征在于，包含权利要求1至9任意一项所述的气压控制电路。